鹿 鵬，李 偉，鄭星文，雍兆銘

1.南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院 江蘇省航空動(dòng)力系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210016；2.江蘇省溧陽(yáng)市云龍?jiān)O(shè)備制造有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213311

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搪玻璃反應(yīng)釜流場(chǎng)特征的數(shù)值模擬

鹿 鵬1，李 偉1，鄭星文1，雍兆銘2

1.南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院 江蘇省航空動(dòng)力系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210016；2.江蘇省溧陽(yáng)市云龍?jiān)O(shè)備制造有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213311

摘要：為了研究化工行業(yè)中常用的搪玻璃反應(yīng)釜內(nèi)的流場(chǎng)特征，用UG（Unigraphics）建立實(shí)際攪拌釜的三維簡(jiǎn)化模型，然后導(dǎo)入Gambit中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最后應(yīng)用Fluent數(shù)值模擬，得到了不同轉(zhuǎn)速、流體介質(zhì)和攪拌形式下反應(yīng)釜的流場(chǎng)特征并進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)速改變，流體的速度和壓力分布情況相同，僅僅是數(shù)值上有所改變，轉(zhuǎn)速的增加使得搪玻璃溫度計(jì)套表面所受壓力增加；不同流體介質(zhì)下，流體的流場(chǎng)有所差別，粘性較大的流體介質(zhì)流場(chǎng)速度擴(kuò)散相對(duì)要差，搪玻璃溫度計(jì)套所受壓力較??；對(duì)比3種不同攪拌形式（槳式、葉輪式和框式）下的流場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，葉輪式攪拌器比槳式的流體速度擴(kuò)散要好，框式攪拌器的流體速度分布最均勻，但是框式攪拌釜流場(chǎng)中搪玻璃溫度計(jì)套所受壓力也最大。

關(guān)鍵詞：搪玻璃反應(yīng)釜 數(shù)值模擬 流場(chǎng)分析 攪拌形式 溫度計(jì)套

搪玻璃反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于化工、能源和冶金等行業(yè)，可替代價(jià)格昂貴的不銹鋼制容器，應(yīng)對(duì)各種高壓、高溫、粘性和腐蝕性等復(fù)雜流體條件。其中搪玻璃溫度計(jì)套在實(shí)際使用中的可靠性與釜內(nèi)流場(chǎng)特征息息相關(guān)，而流場(chǎng)特征受到介質(zhì)粘度、攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌形式等因素的影響。搪玻璃溫度計(jì)套由于受到流體介質(zhì)的沖擊作用，沿套管與法蘭結(jié)合部容易發(fā)生爆瓷、甚至斷裂現(xiàn)象。為了提高溫度計(jì)套的壽命和可靠性，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要掌握釜內(nèi)復(fù)雜的流場(chǎng)特征和溫度計(jì)套表面受力等關(guān)鍵參數(shù)，因此開展相應(yīng)的數(shù)值模擬研究十分必要。

對(duì)于搪玻璃反應(yīng)釜的研究，主要集中在研究搪玻璃設(shè)備制造和運(yùn)行中常常出現(xiàn)的裂紋或爆瓷等現(xiàn)象[1，2]、搪玻璃層爆瓷失效的應(yīng)力來(lái)源與影響因素[3]、搪瓷脫落現(xiàn)象[4]以及對(duì)搪瓷設(shè)備材料的改進(jìn)[5]等問題上。上述研究大部分是直接通過(guò)應(yīng)力分析的手段對(duì)搪玻璃容器進(jìn)行分析和改進(jìn)，而本工作則是通過(guò)模擬搪玻璃反應(yīng)釜內(nèi)的流場(chǎng)來(lái)研究流場(chǎng)對(duì)其中搪玻璃部件的影響。

