Комп’ютерне моделювання структури потоку у комбінованому змішувачі для водних суспензій з твердою та газовою фазами

Анотація

У статті виконано огляд процесів комп’ютерного моделювання структури багатофазного потоку у змішувачах для водних суспензій із твердою та газовою фазами. Проаналізовано особливості взаємодії рідкої, твердої та газової фаз у змішувальних системах, а також визначено, як локальні швидкості, турбулентні флуктуації та реологічні властивості середовища впливають на характер циркуляції і масообміну. Починаючи з розвитку CFD-DEM методів, моделювання дозволило наблизити реконструкцію реальних процесів у змішувачах до тривимірної картини, однак складність реальної динаміки середовища досі вимагає вдосконалення моделей. Дослідження показують, що газова фаза не лише підтримує циркуляційні процеси, а й змінює локальні структури швидкості,  і таким чином впливає на розподіл твердих частинок у потоці. Крім того, в процесі аналізу виявлено, що деформація бульбашок газу, їхня коалесценція і руйнування, а також агрегація твердого компонента призводять до утворення зон із різною інтенсивністю масообміну та локальними нерівномірностями концентрації фаз. Робота змішувача залежить від співвідношення висоти камери, діаметра ротора і швидкості його обертання, що визначає стабільність циркуляційних контурів і рівномірність розподілу фаз. Відхилення від оптимальних режимних характеристик призводить до розвитку нестійких зон, де накопичення твердих частинок і газових бульбашок порушує загальну ефективність процесу змішування. Окрему увагу приділено питанню впливу реологічних властивостей суспензії на турбулентні характеристики потоку, оскільки підвищення концентрації твердого компонента змінює в’язкість і впливає на локальну стійкість циркуляційних структур. У статті також розглянуто перспективи інтеграції хімічно-кінетичних процесів у обчислювальні моделі змішування, що відкриває можливості для створення нових технологічних рішень у промисловості. Таким чином чисельне моделювання змішувальних систем із багатофазним середовищем залишається ефективним інструментом для оптимізації сучасних виробничих процесів, спрямованих на підвищення енергоефективності та зниження технологічних втрат.