光鹵石連續冷卻結晶裝置流場模擬研究

魏智慧

(天津長蘆漢沽鹽場有限責任公司，天津 300480)

計算流體力學采用計算機和離散化的數值方法對流體力學問題進行數值模擬和分析，研究流體流動過程中的傳質、傳熱等過程，實現仿真模擬[1]。文章以計算流體力學研究DTB結晶器的流體流場分布。DTB型結晶器是20世紀50年代末出現的一種效能較高的結晶器[2]；最早用于生產氯化鉀，后為化工、食品、制藥等工業部門廣泛采用[3]。天津長蘆漢沽鹽場有限責任公司制備光鹵石過程中采用DTB型結晶器，并以“底部集中進料—底部集中排料”方式進行生產。文章通過模擬DTB結晶器進料后的流場分布，分析確定優化生產裝置的途徑。

1 數學模擬方法的建立

1.1 幾何模型的搭建

三維幾何模型以生產DTB結晶器為原型，采用推進式攪拌槳，具體見圖1。分析研究結晶器內流體的速度、方向和剪切力的分布情況。

圖1 光鹵石冷卻結晶器三維幾何模型Fig.1 Three-dimensional geometrical model of carnallite cooler crystallizer

1.2 網格劃分

模擬實驗使用Tet/Hybrid方法對模型的動靜區域進行網格劃分(如圖2)。轉子區網格使用網格間距為1；靜子區使用網格間距為2，劃分出網格數為3 933 415個。使用FLUENT對模型進行流體力學計算。

圖2 網格劃分情況Fig.2 Grind partitions

1.3 求解模型優選與相關系數設置

對于此結晶器模型使用三維穩態求解器進行處理，運用k-ε兩等式湍流模型進行模擬。為了模擬DTB結晶器的流場特征，暫選用水為攪拌介質。設置Z方向上的重力加速度分量值為-9.81 m/s2。啟用滑移網格模型，改變攪拌槳轉速使其達到所需的混合效果。此次模擬基于非穩態隱式求解算法，動量方程按一階迎風格式進行離散求解，壓力速度耦合項采用SIMPLE算法。……