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摘要：本文基于PERA SIM Fluid軟件對物料在雙槳攪拌器內(nèi)的流動特征進(jìn)行了單相仿真分析。從導(dǎo)入幾何模型開始，到劃分多面體/邊界層網(wǎng)格、添加材料參數(shù)、施加邊界條件，設(shè)置求解算法，進(jìn)行收斂性調(diào)試，最終得到分析結(jié)果。攪拌器單相流場仿真分析可用于快速評估攪拌器設(shè)計、選型及工藝參數(shù)選取的合理性，為槳葉設(shè)計、選型以及攪拌器的內(nèi)構(gòu)件設(shè)計提供參考。

攪拌器槳葉高速旋轉(zhuǎn)帶來的漩渦，部分樣式攪拌雖然可以通過公式估算，但更多的攪拌器需要通過仿真方式來獲得。

2023攪拌器仿真技術(shù)應(yīng)用專題研討會7月7日 上海浦東報名方式：關(guān)注*公*眾*號“上海安世亞太”，發(fā)送“攪拌器研討會”報名會議簡介相比早期的試驗(yàn)研究，越來越多的企業(yè)選擇采用仿真技術(shù)進(jìn)行不同攪拌形式下流場結(jié)構(gòu)、物料混合及能耗的研究。快速迭代優(yōu)化設(shè)計方案，加速產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程，降低企業(yè)相關(guān)成本。但如何合理正確地設(shè)計及選擇攪拌器卻是仿真過程中的一大難點(diǎn)。

‐ 確保產(chǎn)品質(zhì)量（準(zhǔn)確預(yù)測混合時間；管理產(chǎn)品在剪切下暴露的時間，例如防止微生物細(xì)胞損傷）‐ 氧氣傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)需要適當(dāng)?shù)幕旌铣潭龋ǜ咝У?em>氣體分布器可提高氣含率，從而改善傳質(zhì)；混合速率控制反應(yīng)的快慢【速率、選擇性和生產(chǎn)】）‐ 渦旋，氣體在液相中的停留，氣相的短路顯著的仿真復(fù)雜性‐ 前面描述單相攪拌器遇到的問題相同‐ 模擬氣泡，考慮不同的尺寸分布（氣泡的尺寸通過群平衡計算）

使用雷尼鎳時，反應(yīng)釜內(nèi)應(yīng)先通氮?dú)怛?qū)凈空氣，然后在連續(xù)通氮?dú)獾臈l件下把活性鎳與乙醇或液體物料混合成混懸液加入反應(yīng)釜，否則有燃燒爆炸危險。投畢后繼續(xù)通氮數(shù)分鐘，檢測含氧量達(dá)到安全數(shù)值的5%以下，再通氫氣進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)過程中嚴(yán)防空氣進(jìn)入反應(yīng)釜。反應(yīng)結(jié)束時應(yīng)先停止通氫，等壓力降至表壓1kg/cm2后，再通氮?dú)馀艢洌诔掷m(xù)通氮下出料。放出時應(yīng)備好二氧化碳滅火器，隨時準(zhǔn)備滅火。放出的鎳應(yīng)浸沒在水中。

主要應(yīng)用：槳式攪拌器適用于流動性大、粘度小的液體物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，物料層很深時可在軸上裝置數(shù)排槳葉。折葉式比平直葉式功耗少，操作費(fèi)用低，故折葉槳使用較多。槳式攪拌器不能用于以保持氣體和以細(xì)微化為目的的氣—液分散操作中。

槳式攪拌器不能用于以保持氣體和以細(xì)微化為目的的氣—液分散操作中。

氣液分散模擬</p><p>&nbsp;&nbsp;· 在通氣攪拌釜（如發(fā)酵罐、廢水處理曝氣池）中，模擬氣體分布、氣泡大小、持氣量以及傳質(zhì)性能（kLa值），優(yōu)化 Sparger（氣體分布器）設(shè)計和操作條件，以提高氧氣或其它氣體的傳遞效率。</p><p><img src="https://public.fangzhenxiu.com/ueditor/20250907164754-04.png?

