摘      要：单层四叶搅拌桨小型搅拌釜是實验室常用反应设备。采用CFD数值模拟的方式，筛选了标准k-ε、RNG k-ε、SST、RSM等四种湍流模型，采用多重参考系法对小型搅拌釜的流场进行模拟，比较不同模型的桨叶区速度场、压力场、湍流强度分布以及线速度分布等预测结果，筛选适合小型反应釜的流场模型。

关  键  词：CFD;标准k-ε;RNG k-ε;SST;RSM;多重参考系法

中图分类号：TQ018         文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）07-1483-05

Flow Field Numerical Simulation of Different Turbulent

Models in Miniature Reactor Based on CFD

LI Qing-yun

（School of Materials and Environment， Beijing Institute of Technology， Zhuhai Guangdong 519088， China）

Abstract： The miniature stirred reactor with single-layer and four-blade agitator is commonly used in laboratories. In this paper， based on CFD numerical simulation， four turbulence models of standard k-ε， RNG k-ε， SST and RSM were used to simulate the flow field in a miniature reactor by multiple reference frame method. Different models predicted results of velocity field， pressure field， turbulence intensity distribution and linear velocity distribution in the blade region were compared， and suitable flow field model was screened out.

Key words： CFD; Standard k-ε; RNG k-ε; SST; RSM; Multiple reference frame method

釜式反应器是化工实验过程中广泛使用的反应混合装置。在反应釜设备中，保证料液混合充分的是各式各样的搅拌桨设施^[1]。实验室常用的小型反应釜中，一般采取单层四叶桨片，置于反应釜的中心，而且这种反应釜很少安装挡板。当反应釜内液体黏度较小时，搅拌桨周围很容易产生打漩现象，造成混合不够充分^[2-4]。

为了研究反应釜中流体的流动情况，CFD技术得到了广泛的应用^[5]。使用 CFD 方法进行模拟，可以减少实验量，湍流模型选择恰当时，能够较准确地模拟反应釜的流场^{[1， 6-11]}。本文详细的比较了标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ε、RSM等四种常用湍流模型^[12-14]模拟釜式反应器流场的结果，分析速度场、速度矢量、湍动动能等不同模拟差异，找到适合小型反应釜流场模拟的湍动模型，为釜型设备的搅拌和优化提供了指导依据^[15-21]。

为了解决搅拌桨桨叶区域和周围静止区域之间的相互作用问题，本文在釜式反应器的流场模拟中，采用多重参考系法，这种方法多用于稳定流场^[22-24]。

1  釜式反应器及搅拌桨物理模型

小型反应釜的直径D=210 mm，液面高H=