目前，大部分對(duì)反應(yīng)釜流場(chǎng)的研究都集中在提高反應(yīng)釜攪拌效果上。郝惠娣等[6]對(duì)單層徑向流渦輪槳攪拌槽內(nèi)的流動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了渦輪形式、渦輪安裝位置和渦輪尺寸對(duì)流場(chǎng)的影響；雷建奇等[7]對(duì)幾種不同型式軸流槳的推力系數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模擬研究；饒麒等[8]對(duì)攪拌槽內(nèi)黏性流體的流動(dòng)采用數(shù)字粒子圖像測(cè)速技術(shù)（DPIV）測(cè)量與CFD模擬；潘傳九等[9]從葉片數(shù)、檔板及轉(zhuǎn)速3個(gè)角度對(duì)攪拌釜流場(chǎng)進(jìn)行了模擬；方德明等[10]對(duì)承壓反應(yīng)釜內(nèi)攪拌器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的固液攪拌混合過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，表明改進(jìn)后的攪拌器混合效果明顯增強(qiáng)；田華等[11]對(duì)直葉圓盤渦輪槳和斜四葉槳攪拌槽流場(chǎng)進(jìn)行研究，得出直葉圓盤渦輪槳的攪拌效果優(yōu)于斜四葉槳，但能量損耗較高。Foucault等[12-15]研究了轉(zhuǎn)動(dòng)模式及轉(zhuǎn)速比等對(duì)攪拌功率和混合時(shí)間的影響；羅潔等[16]研究發(fā)現(xiàn)加裝擋板會(huì)對(duì)混合效率產(chǎn)生影響，對(duì)于一定的攪拌條件，應(yīng)選擇合適的擋板；Hall等[17]將有擋板、無(wú)擋板兩種反應(yīng)釜進(jìn)行對(duì)比，指出小型攪拌釜內(nèi)，采用偏心攪拌可達(dá)到比加裝擋板更好的攪拌效果。然而上述研究較多關(guān)注如何提高釜內(nèi)流體的攪拌和混合效率，對(duì)釜內(nèi)溫度計(jì)套管等結(jié)構(gòu)受流體介質(zhì)的沖擊作用關(guān)注較少，實(shí)際應(yīng)用中，裝置的穩(wěn)定安全運(yùn)行同樣是衡量反應(yīng)釜性能的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG2432-2001）。

常用的搪玻璃攪拌形式有錨式、框式、葉輪式和槳式。槳式通常采用兩層槳葉，相鄰兩層槳葉間成90°角交錯(cuò)安裝；葉輪式采用的是三葉后掠式，葉片略有上翹；框式和錨式屬于同一類，攪拌器的罐槳徑比較小。為了獲悉釜內(nèi)流場(chǎng)特征、溫度計(jì)套表面受力分布等關(guān)鍵參數(shù)，本工作確定了如下的工況：攪拌轉(zhuǎn)速選取85和130 r/min；流體介質(zhì)選取水（作為對(duì)比工質(zhì)）和柴油，兩種流體介質(zhì)的物性參數(shù)如表1所示；由于框式和錨式屬于同一種類型的攪拌器，所以攪拌形式選定為槳式、葉輪式和框式。

表1 水和柴油物性參數(shù)（20 ℃）Table 1 Physical parameters of the water and diesel

1 模型建立及模擬過(guò)程

1.1 模型的建立

利用Unigraphics（UG）三維繪圖軟件建立實(shí)際攪拌釜的簡(jiǎn)化模型，模型包括反應(yīng)釜釜體、攪拌器以及搪玻璃溫度計(jì)套，各個(gè)組件模型如圖1所示。將各個(gè)組件進(jìn)行組裝得到的整體模型及模型尺寸如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Structure diagram

1.2 網(wǎng)格的劃分

將組裝完成的反應(yīng)釜模型導(dǎo)入Gambit中進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。將整個(gè)流動(dòng)區(qū)域分為2個(gè)區(qū)域，包含葉片的部分為流體動(dòng)區(qū)域，其余部分為流體靜區(qū)域。由于槳葉的存在，大部分區(qū)域都是不規(guī)則的，而Gambit中，四面體網(wǎng)格可以很好地適應(yīng)不規(guī)則形狀，所以采用四面體網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。以槳式為例分別對(duì)網(wǎng)格數(shù)量為6.8×105，7.6×105，8.8×105和9.7×105左右的網(wǎng)格劃分情況進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并獲得了相應(yīng)網(wǎng)格數(shù)量下溫度計(jì)套管表面一條線上的壓力分布曲線，如圖3所示。由圖可知，隨著網(wǎng)格的增加，該條線上的壓力分布逐漸減小，到8.8×105時(shí)，這種減小的趨勢(shì)不再明顯?？紤]到計(jì)算的精度，選擇了較密的網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，所以確定動(dòng)區(qū)域中網(wǎng)格大小為20 mm，靜區(qū)域中網(wǎng)格大小為50 mm，槳式網(wǎng)格總數(shù)為9.7×105，葉輪式網(wǎng)格總數(shù)為1.01×106，框式網(wǎng)格總數(shù)為1.85×106，劃分完成的網(wǎng)格如圖4所示。

