杨文哲 苏晓磊 刘毅 冯亚斌

摘   要： 搅拌器内流场的计算流体力学（CFD）数值模拟中，网格离散质量对流场仿真结果的可靠性具有重大影响。基于ANSYS ICEM CFD仿真环境，以六直叶开启涡轮式搅拌器为研究对象，提出一种六面体网格离散方法，并采用标准k-ε湍流模型和滑移网格模型（SM）对流场进行数值模拟。研究发现：1）在六面体网格离散下，搅拌器内流场网格质量较好，平均网格质量约为0.96，能够很好地刻画径向流的典型特征并较为准确地模拟搅拌器内流场问题;2）所模拟的六直叶开启涡轮式搅拌器混合效果较差，在靠近釜顶、搅拌轴区域与釜底的“锥形区域”内易形成回流死区，造成物料堆积，应通过安装诱导锥、适当降低搅拌器的安装位置等方式减小回流死区，以提高搅拌器的混合效果。

关键词： 六直叶开启涡轮式搅拌器;ANSYS ICEM CFD;网格离散;数值模拟

引言

当今，CFD（计算流体力学）理论和软件迅速發展，已成为一种先进且高效的研究工具，在航空航天、土木工程和化学工业等领域应用广泛[1-3]。

在化工生产过程中，搅拌器对流体的混合、物料的分散等都有着重要作用。近些年来，越来越多的学者已开始利用CFD与PIV（粒子图像测速）技术获取搅拌器内流场的重要信息，从而实现搅拌器的优化设计[4-6]。例如，Luan等[7]利用CFD技术研究了6-PBT搅拌器的偏心距和底部间隙对搅拌釜中假塑性流体混合特性的影响，结果表明流场的微观结构对示踪剂的混合过程具有重要影响。Zhang等[8]采用Fluent软件的滑移网格模型（SM）对所设计的新型圆筒搅拌器进行了数值模拟，评估了其混合特性，结果表明圆筒搅拌器相比Rushton涡轮与螺旋桨涡轮具有更好的节能效果。……