双层桨叶提钒搅拌浸出槽的数值分析【毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您CAD图纸，Q号交流197216396或11970985 本科毕业论文题目：双层桨叶提钒搅拌浸出槽的数值分析学 院:机械自动化学院专 业:机械电子工程学 号:学生姓名:指导教师:日 期:摘 要 除传统工业应用外，钒在非钢铁领域的应用越来越广泛，其范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。基于钒的广泛用途，以提取和使用钒为目的全球产业也随之得以发展。石煤是我国独特的一种矶矿资源，因为储量极为丰富，因此，从石煤中提取钒是我国提取钒的重要途径。 本文基于Fluent软件，采用标准的k-e湍流模型，欧拉-欧拉多相流模型，多重参考系稳态流动方法，对浸出槽内固液两相流动过程进行数值模拟研究。应用数值模拟方法研究桨叶离底高度，浆叶转速或者说桨叶的正反转和阻尼板高度或有无对槽内固液浓度分布的规律，这是近来我国对这方面的研究重点。结果表明：在一定范围内，增大浆叶的转速有利于改善槽内固液分布，尤其是靠近槽底和靠近液面的那部分流场分布，改善固液分布；在一定的范围内，增大阻尼板的高度有利于槽内固相的上浮；在允许的范围内，降低浆叶离底高度有利于改善槽底沉积现象，当浆叶离底高度为0.3D时效果较好；变速搅拌能提高搅拌槽的搅拌效率。对双层桨叶搅拌槽内部流场进行数值模拟，考察了不同桨叶类型和桨叶间距对浸出槽内部流场的影响。利用ANSYS软件对模型进行网格划分和组元创建，利用对桨叶的力学分析对桨叶转速进行优化。关键词：搅拌流场；Fluent；ANSYS；流场模拟;双层桨叶AbstractVanadiumisanimportantstrategicmaterialandhasmanyuses.n addition to traditional industrial applications, the application of vanadium in the field of non iron and steel is more and more widely, its scope covers the aerospace, chemical, battery, paint, glass, optics, medicine and many other fields. Vanadium is widely used to extract and use vanadium for the purpose of the global industry has also been able to develop. Coal is our country unique a rocky mineral resources, because of very rich reserves, therefore, from stone coal extraction of vanadium is an important way for the extraction of vanadium.This paper based on the FLUENT software, the standard k-e turbulence model, Eulerian Eulerian pull model of multiphase flow, multiple reference lines steady flow method, of leaching tank solid-liquid two-phase flow numerical simulation study. Using numerical simulation method to study the blade from the bottom of the height, speed of the blade or blades said negative and positive damping plate