[發(fā)明專利]一種基于Fluent優(yōu)化DTB結(jié)晶器導(dǎo)流筒的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710397879.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107330150B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 那平;趙思源;劉勇;徐鳳云;李亞楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;B01D9/00;G06F111/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉玥

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Fluent優(yōu)化DTB結(jié)晶器導(dǎo)流筒的方法：首先，建立若干個(gè)DTB結(jié)晶器幾何模型；其次，利用Gambit前處理軟件，對(duì)每一個(gè)DTB結(jié)晶器幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；然后，采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行單相模擬，對(duì)同一種幾何結(jié)構(gòu)的DTB結(jié)晶器模擬一系列不同攪拌速率下的DTB結(jié)晶器流場(chǎng)；最后，應(yīng)用report功能獲取不同DTB結(jié)晶器在不同攪拌速率下的導(dǎo)流筒體積循環(huán)流量和扭矩，依據(jù)扭矩計(jì)算出攪拌功率，繪制循環(huán)量?功率曲線并加以比較，選擇最右側(cè)曲線對(duì)應(yīng)的模型作為導(dǎo)流筒最優(yōu)化模型。本發(fā)明提出了一種新的導(dǎo)流筒尺寸設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，提高了DTB結(jié)晶器導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化效率，得到的優(yōu)化后結(jié)晶器運(yùn)行效率高，設(shè)備運(yùn)行能耗低，能夠起到很好的節(jié)能作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DTB結(jié)晶器，特別涉及一種基于Fluent優(yōu)化DTB結(jié)晶器導(dǎo)流筒的數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)

DTB結(jié)晶器是50年代末出現(xiàn)的一種效能較高的結(jié)晶器，是連續(xù)結(jié)晶器的主要形式之一，可用于真空冷卻法、蒸發(fā)法、直接接觸法及反應(yīng)法的結(jié)晶過(guò)程。結(jié)晶器內(nèi)的料液沿導(dǎo)流筒構(gòu)成循環(huán)通道循環(huán)流動(dòng)，循環(huán)量對(duì)于物料混合、晶體與飽和溶液接觸以及后續(xù)晶體的生長(zhǎng)有重要影響，是DTB設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)。

DTB結(jié)晶器通常以攪拌方式來(lái)實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)，為使循環(huán)量足夠大，可采用增大導(dǎo)流筒和槳的直徑的優(yōu)化方法，以此擴(kuò)大液體循環(huán)區(qū)，達(dá)到所需效果。然而攪拌槳的增大使功率也因此增大，某種程度上加大了能量消耗，不利于節(jié)能的目的。因而在增大循環(huán)量及盡量減小能耗之間尋找合適的導(dǎo)流筒尺寸優(yōu)化值對(duì)結(jié)晶工業(yè)具有較為重要意義。

DTB結(jié)晶器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，純粹的理論流體力學(xué)完全無(wú)能無(wú)力。目前，DTB結(jié)晶器設(shè)計(jì)和優(yōu)化往往需要是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來(lái)獲得較佳的設(shè)備結(jié)構(gòu)。這種方法需要制造大量的不同尺寸的DTB結(jié)晶器結(jié)構(gòu)，同時(shí)還需要進(jìn)行較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)研究時(shí)間，因此，這種設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法具有高昂的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，設(shè)備設(shè)計(jì)與優(yōu)化效率低下。另一種常用的方法則是純粹依靠以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)，比如導(dǎo)流筒內(nèi)部循環(huán)通道面積與外部循環(huán)通道面積相同等。這種純粹的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法往往導(dǎo)致設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量不高，操作效能較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為DTB結(jié)晶器確定合理導(dǎo)流筒尺寸提供一種數(shù)值計(jì)算方法，利用該方法設(shè)計(jì)的DTB結(jié)晶器最佳導(dǎo)流筒尺寸，可以提高DTB結(jié)晶器的運(yùn)行效率，降低設(shè)備運(yùn)行能耗。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于Fluent優(yōu)化DTB結(jié)晶器導(dǎo)流筒的方法，包括以下步驟：

步驟一、建立若干個(gè)DTB結(jié)晶器幾何模型，所述DTB結(jié)晶器幾何模型中除導(dǎo)流筒直徑和攪拌槳直徑及攪拌槳高度外其余部分尺寸完全一致；

步驟二、利用Gambit前處理軟件，對(duì)步驟一中的每一個(gè)DTB結(jié)晶器幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到對(duì)應(yīng)的DTB結(jié)晶器網(wǎng)格文件；

步驟三、將步驟二得到的DTB結(jié)晶器網(wǎng)格文件導(dǎo)入計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行單相模擬，選擇數(shù)學(xué)模型，設(shè)置物料性質(zhì)、求解條件、邊界條件，對(duì)同一種幾何結(jié)構(gòu)的DTB結(jié)晶器模擬一系列不同攪拌速率下的DTB結(jié)晶器流場(chǎng)并生成數(shù)據(jù)文件，完成所有DTB結(jié)晶器網(wǎng)格文件在不同攪拌速率下的流場(chǎng)模擬；

步驟四、將步驟三中得到的數(shù)據(jù)文件應(yīng)用report功能獲取不同DTB結(jié)晶器在不同攪拌速率下的導(dǎo)流筒體積循環(huán)流量和扭矩，依據(jù)扭矩計(jì)算出攪拌功率，在同一坐標(biāo)系中繪制各DTB結(jié)晶器仿真模型的循環(huán)量-功率曲線，并加以比較，選擇最右側(cè)曲線對(duì)應(yīng)的模型作為導(dǎo)流筒最優(yōu)化模型。

進(jìn)一步的，所述的步驟二中，對(duì)每一DTB結(jié)晶器幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證，具體方法為：利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent的網(wǎng)格自適應(yīng)功能對(duì)網(wǎng)格加密，若網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果偏差在1％以內(nèi)，則表明計(jì)算結(jié)果與網(wǎng)格數(shù)量無(wú)關(guān)，無(wú)需繼續(xù)加密網(wǎng)格。