1.1 1.1 目的

在工业生产中，搅拌式反应釜的应用非常广泛，因为其具有相接触面大、传热和传质效率高、操作灵活性大、便于控制和改变条件等优点。此次课题便针对工业生产中涉及强放热反应时常用的搅拌式反应釜进行结构优化。

因其内部的反应为强放热反应，反应釜的传热能力至关重要。釜内传热的主要部件为盘管，盘管的管径、材质、管间间隙和离底安装高度都会影响釜内的传热效率，但是盘管的改变同时也会影响釜内物料流动，对流体流场循环不利。

本课题将结合实际工艺条件，利用CFD对不同管间隙和不同离底高度的盘管对釜内多层桨流场的影响进行模拟和分析，以完成反应釜的优化设计，并为类似反应釜盘管的设计提供一定的参考依据。

1.2 1.2 国内外研究现状

国内外都有在计算流体动力学（CFD）中对搅拌式反应釜进行模拟分析研究，在计算流体动力学上的应用也逐步完善。

国外在计算流体动力学上对搅拌反应釜的研究更早，解决的问题也更多。在1982年，Harvey首次将计算流体动力学应用于搅拌釜的流体流场模拟。在过去将近40年的发展应用中，计算流体动力学已成为过程工业中非常强大的工具，不仅仅用于对新工艺的研究和开发，而且对现有工艺的理解和优化非常有利。Kelly和Gigas使用计算流体动力学模型准确预测了功率数和排放角对流体雷诺数的依赖性，得出了“过渡流态中轴流式叶轮的功率数和排放角不仅仅取决于雷诺数，而且取决于流体的流动行为指数”与“近叶轮的平均剪切速率不仅随着转速（RPM）的增加而增加，且随着流动行为指数和过渡流态中排放角的减小而增加”的结论。Aubin,Fletcher, Xuereb等人利用计算流体动力学对搅拌槽内的湍流进行模拟，分别在建模方法、湍流模型和数值方案三个方面模拟分析，发现静态和时间相关的建模方法对湍流几乎没有影响，但数值方案的选择是重要的。其预测功率数与实验数据基本一致，尽管计算流体动力学模型正确计算出了向上泵配置的较高功率数，但这些值略低于预测约10%。循环数也略被高估30%-40%。

国内在近些年也有了很大的发展。潘传九等人基于计算流体动力学，从叶片数、挡板、转速三个方面对搅拌釜流体流场的影响及对搅拌釜内流场速度进行预测。并在z=0及y=0两个截面上对速度进行拟合，得到了釜内流场速度的预测公式。周俊超、车圆圆等人基于计算流体动力学，研究搅拌釜内盘管的管间隙和安装高度对釜内传热效率和物料流动状况的影响。徐胜利等人研究了搅拌釜内搅拌器的安装高度与搅拌转速等设计参数，对搅拌釜内流场的影响。结论为选择流场“下循环”的流型转变时为最佳；在完全湍流状态下，不同的搅拌转速对功率数的影响较小，不过，低转速的动能耗散更小。

2. 研究的基本内容与方案

1.1 2.1 内容

通过查阅文献对多层桨式搅拌器搅拌釜内流场模拟的现状进行分析提出相应的研究思路。