阻力系數(shù)對固-液攪拌槽內(nèi)流動特性影響的數(shù)值模擬.pdf

1、固-液兩相流是各個工業(yè)領域中應用最為廣泛的體系，兩相流系統(tǒng)本身比較復雜，既有連續(xù)相又有分散相，且兩相之間相互作用，相互影響[1]。
　　 相對于單相流，由于測試手段的限制，兩相流的研究還不充分，很多工程的設計、反應器的放大都是基于實驗和經(jīng)驗數(shù)據(jù)。近年來，除了對兩相體系進行深入、系統(tǒng)的理論分析和實驗研究外，越來越多的科研人員對基于數(shù)學模型的數(shù)值模擬展開了研究。數(shù)值模擬可以降低研究成本，同時也能得到更多的關于流動特性的詳細信息。另一

2、方面，數(shù)值模擬計算可以有效地求解兩相流體系流動的偏微分方程模型，以認識兩相體系的流體力學過程機理。
　　 多相流模擬中相間作用力的表達多基于對單個顆粒在液體中的受力情況研究，但對于高濃度分散相體系來說，對顆粒群的認識和研究則顯得極為重要，目前這方面的研究還很不充分。目前多數(shù)研究認為曳力在兩相相互作用過程中占據(jù)主導地位，在模擬計算過程中只有當分散相顆粒密度小于連續(xù)相流體密度時，考慮附加質(zhì)量力、橫向升力才有意義，因此本工作中，只考慮

3、曳力，忽略其他相間作用力。不可否認的是，單顆粒受力及運動行為的研究是認識顆粒群行為的基礎，但是如何將單顆粒運動的規(guī)律準確放大應用于宏觀尺度的多相流動是目前多相流數(shù)值模擬的難點和關鍵所在。
　　 本文研究了不同曳力模型對固-液攪拌方槽內(nèi)流場特性模擬結(jié)果的影響。采用CFD自帶的SchillerNaumann、WenYu曳力模型及修正后的HKL模型，計算了固體顆粒濃度在0.2％-15％范圍內(nèi)變化時的液相時均流場及固體顆粒濃度對速度衰減

4、的影響。研究結(jié)果表明:SchillerNaumann和WenYu曳力模型在預測近壁面流場及速度衰減情況的精準性較差，和實驗相差較大。HKL模型在顆粒濃度0-5％范圍內(nèi)得到了和實驗近壁區(qū)相近的速度分布及衰減趨勢。在低濃度（φ＜5％）固-液體系模擬結(jié)果和實驗結(jié)果非常接近的基礎上，本文預測了顆粒濃度為10％和15％時近壁面時均速度場分布及液相速度衰減情況，HKL曳力模型模擬得到的軸向速度和顆粒濃度之間的關系在近壁7mm和近壁2mm分別為v/v