基于FLUENT的某反应器流场分析

关键词：FLUENT，撞击流，结构优化，计算流体力学，流场特性

撞击流是强化流体微观混合的有效方式之一，其原理是通过两股或多股流束在同一空间点相互撞击造成强烈湍流，撞击流式反应器具有高效的微观混合特性，能够产生强烈的压力波动，提高原料液分子间有效碰撞的概率，其性质优越，具有很大的应用潜力。对撞击流式反应器的研究目前也相当成熟，利用数值模拟方法对撞击流式反应器进行流场分析是常用的技术手段。

利用FLUENT软件对某撞击流反应器进行数值模拟。通过数值模拟手段对其几何结构进行优化，探索得到其最优的结构参数。以某结构参数的反应器为例进行以下数值模拟流程介绍。通过精细的网格划分和仿真设置，模拟了反应器内部的流场特性，以云图和流线方式显示反应器内部流场的速度分布和压力分布。

在仿真过程中，首先建立反应器的三维模型。为提高仿真精度，对模型进行了poly网格划分。随后设置仿真参数，包括流体密度、粘度等参数。采用SST k-omega湍流模型来描述流体的湍流特性。后续可以通过改变结构参数和操作参数对其进行更为细致的数值模拟，以进一步优化其混合效果，强化流体微观混合。

建立几何模型时对其进行适当的结构优化便于数值模拟过程，网格划分时对其施加一定的控制（如曲率和偏度）以提高网格质量，综合得到网格质量大于0.2即可满足一般仿真需求。几何模型如图1所示，网格划分如图2所示。

图1几何模型

图2网格划分

反应器内初始流速分布如图3所示，数值模拟过程中撞击流流体入口流速设置为30m/s，反应器内初始压力分布如图4所示。

图3初始速度分布

图4初始压力分布

反应器达到稳态时，速度及压力分布如图5和图6所示，沿着反应器中垂面，左右两侧速度呈现对称分布，两股流体撞击后速度降低。反应器内稳态后压力分布如图7所示，压力也呈现出对称分布，压力最大值出现在两股流体的撞击位置。

图5云图显示稳态速度分布

图6流线图显示稳态速度分布

图7稳态压力分布