圖3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證Fig.3 The grid independence test

圖4 網(wǎng)格Fig.4 Mesh

1.3 模擬過(guò)程

將劃分完成的網(wǎng)格導(dǎo)入Fluent中，采用多重參考系模型（MRF）求解穩(wěn)態(tài)的攪拌流場(chǎng)[18]，MRF模型考慮了定子對(duì)流場(chǎng)的影響，將流場(chǎng)按不同旋轉(zhuǎn)速度劃分成幾個(gè)流動(dòng)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域里用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系進(jìn)行定常計(jì)算。Ranade等[19]通過(guò)總結(jié)攪拌槽式反應(yīng)器內(nèi)數(shù)值模擬領(lǐng)域內(nèi)的研究，結(jié)果表明，兩方程的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型最簡(jiǎn)單，是比較有效的湍流模型，至少在單相流的流場(chǎng)模擬方面與實(shí)際還是比較吻合的，因此，本工作選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型進(jìn)行模擬。其中關(guān)于湍流動(dòng)能k的微分方程為：

脈動(dòng)動(dòng)能耗散率（ε）的微分方程為：

式中：ρ為流體密度，kg/m3；t為時(shí)間，s；xi，xj和xk代表坐標(biāo)軸x，y和z（i，j，k=1，2，3）；ui，uj和uk為x，y和z方向的平均速率；k為湍流動(dòng)能，m2/s2；ε為湍流動(dòng)能耗散率，m2/s3；c1和c2為湍流耗散系數(shù)，c1為1.44，c2為1.92；σk和σε為普朗特常量，σk為1.0，σε為1.3；η為粘度系數(shù)；ηt為湍流粘度系數(shù)，其定義式為ηt= cμρk2/ε，其中cμ為0.99，為模型常數(shù)。壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，對(duì)于旋轉(zhuǎn)參考系，旋轉(zhuǎn)軸為z軸，重力加速度（g）為9.8 m/s2。

整個(gè)流場(chǎng)分為流體動(dòng)區(qū)域和流體靜區(qū)域，包含槳葉的部分為流體動(dòng)區(qū)域，定義該區(qū)域以一定的角速度旋轉(zhuǎn)。其余部分為流體靜區(qū)域，靜止坐標(biāo)下定義攪拌軸轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度一致。旋轉(zhuǎn)區(qū)域和靜止區(qū)域的邊界采用interface交界面連接，形成流體流動(dòng)通道。釜體壁面設(shè)置為無(wú)滑移邊界條件。壓力-速度耦合方式使用SIMPLE算法，離散方法采用二階迎風(fēng)格式，速度與能量方程的松弛因子分別設(shè)為0.7和0.8，殘差監(jiān)視器收斂精度設(shè)置為10-4。

為了確定模擬結(jié)果的合理性，圖5給出了槳式局部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與文獻(xiàn)[21]結(jié)果的比較，可以看到兩者的速度矢量分布圖吻合得很好；圖6給出了葉輪式局部流場(chǎng)圖和文獻(xiàn)[22]結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)兩者的流場(chǎng)情況相似。說(shuō)明本工作的模擬結(jié)果是可靠的。

圖5 速度矢量分布的對(duì)比Fig.5 Comparison of the velocity vector distributions

圖6 流場(chǎng)圖的對(duì)比Fig.6 Comparison of the flow field charts

2 模擬結(jié)果與分析

2.1 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)流場(chǎng)及溫度計(jì)套受力分布的影響

