攪拌行業(yè)中CFD仿真技術的應用和進展

在工業(yè)應用中，CFD仿真幫助工程師和設計師選擇合適的攪拌器類型和設計攪拌釜，以滿足特定需求。例如，在油氣化工、生物制藥等領域，CFD工具能夠預測混合時間、管理剪切暴露程度，并優(yōu)化傳質效率。

工程師們可以通過CFD仿真，在設計初期就發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行優(yōu)化。例如，通過分析不同葉片形狀和尺寸下的流場分布，可以提高攪拌效率并減少死區(qū)。

CFD仿真在攪拌設備優(yōu)化中的新進展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、參數(shù)化建模與優(yōu)化算法

CFD仿真優(yōu)化分析，通過參數(shù)化建模和優(yōu)化計算，尋找影響目標結果的關鍵參數(shù)。這種方法不僅提高了設計效率，還降低了電機功率并提升了攪拌效果。

通過監(jiān)控體平均速度和濃度標準差來衡量攪拌效果和混合效果，優(yōu)化后的模型流動范圍更廣，葉片尾緣湍流強度降低且位置改變。

2、新型攪拌器的開發(fā)設計

利用CFD技術，能夠開發(fā)出性能優(yōu)良的新型攪拌器，如渦輪式攪拌器、槳式攪拌器、推進式攪拌器等。這些新型攪拌器在不同幾何尺寸和操作條件下的反應器中表現(xiàn)出優(yōu)異的傳質傳熱效果，降低了工業(yè)生產成本。

江南大學通過CFD仿真優(yōu)化了非牛頓流體混合攪拌器的結構參數(shù)，顯著提高了攪拌效率和混合效果。

3、多相流模擬與優(yōu)化

CFD技術在攪拌設備中的應用已經從單一液相擴展到多相流模擬，包括氣-固-液相攪拌。這種多相流模擬能夠更準確地預測不同幾何尺寸和操作條件下的流動和混合特性，幫助用戶優(yōu)化攪拌器設計，確定加料口位置、清理死區(qū)等。

在化工、石化、制藥等領域，CFD技術被用于分析攪拌設備中的速度場、溫度場和濃度場，從而優(yōu)化攪拌器的設計和操作。

4、實驗驗證和實際應用

CFD模擬結果需要與實際案例對比驗證其有效性。例如在一個儲存罐攪拌器改造案例中，通過CFD模擬發(fā)現(xiàn)改造后的攪拌器能形成自上而下的翻轉流型，避免固體沉積，罐底流速顯著提高，整體流動性顯著增強。實際攪拌效果與模擬結果被證明相符，即使在固含量增加后，罐底也未出現(xiàn)固體沉積現(xiàn)象。

CFD仿真在攪拌設備優(yōu)化中的新進展主要集中在多相流模擬、新型攪拌器開發(fā)、參數(shù)化建模與優(yōu)化算法、先進仿真工具的應用以及實驗驗證與實際應用等方面。