height or no rules of the groove of the solid concentration distribution, which is recently, our research focuses on this aspect. The results showed that in a certain range, increasing the rotational speed of the blades to improve tank solid-liquid distribution, especially near the tank bottom and near the surface of the flow field distribution, improve the solid-liquid distribution; within a certain range, increase the damping plate height to the groove of the solid phase in the floating; within the allowed range, reduce the blade from the bottom of the highly conducive to the improvement of the deposited at the bottom of a groove phenomenon, when the blade from the base height for 0.3d effect is good, and the agitation speed variable can improve the mixing efficiency of stirred tank. The double-layer paddle stirred tank with internal flow field numerical simulation, the effects of different blade types and blade spacing on the internal flow field of the leaching tank. By using ANSYS software, the model is divided into grid and the group element is created, and the rotor speed is optimized by using the mechanical analysis of the blade.Key words: mixing flow field; Fluent; ANSYS; flow field simulation; double blade目 录摘 要IAbstractII目 录IV1 绪 论12 提钒原理及工艺22.1 提钒的化学原理及反应22.2 提钒工艺简介23 浸出槽流场模型的建立43.1 流体力学模型43.2 湍流及雷诺应力53.3 参数的选择64 数值模拟及分析74.1 流场分布74.2 计算及结果的分析74.3 计算结果与分析103 数值计算及理论校核154 结论17结束语18参考文献19致谢20III1 绪 论钒是一种具有诸多优秀的物理性能和化学性能的金属，约占地壳重量的0.02%，钒用途十分广泛，素有金属“维生素”之称。虽然世界钒钛磁铁矿的储量很大，但集中在少数几个国家和地区，据资料表明，当时世界钒储量基础为1.6亿吨（以钒计），具有多中氧化态，能形成阴离子和阳离子，而与其他元素结合在一起形成多种化合物。含钒品位很低的矿物有钒钛磁铁矿，含钒磁铁矿，含钒铝土矿及含钒磷酸盐矿灯。由于各地钒矿物形式差异较大，采用湿法浸出时的工艺条件也不尽相同。按当前的矿产开采速度推算，世界已经探明的钒资源可供使用约150年。从储量大小看，南非占46%，东欧各国占23.6%，美国占13.1%，我国占约11.6%，其它国家的总和不足6%，因此是未来战略性很强的储备材料。