在流體介質(zhì)為水的情況下，以槳式反應(yīng)釜為例分析攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)流場(chǎng)的影響，結(jié)果見圖7。由圖可知，從兩層槳葉區(qū)排出的徑向射流撞擊到釜壁后，大部分的流體沿釜壁向上流動(dòng)，到達(dá)上部液面后又回到槳葉區(qū)，整個(gè)反應(yīng)釜上部形成一個(gè)大的循環(huán)。此外還有一小部分徑向射流碰撞到釜壁后向下流動(dòng)，從上層槳葉出來(lái)的向下流動(dòng)的徑向射流，運(yùn)動(dòng)到下層槳區(qū)后，一部分回到上層槳區(qū)，另一部分直接沿釜壁向上運(yùn)動(dòng)，形成兩個(gè)小的循環(huán)；從下層槳葉區(qū)出來(lái)的向下流動(dòng)的徑向射流，撞擊到底層釜壁后又回到下層槳葉，形成一個(gè)小的循環(huán)。在中心攪拌軸下部，同樣存在一個(gè)小的循環(huán)，流體流向下層槳葉區(qū)。在整個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)存在許多個(gè)大大小小的循環(huán)，在攪拌軸附近和底部均無(wú)死區(qū)，整個(gè)攪拌釜內(nèi)的流體介質(zhì)可以得到較好的混合。保持流體介質(zhì)為水，在85和130 r/min轉(zhuǎn)速下，槳式反應(yīng)釜中的流場(chǎng)基本相似，轉(zhuǎn)速的改變不影響槳式反應(yīng)釜流場(chǎng)的分布。不同轉(zhuǎn)速下的縱截面速度分布圖見圖8。由圖可知，兩種轉(zhuǎn)速下的流場(chǎng)速度分布相同，只是速率大小不同，靠近槳葉區(qū)域的流體速率最大，在遠(yuǎn)離槳葉的區(qū)域速率有所減小。隨著轉(zhuǎn)速的增加，流體的速率增加。圖9為搪玻璃溫度計(jì)套所受壓力云圖?？芍?，轉(zhuǎn)速越大，流體介質(zhì)的速率越大，流體對(duì)溫度計(jì)套的沖擊也越大，溫度計(jì)套表面所受的壓力也越大。這是由于靠近槳葉區(qū)域的流體速率最大，在遠(yuǎn)離槳葉的區(qū)域流體速率逐漸減小，對(duì)搪玻璃溫度計(jì)套的沖擊也逐漸減小，因此，溫度計(jì)套所受的壓力也逐漸減小。

圖7 槳式攪拌釜縱截面流場(chǎng)Fig.7 The flow field chart in paddle agitating reactor at longitudinal section

圖8 槳式攪拌釜縱截面速率分布Fig.8 The velocity profile in the paddle agitating reactor at longitudinal section

圖9 搪玻璃溫度計(jì)套所受壓力云Fig.9 The pressure profile on the surface of thermometer casing

2.2流體介質(zhì)對(duì)流場(chǎng)及溫度計(jì)套受力分布的影響

將槳式攪拌釜內(nèi)的流體介質(zhì)由水改為柴油，保持轉(zhuǎn)速為130 r/min不變。分析流體介質(zhì)為柴油工況下的槳式攪拌釜流場(chǎng)情況，結(jié)果見圖10。由圖10（a）可知，當(dāng)流體介質(zhì)改為粘性較大的柴油后，此時(shí)從槳葉區(qū)出來(lái)的徑向射流撞擊釜壁后向上流動(dòng)形成的循環(huán)明顯要小于流體介質(zhì)為水時(shí)的循環(huán)，大部分流體運(yùn)動(dòng)到反應(yīng)釜中部后開始向下運(yùn)動(dòng)再次回到槳葉區(qū)，整個(gè)流場(chǎng)形成的循環(huán)較之流體介質(zhì)為水時(shí)的情況要弱，流體流線相對(duì)較稀疏，流體的混合情況差，流體運(yùn)動(dòng)相對(duì)劇烈的情況僅在靠近槳葉的區(qū)域出現(xiàn)。由圖10（b）可知，流體速率相對(duì)較大的區(qū)域集中在反應(yīng)釜中下部，在遠(yuǎn)離槳葉區(qū)的反應(yīng)釜上部區(qū)域，受柴油的較大粘性影響，速率的擴(kuò)散較差，流體速率幾乎為零。搪玻璃溫度計(jì)套表面的受力是和流體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)的，以粘性較大的柴油為介質(zhì)時(shí)，流體速率小而且柴油和水兩者之間的密度相差不遠(yuǎn)，故此柴油對(duì)溫度計(jì)套的沖擊要小。如圖10（c）所示，溫度計(jì)套表面所受最大壓力僅僅為5 Pa，遠(yuǎn)小于流體介質(zhì)為水時(shí)溫度計(jì)套所受的壓力。