面對各種物料特性——無論是氣液、氣固、液固、液液還是固固，攪拌的目的均各具特色，再加上攪拌設(shè)備的形式多種多樣，物料在攪拌設(shè)備內(nèi)的流動極其復(fù)雜，合理正確地設(shè)計及選擇攪拌器在很大程度上依賴經(jīng)驗(yàn)設(shè)計。伴隨CAE技術(shù)和計算機(jī)硬件的發(fā)展，在攪拌設(shè)備的開發(fā)及選型設(shè)計中越來越多的客戶采用仿真技術(shù)進(jìn)行不同攪拌形式下物料流場結(jié)構(gòu)、物料間混合及能耗的研究。

攪拌釜工作原理 攪拌器：攪拌釜內(nèi)通常配備一個攪拌器，可以通過電機(jī)或其他動力源驅(qū)動。攪拌器通常由攪拌葉片和軸組成。當(dāng)攪拌器旋轉(zhuǎn)時，攪拌葉片將能量傳遞給物料，產(chǎn)生攪拌力，并促使物料在釜內(nèi)進(jìn)行混合。攪拌器的形狀、數(shù)量和攪拌速度等參數(shù)都會影響攪拌效果。 加熱和冷卻：許多攪拌釜都配備了加熱和冷卻系統(tǒng)，以控制物料的溫度。加熱系統(tǒng)可以由夾套、耐熱管道或傳熱油等形式存在。

圖1 加注閥結(jié)構(gòu)原理 1—閥體；2—閥芯；3，6，7—密封墊片；4—彈簧； 5—閥桿；8—作動器殼體；9—膜盒；10—頂桿 加注閥試驗(yàn)系統(tǒng)原理如圖2所示。閥門啟閉試驗(yàn)流程為：打開A口（閥門入口），C口（控制氣入口）不通氣，B口（閥門出口）通入0.53 MPa氣體，C口再通入4.5 MPa氣體，使加注閥打開，C口放氣，加注閥關(guān)閉。

反應(yīng)釜按照攪拌方式的不同又可以分為立式容器中心攪拌、偏心攪拌、傾斜攪拌，臥式容器攪拌等類型，其中以立式容器中心攪拌反應(yīng)器是最為常用。

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氣體充放過程的仿真采用一維CFD方法，需要管路，閥門、孔板、分配器、壓力容器等流動單元以及熱網(wǎng)絡(luò)法模擬罐體的傳熱過程。 具有儲氣罐內(nèi)腔氣體對流換熱系數(shù)模型，準(zhǔn)確模擬氣體和容器的換熱過程。

槳式攪拌器直徑取反應(yīng)釜內(nèi)徑Di/3～2/3，槳葉不宜過長，當(dāng)反應(yīng)釜直徑很大時采用兩個或多個槳葉。主要應(yīng)用：槳式攪拌器適用于流動性大、粘度小的液體物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，物料層很深時可在軸上裝置數(shù)排槳葉。折葉式比平直葉式功耗少，操作費(fèi)用低，故折葉槳使用較多。槳式攪拌器不能用于以保持氣體和以細(xì)微化為目的的氣—液分散操作中。

通過精細(xì)的網(wǎng)格劃分和仿真設(shè)置，模擬了攪拌器內(nèi)部的氣液流動情況，得到了其內(nèi)部流場的速度分布、壓力分布和體積分?jǐn)?shù)分布。在仿真過程中，首先建立了雙層三槳葉攪拌器的三維模型，并對其進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。為了提高仿真精度，對攪拌槳附近和關(guān)鍵區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理。隨后設(shè)置了仿真參數(shù)，包括流體密度、粘度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。在FLUENT中，采用了多參考坐標(biāo)系模型（MRF）來模擬攪拌器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

工業(yè)用攪拌機(jī)主要是用于攪拌水泥、沙石、各類干粉砂漿等建筑材料。工業(yè)攪拌機(jī)內(nèi)流場仿真APP展示的是針對雙級折葉渦輪攪拌器，應(yīng)用多重參考系模型模擬攪拌罐內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動的過程及結(jié)果。用戶可根據(jù)輸入?yún)?shù)界面修改槳葉的尺寸、數(shù)量，流體物性以及運(yùn)行工況等條件，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)流場的快速仿真。