随着科学技术水平日新月异，对新材料的要求日益提高使人们逐渐又发现了钒在钛合金中的优异改良作用，并应用到航空航天领域，从而使得航空航天工业取得了突破性的进展。最初的钒大多应用于钢铁，通过细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性。钒在非钢铁领域的应用越来越广泛，其范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。作为“现代工业的维生素”，钒是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。钒在冶金业中用量最大。从世界范围来看，钒在钢铁工业中的消耗量占其生产总量的85%。与此同时，钒在化工、钒电池、航空航天等其它领域的应用也在不断扩展，且具有良好发展前景。同时钒是一种重要的战略物资，具有广泛的用途。钒被称为“现代工业味精”，钒的化合物也十分有用，可以被广泛地用来生产如催化剂、化妆品、燃料以及电池等。在其它领域的应用也在不断扩展，且具有良好发展前景。基于钒的广泛用途，以提取和使用钒为目的全球产业也随之得以发展。石煤是我国独特的一种矶矿资源，因为储量极为丰富，因此，从石煤中提取钒是我国提取钒的重要途径。本文旨在对传统提钒工艺流程的基础上，结合石煤提钒中的一些新工艺，及运用仿真总结出传统提钒过程的优劣。浸出过程是含钒页岩提钒中的重要环节，浸出率的高低对金属钒的利用率、提钒生产效率起到了决定性作用，因此很多因素都会影响浸出过程，所以讨论时，我们考虑大多条件理想且只改变小部分数值。机械桨叶搅拌槽是含钒页岩提钒中广泛使用的一种浸出设备，本文通过对机械搅拌槽进行固液两相流动仿真，分析了不同桨叶搅拌槽内流场对钒浸出率的影响。文中使用Fluent对双层桨叶搅拌槽内部流场进行数值模拟，考察了不同桨叶类型和桨叶间距对浸出槽内部流场的影响，用分析流场实体模型的各个数值，采用k-湍流模型、欧拉欧拉多相流模型以及多重参考系法对搅拌槽内流场桨叶受力进行分析。212 提钒原理及工艺2.1 提钒的化学原理及反应传统钒在浸出过程中发生的主要化学反应是：产品为V2O5。2.2 提钒工艺简介本研究中主要是浸出搅拌槽的数值模拟，据研究可知硫酸盐的扩散速率与溶液的浓度差和周围流体的速度有关。在浓度差的一定的情况下，增加溶液与固体颗粒之间的速度差有利于加快固体颗粒表面溶液的转换速率，减少传质边界层厚度，显著增加扩散速率，从而促进钒的浸出。因此，浸出槽内液相，固相的流动速度以及型式对两相之间的扩散速率有着重要的影响，进而对钒的浸出率有着重要的影响。基于我国国情，本文着重介绍采用复合附加剂氧化钠化焙烧、水浸，提高钒转浸率的工艺方法。办呢问研究的重点是提高石煤提钒总回收率，优化焙烧条件及浸出工艺，提高钒转浸率。本工艺水浸液固分离简单可行，对设备无特殊要求，具有较高的利用价值。除此之外还有含钒页岩的浮选，在含钒页岩的提钒的过程中，有时需采用浮选的方法进行脱碳预富集钒。石煤中常含10%至20%碳，碳会在浸出过程中覆盖在矿物颗粒表面，因此不利于钒的浸出。浮选脱碳可消除其对钒浸出的不利影响，并回收碳；同时提高石煤中钒的品位。以下是石煤脱碳工艺路线。图1.1 石煤脱碳工艺路线环境友好以及低能耗都是本工艺的优点，沉降过程残留水分较小，对企业减少成本也是重大福音。3 浸出槽流场模型的建立3.1 流体力学模型 搅拌器三维流场数值模拟采用三维雷诺NS方程及标准是k一e湍流模型。在定常条件下，搅拌流场的不可压缩流动可用下列方程组描述：三维连续方程：式中：u、v、w为相对速度分量；不可压缩性流动方程：式中；ui表示沿i方向的速度分量，其他亦然；在假设液体密度均匀情况下考虑机械能守恒，在考虑密度、温度、内能变化时，反映包含内能的热力学第一定律方程。根据所考虑的因素多少，流体力学的能量方程具有不同的表达形式。基于连续性假设，流场是光滑连续的，此时它可列成微分方程形式，也可以积分形式写出；在某些对准确度要求不高的情况下，可以列成较粗略的但数学上大为简化的代数关系式。流场能量方程中包含动能、势能，有时包含内能。