圖10 槳式攪拌釜參數(shù)（流體介質(zhì)為柴油）Fig.10 The date of the paddle agitating reactor（the fluid was diesel）

2.3攪拌形式對(duì)流場(chǎng)及溫度計(jì)套受力分布的影響

轉(zhuǎn)速為85 r/min，流體介質(zhì)為水，對(duì)不同攪拌形式（槳式，葉輪式和框式）的流場(chǎng)進(jìn)行模擬，結(jié)果見圖11，12和13。由圖11可知，葉輪式和槳式的流場(chǎng)類似，都存在典型的徑向流。流體從葉輪式攪拌釜的槳葉區(qū)流出，產(chǎn)生的徑向射流撞擊釜壁后大部分的流體沿釜壁向上流動(dòng)，向上運(yùn)動(dòng)到一定距離后再次返回到槳葉區(qū)形成一個(gè)大的循環(huán)；另外小部分的徑向射流則向下流動(dòng)，撞擊釜底后回到槳葉區(qū)，形成一個(gè)小的循環(huán)；此外從右邊槳葉區(qū)流出的徑向射流向下流動(dòng)撞擊到釜壁后一部分回到槳葉區(qū)形成了一個(gè)小的循環(huán)，另一部分的流體沿釜底向左流動(dòng)，在左邊的槳葉區(qū)形成一個(gè)小的循環(huán)。對(duì)比槳式和葉輪式的流場(chǎng)可以發(fā)現(xiàn)：葉輪式流場(chǎng)中流體向上流動(dòng)形成的一個(gè)大的循環(huán)較之槳式的要稍大，流體沿釜壁流動(dòng)的流線較之槳式也要稍密，所以葉輪式的速率擴(kuò)散比槳式好。由圖12也可看出，葉輪式的速率分布比槳式均勻，流體速率較大的區(qū)域比槳式要大?？蚴降牧鲌?chǎng)則不同于槳式和葉輪式的流場(chǎng)，框式的流場(chǎng)是典型的軸向流，流體從槳葉區(qū)域流出后沿釜壁向上運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)覆蓋半個(gè)反應(yīng)釜的軸向流循環(huán)，軸向混合效果好，流體沿釜壁的流線最密，速率的擴(kuò)散與槳式和葉輪式相比，顯得更加完全。說(shuō)明在相同的轉(zhuǎn)速和流體介質(zhì)工況下，框式的流體速率分布最為均勻，流體速率也最大，如圖12（c）所示，流體速率較大的區(qū)域幾乎覆蓋了整個(gè)反應(yīng)釜。但框式攪拌釜中靠近攪拌軸附近的區(qū)域，流體流線較少，流體在攪拌軸附近形成了小的循環(huán)，向下流動(dòng)的趨勢(shì)不明顯，這對(duì)混合是不利的。

圖11 攪拌釜縱截面流場(chǎng)Fig.11 The flow field chart at longitudinal section

圖12 攪拌釜縱截面速率分布Fig.12 The velocity profile at longitudinal section

對(duì)于處于流體中的搪玻璃溫度計(jì)套來(lái)說(shuō)，流場(chǎng)的改變以及流體速率的分布對(duì)溫度計(jì)套所受的沖擊作用有很大的影響。流體速率越大，對(duì)搪玻璃溫度計(jì)套的沖擊作用也就越大，搪玻璃溫度計(jì)套表面所受壓力也越大。葉輪式流體速率分布比槳式均勻，流體速率也較大，框式流體速率分布最為均勻，流體速率是3種攪拌形式中最大的，所以處于框式攪拌器流場(chǎng)中的搪玻璃溫度計(jì)套表面所受壓力是最大的，葉輪式次之，槳式最小，如圖13所示。

圖13 搪玻璃溫度計(jì)套所受壓力Fig.13 The pressure profile on the surface of the thermometer jacket

