气液搅拌反应器内气含率的模拟研究+文献综述(5)
本文模拟时对Navier-Stokes方程的各变量采用雷诺时均方程法处理。雷诺时均法将非稳态控制方程对时间作平均，在所得的关于时均物理量的控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等未知量，于是所得方程的个数就小于未知量的个数，而且不可能依靠进一步的时均处理而使控制方程组封闭。要使方程组封闭，必须作出假设，即建立模型。这种模型把未知的更高阶的时间平均值表示成较低阶的在计算中可以确定的量的函数。这是目前工程湍流计算中所采用的基本方法。
雷诺时均方法将所要求解的Navier-Stokes方程用平均流动变量来表达，大大缩短了计算时间，这种方法被许多工程计算采用。
标准k- 模型是雷诺时均法中接近湍流稳态的一种模型，该模型是形式最简单的两方程湍流模型，适用范围广、经济、并能得到合理精确的模拟值，因此自从被提出之后，就变成工程流动计算中最主要的工具了。本文依据计算内容和计算条件选择该模型进行模拟计算。
3．3 多重参考系方法（MFR）
本文选择MFR方法处理旋转桨区域进行模拟。MFR方法是一种稳态近似法，从某种意义上来说只适合稳态问题，但是在许多非稳态应用中这种方法却能模拟得到较好的时均值。这种方法适合于运动部分和静止部分相互作用较弱，且两部分边界处的运动一致的情况。
3．4 网格划分
对任何问题进行计算时，首先要对问题进行一定的简化，建立物理模型，然后将空间上连续的计算域进行剖分，把它划分成许多子区域，并确定每个区域中的节点，即生成网格。
目前在复杂区域内生成网格的方法总的来说可以分为两大类：结构化网格和非结构化网格。当计算区域的几何结构形状比较规则时，可以实现应用结构化网格进行划分区域，在结构化网格中，每一节点及控制容积的几何信息必须加以存储，但该节点与其相邻节点关系则可依据网格编号规律自动得出，因而不必存储这类信息，这是结构化网格的一大优点。当计算区域比较复杂时，即使应用专门的网格生成技术也难以处理所求解的不规则区域，这时采用非结构化网格进行区域划分。所谓“非结构化”是指这网格系统中，节点的编号命名是无规则的，甚至是完全随意的，并且每一个节点的相邻节点个数也不相同。这种网格从20世纪80年代开始被引入到有限容积的计算中，由于这种网格对不规则区域的适应性及容易实现网格生成的自动化，在计算流体中得到飞速发展。在非结构化网格中，由于一个节点与其相邻节点的关系不是固定不变的，因此这种联结信息必须对每一个节点都显示地确定下来并加以存储。非结构化网格的这一特点对于网格的自动生成、自适应处理及平行计算的实施带来不少方便。
本文应用商业CFD软件FLUENT的前处理GAMBIT软件生成网格。要注意将桨叶处和气体分布器的小孔处进行局部加密，因为桨叶的网格对于功率准数和通气搅拌功率的模拟有很重要的作用，小孔处的气体流动比较剧烈，直接影响到搅拌槽中的气-液流动特性和气含率的分布；对于其他区域采用结构化的网格，网格尺寸可以适当的放大。
4 多层桨搅拌槽内气-液两相流的模拟过程
4．1 研究内容
本文利用商业CFD软件FLUEN搅拌槽内的参数进行了模拟，具体的究内容如下：
搅拌桨采用北京化工大学流体混合实验室的专利搅拌桨-HEDT(半椭圆盘式涡轮桨)和WHU(四宽叶翼形轴流式桨)，其安装方法是HEDT作为底桨，WHU为中上层桨，安装方式为上提。使用商业CFD软件FLUENT进行计算，所选物系为水-空气。对于本体系主要采用Euler-Euler双流体模型来处理气-液两相流、单一气泡尺寸处理气泡、标准k- 模型和标准的壁面函数处理液相主流域的湍动和壁面、多重参考系法处理桨区和静止区域计算3种通气流量下的流场、功率准数、通气搅拌功率与总体气含率和局部气含率。由于加入PBM后，迭代数据未能收敛及时间问题，所以本文数据为未加PBM得到的实验数据。