若考虑密度变化的,能量方程须包含内能；若考虑粘性时还要考虑由于内摩擦引起的机械能的损耗（转变为热能）和由于热传导引起的热能在流体质点间的传递。有时还要考虑化学反应能、辐射形式传热等。本文考虑的能量方程有如下几种形式：无粘不可压缩流体的能量方程：对于无粘、密度均匀不变的流体，用伯努利方程表达机械能守恒。无粘不可压缩流体是定常流运动中欧拉方程沿流线的积分，因此，原则满足自动量守恒定律。无粘可压缩流体的能量方程：在无粘、可压缩（密度在运动中有显著变化）流体的能量方程中要考虑热力学温度和内能的变化。如果限于绝热运动，对流体质点列能量方程时，用到热力学第一定律：式中 dQ、dU分别为加于单位质量的热量、内能的变化。对于定常流，利用式 (1)还可沿流线积分欧拉方程，得到无粘、可压缩流体绝热定常运动的伯努利方程（忽略重力，用v代表流速） 常数 3.2 湍流及雷诺应力湍流，是流体的流动状态之一。当流体流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合,形成湍流，又称为乱流、扰流或紊流。图3.1 均匀烟流通过厚的平板后形成湍流湍流输运方程为：流体和桨叶接触产生应力，除了液体对桨叶的压力外，通常我们会忽略掉一些涡流产生的应力，当然本文也会忽略这部分影响，但考虑到这多少对实验结果产生影响，因此赘述，一遍之后校核。流体力学中，我们知道，当体通过截面积为A的管道时，下层液体流速会比上层慢，如果始终是这样也无所谓，可是当我们加入桨叶时，情况发生了极大的改变。产生的雷诺应力：在对雷诺方程推理过程中发现，雷诺应力估计大小在0.001，均匀无剪切平均流场中，湍流动能不断衰减，直至耗尽。3.3 参数的选择根据已有讨论和研究，本文选择双层六直叶圆盘涡轮进行数值仿真，具体参数如下表3.1。搅拌槽为圆柱形筒体，槽体四周均布四块挡板，搅拌器为双层圆盘涡轮式搅拌器，搅拌槽内径为D，液位高度取N。表3.1 搅拌器几何参数几何参数数值mm搅拌槽高度 H800搅拌槽内径 D500液面高度 N600搅拌杆直径52叶片高度 w60叶片长度 L200叶片浸入深度 M200，250，300，450，500记第二层搅拌器中心线离槽底距离为C1,第一与第二层搅拌器间距为C2,第一层搅拌器中心线离液面距离为C3,搅拌器的尺寸见图1.3.1所示。由于搅拌槽界面左右两部分为完全对称结构，所以只给出槽体的右半部分。图1.3.1为C1=0.4D； C2=0.4D；C1=0.15D，C2=0.48D；三种情况下用Fluent模拟得到的宏观流场与实验结果的对比发现：过程中夹带着周围流体撞击到挡板后，径向排流分为两部分，一部分沿挡板向上流动，一部分向下流动，此时，槽内存在4个循环，两层桨叶之间存在比较明显的分区现象，形成平行流型，整个流域无明显死区。当两桨距减少时，上下桨叶相互抑制，流行涡心向槽体外围延伸，中间两个涡环被挤压，旋转流体产生的剪切力使与之相邻的周围液体的表面上产生许多的微小涡流，涡流与湍流并存。这种涡流与湍流的并存可以促进局部混合、异相间界面更新等所引起的传质和传热作用，以及气泡和液滴的分裂、分散的过程。但是同时也能看到下层桨叶的二次循环流型变小，对槽底的搅拌效果减弱。可看到底桨叶较低，下部流行受抑制，流体经径向流到槽底后流回轴中心，形成轴向流，下层桨产生一个类似轴流桨的大涡流，而上层桨的流型基本上不受下桨的影响，整个槽体内形成分散流型。4 数值模拟及分析4.1 流场分布 自由液面处采用自由边界条件，转子与静子之间的分界面采用内部界面，槽内壁面设为静止壁面条件，旋转区内壁面设为旋转壁面条件。其中搅拌轴处于静止区域内，相对于区域内的流体是运动的，而搅拌器桨叶面处于旋转区域内，相对于旋转区域是静止的。恒定转速为60r/min。本模拟采用 K-模型,差分格式选择高阶求解格式，为了得到工业上可以接受的积分量数值，收敛残差设为le-5,最迭代步设为100。 利用仿真软件对不同浸入深度得到不同的流场分布图。4.2 计算及结果的分析如下图显示，在不同转速下单层及双层叶片流场情况。