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1.CFD在攪拌中的應(yīng)用分析

由于攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)的流動(dòng)具有復(fù)雜性，目前對(duì)攪拌槽等混合設(shè)備的設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)成分也采用理論計(jì)算的方式，在化工領(lǐng)域中，化工工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器存在不均勻性等特點(diǎn)，不均勻性隨規(guī)模擴(kuò)大而加重，因此，對(duì)攪拌槽內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行研究是非常有必要的。雖然許多化學(xué)家對(duì)化工領(lǐng)域中的攪拌機(jī)槽內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了分析研究，如Harvey等人采用二維模擬計(jì)算攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)的流體，但隨著技術(shù)的不斷改革與發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)的引進(jìn)，改變了以二維模擬的計(jì)算方式，計(jì)算流體力學(xué)的方法不僅可以節(jié)約化工研究成本，采用實(shí)驗(yàn)手段不能獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算流體力學(xué)方法也可以獲得。Sun等人利用計(jì)算流體力學(xué)中的湍流模型計(jì)算了攪拌槽內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)，并且對(duì)其進(jìn)行了三維模擬，通過實(shí)驗(yàn)研究表明，計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬能有效的計(jì)算攪拌器上部的氣體部分，但是，CFD數(shù)值模擬也存在一定的缺陷，不能有效模擬攪拌器底部區(qū)域。計(jì)算流體力學(xué)CFD與多普勒激光測(cè)速儀LDV有效結(jié)合，可以對(duì)攪拌裝置能更深入的研究，其主要原因是多普勒激光測(cè)速儀測(cè)量的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確驗(yàn)證計(jì)算流體力學(xué)CFD計(jì)算的結(jié)果，同時(shí)多普勒激光測(cè)速儀測(cè)定特定點(diǎn)的速度也可以作為計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算的參考條件。

2.CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析

換熱器是化學(xué)工程中使用最多的設(shè)備，通過計(jì)算流體力學(xué)的計(jì)算方式，不僅可以精確、詳細(xì)的測(cè)量換熱設(shè)備內(nèi)流場(chǎng)的流動(dòng)，也可以預(yù)測(cè)換熱器的性能，經(jīng)濟(jì)可靠的換熱器對(duì)化工工業(yè)具有重要作用。對(duì)于化工中的管殼式換熱設(shè)備，其內(nèi)部的幾何形狀設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用計(jì)算流體力學(xué)模擬管殼式換熱設(shè)備的殼側(cè)流場(chǎng)，進(jìn)而充分了解管殼式換熱設(shè)備的殼側(cè)在瞬間變化中的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)，CFD的應(yīng)用有利于分析研究換熱器的基本原理和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

3.CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究

針對(duì)高溫的太陽(yáng)能化學(xué)反應(yīng)器，溫度、壓力場(chǎng)和計(jì)算速度等數(shù)據(jù)指標(biāo)等可以從CFD模擬優(yōu)化中獲取，包括粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，但當(dāng)溫度大于1500k和輻射強(qiáng)度超過3000KW/m2的狀態(tài)時(shí)，這些數(shù)據(jù)是無法獲取的。學(xué)者采用有限元法的計(jì)算機(jī)流體力學(xué)軟件的計(jì)算方式，對(duì)氧化燃燒化學(xué)反應(yīng)中的催化劑進(jìn)行模擬，最后，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于聚乙烯是化學(xué)反應(yīng)中使用最多的聚合物，其化學(xué)反應(yīng)也需要在高溫、高壓的環(huán)境下通過自由基聚合的方式生成，但是聚乙烯的生成需要利用絕熱高壓釜反應(yīng)器，學(xué)者為了更深入地研究絕熱高壓釜反應(yīng)器的內(nèi)部構(gòu)造和化學(xué)反應(yīng)原理，對(duì)反應(yīng)器中的旋轉(zhuǎn)漿葉、湍流模型等采用CFD中的FLUENT軟件進(jìn)行三維模型，經(jīng)過計(jì)算，可以得出不同環(huán)境下的反應(yīng)器的流線、反應(yīng)器內(nèi)部的濃度梯度及溫度梯度。通過CFD軟件預(yù)測(cè)反應(yīng)器的速度、溫度及壓力場(chǎng)，可以更進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)工程中的聚合過程，詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)中的操作參數(shù)。結(jié)束語(yǔ)：計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程被得到廣泛的應(yīng)用，大多數(shù)化學(xué)工程師及專家都紛紛采用計(jì)算流體力學(xué)CFD研究化學(xué)領(lǐng)域中內(nèi)部流場(chǎng)的流動(dòng)流體。因此，加強(qiáng)計(jì)算流體力學(xué)軟件的研究，使計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用在化學(xué)工程中的各個(gè)領(lǐng)域。

作者：舒長(zhǎng)青王友欣單位：匯智工程科技有限公司