為了更加直觀地了解搪玻璃溫度計(jì)套表面在3種攪拌形式下所受壓力的分布情況，分析流體正面碰撞搪玻璃溫度計(jì)套處壓力隨z軸距離變化的曲線，結(jié)果見圖14?？芍谙嗤霓D(zhuǎn)速和流體介質(zhì)工況下，框式流場(chǎng)中搪玻璃溫度計(jì)套所受最大壓力為426.4 Pa，出現(xiàn)在溫度計(jì)套下端，隨著z軸距離增加，壓力緩慢減小，最小壓力為365.3 Pa；而葉輪式流場(chǎng)中的溫度計(jì)套所受最大壓力為82.6 Pa，遠(yuǎn)小于框式；槳式流場(chǎng)中的溫度計(jì)套所受最大壓力為35.7 Pa，稍小于葉輪式。由于流場(chǎng)中的溫度計(jì)套是上端固定的，因此需要考慮溫度計(jì)套整體的彎矩，溫度計(jì)套受到的彎矩在數(shù)值上等于溫度計(jì)套每處受到的力對(duì)溫度計(jì)套上端固定處力矩的代數(shù)和。3種槳型下溫度計(jì)套的彎矩大小即圖14中每條曲線和x軸之間的區(qū)域的面積大小，由圖14可知框式流場(chǎng)中的溫度計(jì)套管所受應(yīng)力最大，遠(yuǎn)大于槳式和葉輪式，其次是葉輪式，所受應(yīng)力最小的是槳式。

圖14 搪玻璃溫度計(jì)套所受壓力曲線Fig.14 The pressure curve on the surface of the thermometer jacket

3 結(jié) 論

a）以水為流體介質(zhì)，考察在轉(zhuǎn)速為85和130 r/min下槳式攪拌釜的流場(chǎng)情況，結(jié)果表明：轉(zhuǎn)速的改變不影響流場(chǎng)的分布，兩種轉(zhuǎn)速下的流體速度分布相同，只是速率大小有所改變。隨著轉(zhuǎn)速的增加，流體速率增加，搪玻璃溫度計(jì)套表面所受壓力也增加。

b）在槳式攪拌釜中的流場(chǎng)中，柴油流體介質(zhì)較水介質(zhì)粘性大，阻礙了流體速率的擴(kuò)散，流體速率分布以及混合效果較水要差，但是搪玻璃溫度計(jì)套表面所受壓力要小。

c）在相同的轉(zhuǎn)速和流體介質(zhì)下，框式的流體速率分布最為均勻，流體速率也最大，其次是葉輪式，槳式流體速率最??；而框式流場(chǎng)中搪玻璃溫度計(jì)套所受應(yīng)力最大，而且遠(yuǎn)大于槳式和葉輪式，葉輪式次之，槳式最小。

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Numerical Simulation on the Characteristics of the Flow Field in Glass-Lined Agitating Reactor

Lu Peng1， Li Wei1， Zhen Xingwen1， Yong Zhaoming2

1. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System，Nanjing 210016， China；
2. Jiangsu Liyang Yunlong Equipment Manufacturing Co， Ltd， Liyang 213311， China

Abstract:Simplified three-dimensional models of glass-lined agitating reactors， which are commonly used in the chemical engineering industry， were established by UG （Unigraphics） in this paper. The models were then imported into Gambit for meshing and finally the Fluent simulation was conducted and analyzed on the flow characteristics in the agitator under different rotating speeds， working fluids and agitating forms. The results indicated that the rotating speed had little influence on the distribution of flow speed and pressure，However， the fluid speed and the pressure on the surface of glass-lined jacket of the thermometer increased with the rotating speed. Flow field showed different characteristics when the working fluid was changed. The pressure on the surface of thermometer was lower when larger viscous fluid was used because its field diffusion rate was relatively poor （diesel vs water）. Taking the three different types of mixer（paddle type，impeller type and frame type） into account， the diffusion of the fluid speed for impeller-type mixer was better than that for paddle-type. In addition， it should be noted that the fluid speed distribution was the most uniform for frame-type， nevertheless， the pressure on the surface of thermometer jacket was significantly higher than that of the other two types of mixers.

Key words:glass-lined agitating reactor； numerical simulation； flow field analysis； agitating form；thermometer jacket

基金項(xiàng)目：南京航空航天大學(xué)研究生創(chuàng)新基地開放基金（kfjj20150202）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（NS2015017）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51506087）。

作者簡(jiǎn)介：鹿 鵬（1981—），男，博士；雍兆銘（1954—），男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，通訊聯(lián)系人。E-mail: yongzhaoming@126.com。

收稿日期：2015-11-30；

修訂日期：2016-02-01。

文章編號(hào)：1001—7631 （ 2016 ） 02—0097—09

中圖分類號(hào)：TQ015.9；TQ051.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A