（1） 单层桨叶低速流场（桨叶转速为200转/分）（2） 单层高速流场（桨叶转速为1000转/分）（3）（3）双层桨叶高速流场（双桨叶同向转速为1000转/分）图4.1 速度矢量图（4） 图液体以两桨为中心分别形成循环区，但由于两搅拌桨均将液体高速向两桨中间区域排出，高速冲刷槽壁，而后分上、下两股分别向槽底和槽顶方向以两桨为中心形成循环区，每个循环区均与单桨搅拌槽内形成的循环区基本一致；两层搅拌桨之间的液体的速度全部轴向向下流向以下搅拌桨为中心的循环区。考虑到双层桨叶的不同转向对流场流速的影响，我们在不同液面高度和叶片浸入深度的情况下某固定点观察轴向流场速度对比，如下图：图4.2 速度分析双桨逆向：平均速度0.20m/s；双桨同向：平均速度0.04m/s ；双层桨搅拌槽内液体在不同液面高度和半径下的轴向速度均明显高于单桨搅拌，整体混合情况明显比单层桨时强烈。双桨情况下的轴向速度分布基本相同，大于单桨。据之前的研究当混合雷诺数小于500时，在搅拌桨叶的上下部位会产生混合隔离区，俩隔离区域互不干涉，严重影响搅拌效果，欲改善搅拌槽的搅拌效率可以利用混沌混合的理念。混沌混合，是一种可以破坏流体流动周期性的一种流体流动方式。在流动混合中可以分成三种混合形式：对流混合，剪切混合和扩散混合。其中以对流混合为主，而扩散混合效果是最差的，它是层流混合中的主要形式，所以在设计搅拌槽的时候必须让搅拌槽内的流场尽量处于对流混合的情况中。据研究要让搅拌槽产生混沌混合有两种方式：时间混沌混合，主要形式是变速搅拌。随着速度的波动，搅拌桨上下两部分的混合隔离区的位置在不断在变化，所以在两个固定的速度值之间，搅拌桨的速度逐渐在改变的话，这样的话，整个搅拌槽都可能处于混沌混合区中，从而可以改善钒的浸出效果。空间混沌混合，其主要形式是偏心搅拌，侧入式搅拌，错位桨叶搅拌等等形式。在这里我们主要研究变速搅拌。所谓变速搅拌就是要么改变搅拌的方向，要么改变搅拌的速度，也可以同时改变速度和方向。为了研究方便，我们暂时研究分别改变搅拌桨的速度。我们这样设计搅拌桨的变速范围，首先我们先设定搅拌桨几种转速，分别进行数值模拟，经过对比，观察拿两个范围内的流场变化是最大的，或者这样说，比较范围内流场变化更大或者出现更多的对流混合现象。双层桨叶不同转向，除了分析搅拌槽的速度分布，还要分析桨叶的在不同的速度下的压力分布，这会对设置桨叶速度，更符合实际，是桨叶有更长的使用寿命。下图为桨叶在三个速度下的压力分布图：（1）转速200转/分（2）转速500转/分（3）转速1000转/分图4.3 速度云图观察搅拌桨所受的压力，前面两种情况结果相差不大，但是第三种情况相对于前面两种情况则是大相径庭，就压力分布而言除了它的桨叶叶端的压力最大之外，随着桨叶顶端到轴所受的压力也增加了，而且它的压力分布并不均匀，搅拌槽的其他部位所受的压力也有所增加。这都是因为搅拌桨的速度的提高，搅拌槽的流体的流动速度大幅度提高，桨叶所受的剪切力也提高，所以在考虑提升速度的同时，必须考虑速度的提高所带来的桨叶磨损几率的提高及对轴的压力情况。4.3 计算结果与分析在此之前首先介绍以下临界离底转速，临界离底转速指的是槽内固体颗粒在搅拌时完全离底悬浮时搅拌桨的最小转速。除此之外，相关论文指出，根据钟丽等人界定，他们认为槽底固体颗粒的最大体积分率小于0.52时，就可以认为槽底固体颗粒完全离底了，并且据研究基于CFD的方法固体完全离底悬浮的最低转速为144转/分运动，所以初步设置搅拌轴的速度为300转/分。图七为进行计算机进行运算后的残差图。图4.1 残差的收敛曲线图为研究阻尼板对搅拌槽流场分布的影响，所以对槽内有无阻尼板，和阻尼板的高度进行数值模拟。以下就简单分析一下阻尼板对搅拌槽流场的影响。根据相关的研究，加阻尼板时可以发现搅拌槽内的流场是以轴向为主的，并具有少量的周向流，而且在搅拌桨区附近有一定的涡旋区。当把阻尼板拿走后，可以发现搅拌槽的流场分布是以周向流场为主。之所以会这样，是因为当搅拌桨产生周向流的时候，周向流遇到阻尼板，从而改变了方向，也就是当流体的速度和方向发生改变之后，导致固液两相的密度不一样，在惯性力的作用下产生速度差，说导致顶部和底部的周向流更多地转为径向流，更多地流向轴心，也因此产生更多的涡旋，就是因为这些涡旋的产生，加强了搅拌槽内固液的对流传质，也就是加大了石煤钒的浸出率。其实在工业现实上，可能会经常发生在搅拌过程中会发生桨叶断裂的情况，降低石煤中钒的浸出率，并且有可能导致一定的工业事故从而得不偿失。导致搅拌过程中的桨叶发生断裂的情况非常复杂，有可能是金属疲劳，可能是固液分布，也可能是搅拌轴的转速，但是这里我们只研究一下，无阻尼板时，在桨叶搅拌时在桨叶上的压力分布，因为归根结底，都是可能桨叶受力不均不妥导致的桨叶断裂。图八为桨叶搅拌时的压力分布情况。、图4.2 速度分析图由图可以看到桨叶的顶端所受的压力是最高的，从顶端到转轴压力逐渐减弱，之所以造成这原因，阻尼板的存在与否会影响搅拌槽的流场分布情况。还有在这里指出最大压力发生在桨叶的顶端，在这里逐渐减少。压力分布之所以会这样，是因为在桨叶的顶端，桨叶会受到最大的切削力，同时桨叶顶端处于搅拌槽的高速区，因此桨叶顶端受的压力是最大的，顶端到底部逐渐减少。可以看出当阻尼板存在的时候无论在流场分布方面，还是在桨叶受压方面，都会有一定的好处，可能因为当流体遇到阻尼板时发生碰撞，导致流体的速度下降，相对于图八的无阻尼板的搅拌槽，无阻尼板的搅拌槽，流体流动速度过高，产生更多的高速涡旋，对桨叶的切削力更大，所以加有阻尼板可以改善了搅拌槽的流场的分布。但是阻尼板对搅拌状况的影响还是有一定的限制的，这里主要研究阻尼板的有无对搅拌效率的影响，当然这不是唯一的影响因素，例如搅拌槽阻尼板的高度，分布等等，对搅拌槽的流场分布或多或小会有很大的影响。上面我们研究了阻尼板对搅拌槽流场的影响，下面我们研究搅拌轴的转速对搅拌槽会产生什么样的影响，相对与阻尼板，桨叶的搅拌的搅拌速度会有更大的影响，因为桨叶的速度可以在搅拌过程动态调整，如果根据搅拌效果实时调整转速，这样相对于固定的因素会更有效率，从而确定搅拌轴的最佳转速，从而可以降低能耗。（a）（b）（c）（d）（e）（f）图4.3 不同转速的流场分析当转速为200转/分的时候，固体显然也完全离底悬浮了，但是靠近液面的部分流场分布不怎么理想，流场的速度非常低，但是在搅拌槽的中部（桨叶附近的高速区）搅拌效果相对来说效果较好，底部次之。之所以会这样，是因为当桨叶在高速转动时，高速区附近没有阻挡物，流场主要以周向流场为主，含钒页岩颗粒从底部起将会大部分停留在高速区进行对流搅拌，所以在高速区搅拌效果是最好的，顶部最差，靠近底部的次之。在每个速度云图的后都有一个沿X轴方向的线的速度分布，从这些图也能看到搅拌槽的速度分布都是从槽壁开始到搅拌轴，先增大后减少，沿着搅拌轴对称分布。转速为500转/分的搅拌效果和转速为300转/分的搅拌效果变化不明显，相反，转速为500转/分时，搅拌槽顶部的流场分布效果更差，靠近槽底的效果更好，这是因为搅拌速度增大了，更多的对流混合发生在高速区附近。但是当桨叶速度为1000转/分无论是速度分布，还是桨叶的压力分布相对与前面都有很大的区别。首先当搅拌速度为1000转/分时，搅拌效果在高速区和靠近槽底时与前面两种情况没有太大改变，但是在靠近液面的部分的速度流场有很大的改善，这样可以提高靠近液面部分的搅拌效果，从而可以整体上提高含钒页岩的浸出率。除此之外，从沿着X轴方向的线的速度分布相对前两种情况也是有一定区别的。靠近高速区的部分速度更高，与桨叶的速度相差不大，而且靠近轴的部分流场的速度相对前面两种情况速度也比较高的。所以总体来说，当转速为1000转/分时的搅拌槽的搅拌效果是最好的。但是由于靠近槽底的混合液体流速比较大，所以也有可能增大搅拌桨和固体颗粒的碰撞，增大桨叶的磨损几率。通过上述分析，叶片不同浸入深度对于搅拌机内部流场的影响，可以得出如下几点结论。对于叶片中心旋转的搅拌机，在叶片轴线下方由于径向速度较小，因此存在混合呆滞区；叶片的浸入深度对搅拌机内部湍动能值影响较小；但是对其固相体积浓度分布却产生重要影响，因此要合理选择叶片的浸入深度，从而使湍动能分布均匀。叶片浸入深度过大或过小，均会降低搅拌机内部流场运动的稳定性、均匀性和混合效果。因此，合理选择叶片的浸入深度至关重要。在相同的搅拌时间内，建议选取浸入深度等于液体高度的 12，这样会达到最佳流场形态和混合效果。ANSYS-CFX12.0物理模型丰富，使用CFX旋转机械模块进行流场数值模拟非常方便，湍流流场分布与实验测量吻合较好，预测涡心位置与实测的涡心位置一致，证明了模型的可行性。双层圆盘涡轮式搅拌器的搅拌层间距和底搅拌层离底高度对流场可形成平行流、合并流、分散流。在搅拌转速相同的情况下，从整体流动上来看，第一种模型下搅拌层间距和底搅拌层离底高度相当，产生的流场和湍流分布较合理，全容积内基本无死区，局部湍动程度也较小。3 数值计算及理论校核按扭转强度条件初步估算机器的运动简图确定后，各轴传递的P和n为已知，在轴的结构具体化之前，只能计算出轴所传递的扭矩，而所受的弯矩是未知的。这时只能按扭矩初步估算轴的直径，作为轴受转矩作用段最细处的直径dmin，一般是轴端直径。若计算的轴段有键槽，则会削弱轴的强度，此时应将计算所得的直径适当增大，若有一个键槽，将dmin增大5，若同一剖面有两个键槽，则增大10。以dmin为基础，考虑轴上零件的装拆、定位、轴的加工、整体布局、作出轴的结构设计。在轴的结构具体化之后进行以下计算。按疲劳强度精确校核按当量弯矩计算轴的强度中没有考虑轴的应力集中、轴径尺寸和表面品质等因素对轴的疲劳强度的影响，因此，对于重要的轴，还需要进行轴危险截面处的疲劳安全系数的精确计算，评定轴的安全裕度。即建立轴在危险截面的安全系数的校核条件。按静强度条件进行校核静强度校核的目的在于评定轴对塑性变形的抵抗能力。这对那些瞬时过载很大，或应力循环的不对称性较为严重的的轴是很有必要的。轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的。模拟的清水与固液两相的液相速度分布趋势基本一致，由于槽底(=04mm)处于层流底层，流速低于主循环区的液相速度。在槽中心位置由于颗粒的沉降速度与液相速度的方向较为一致，对液相起到了加速的作用，速度较清水体系有所增大；而在其他区域由于颗粒沉降速度的影响，液相速度均有所衰减，平均衰减幅度为113，在逐渐靠近槽壁的过程中，衰减幅度逐渐增大，这主要是因为距离槽壁越近，液相速度方向逐渐向上偏移，与颗粒的沉降方。由于在槽中心和靠近槽壁处容易形成死区，流体在这个区域受搅拌桨的推动作用较小，故槽底两档板中间到槽中心区域，无论模拟还是试验均是在靠近槽中心和边缘区域的液相速度比较小。而在这两个区域之间参与主循环区域的流体受搅拌桨的推动作用较大，故速度最大点应该出现在槽中心与槽壁的中间区域，模拟的最大液相速度位置(2r/T：0.462处)比实验结果(2r/T=0.384处)更靠近边由于模拟所采用的液相湍流模型与实际的流场流动有一定误差造成的。特别是对靠近槽中心的非主循环区域的模拟误差较大(由于肛e模型低估了旋涡的湍流强度)。另外实验测定的是固定点主流方向的液相速度值，而模拟结果则是该点在主流方向上所有速度(包括其他方向速度在主流方向上的分量)的平均值。对固液两相体系，模拟结果较准确地反映了由于固体颗粒的加入使液相速度衰减的现象，模拟的液相速度衰减幅度为8.01，与实验结果的误差为9.2。从总体上看，模拟结果与实验结果误差较大，这主要是因为模型的偏差及其实验测定与模拟速度方法的不一致造成纯液相的模拟误差较大(如图5(a)所示)所致。转速300 rmin-1时CFD模拟的固相体积分数分布图。由颗粒的浓度分布图6(a)和速度分布可知，槽顶部流速最低，加之颗粒的沉降作用，达到顶部的颗粒较少而浓度最低；叶轮区和主循环区流速较高，且固体颗粒则由于绝大部分参与到主循环中，故浓度比槽顶略高，但在主循环区的中心。出现了低浓区。从颗粒的浓度分布图在槽底小循环区和槽底边缘区域，流速最小而固体颗粒浓度最大，因为在小循环区和槽底边缘区流速低，流动方向多变，易形成漩涡，造成死区，使槽底的颗粒不能参与到整个搅拌槽的循环中，因而此区域浓度最高。比较同一径向位置槽底(=04 mm)与主循环区的浓度数值发现，槽底浓度稍高，这是由于槽底流动速度较小，并且由于颗粒的沉降造成底部的颗粒部分不能上升到其他轴向高度，因此浓度过高。这和实验观桨叶在流体中工作时，桨叶的叶背压