摘要：随着科学技术的快速发展，我国化工机械设计领域进步迅速，CFD技术在其中的广泛应用便能够证明这一认知。基于此，本文将简单分析化工机械设计中CFD技术的基本应用路径，并结合实例，深入探讨CFD技术在制药化工产品生产常用反应釜设计中的应用，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。
关键词：CFD技术；化工机械设计；搅拌釜
前言：通过应用CFD技术进行流场模拟，化工机械设计的决策可获得充足依据，配合有限体积法、有限元法、差分法开展计算，化工机械设计中面临的限制问题也能够顺利解决。为保证CFD技术更好服务于化工机械设计，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。
1.化工机械设计中CFD技术的基本应用路径
1.1流化床设计
化工机械中的流化床设计需围绕流化床整体运行状态开展，但基于大量工业数据和相关实验可以发现，传统设计往往缺乏综合性解释方案，设计很容易出现无法较好满足流化床使用需求的问题。在流化床建模中，流化床建模的时间和长度特点会使气体-固流将整个结构分为单个离子、计算单元、过程设备，由此即可针对性应用CFD技术。对于流化床设计的计算机单元模型确定来说，需关注作为连续渗透性介质的气相与固相，由此应用CFD技术，即可针对性计算局部平均代替量的转变数值，气-固流体的通过信息也能够通过连续性急性反应作为参考。但值得注意的是，基于CFD技术开展的流化模型建立很容易遇到难以提供质量、相间动量等参数的传递关系，基于单个离子的流动性模型构建将无法实现，设备系统稳步运行因此受到的影响必须引起重视[1]。
1.2搅拌釜设计
在化工机械的搅拌釜设计中，CFD技术的应用需关注搅拌器邻近区域的边界条件及时间平均速度计算。在计算搅拌釜流体的过程中，需针对性划分一个个不同的小单元，为满足后续实验需要，还需要针对性开展网格化处理。在具体的CFD模拟中，适应性网格选择的提供极为关键，以此形成能量、质量、动量守恒方程，即可表达湍流作用及化学反应，具体数值也可基于CFD计算求得。近年来我国实验技术发展迅速，多普勒激光测速仪与CFD技术的联合使用也受到广泛关注，二者可实现相互协调，多普勒激光测速仪的测量特点及速度测定可基于CFD完成的边界条件计算测定，CFD的计算结果可基于测速仪测量的数据进行验证。
1.3填料塔设计
化工机械的填料塔设计同样可采用CFD技术，以此开展计算可发现填料塔结构存在传热及传质效率低的区域，为获得流体的轴向及径向混合状态，填料形状的针对性改变必须得到重视。在CFD技术的具体应用中，该技术可对填料塔流动物体运行状态进行快速、准确的计算[2]。
1.4化学反应工程设计
化工机械设计中的CFD技术应用还需要关注化学反应工程设计，如基于CFD技术的高温太阳能化学反应器设计，由此模拟整个系统结构，CFD技术即可对设备所处环境温度、运行速度、压力等状态进行计算，求得相关参数，模拟实验结果的验证可由此获得CFD技术支持。CFD技术还能够配合限元法对整块催化剂催化燃烧进行模拟，由此完成的化学反应模拟可为实验和设计提供依据。此外，CFD技术在高压釜反应器使用状态研究中的应用也不容忽视，由此研究系统的内部混合及反应，CFD技术即可围绕聚合动力学、旋转桨叶、反应器全面分析不同反应操作过程，最优化的操作参数求得也能够在CFD技术支持下快速实现。
1.5喷水泵设计
化工机械喷水泵设计中的CFD技术应用同样不容忽视，基于喷水泵的转子及静子组成，CFD技术的应用可围绕模型建设与数值计算展开。在具体的喷水泵模型建设过程中，如存在只有一个转片的转子及静子，应基于CFD技术设置每秒一千二百转的设备转速，并随之针对性完成压力设定。在具体的数值计算过程中，数据计算需在模型建立且简化处理完成后开展，配合三维精准求解器的设定，喷水泵模型的准确建设即可顺利实现。
1.6压缩机设计
在化工机械中，压缩器属于负责提高气体压力、运输压缩气体的设备，主要由活塞及气缸壁组合而成，为更好使用压缩机设备，CFD技术的应用必须得到重视，以此针对性建设FLUENT设备模型，相关数值的计算即可通过三维软件完成。在求解器的应用中，应启动不稳定求解器，并针对性完成网络运动模型设定，实验过程中的动态网格具体数据指令和移动数据的激活也不容忽视，各个流动区域网格移动状态计算准确性可基于这些数值得到保障，压缩机使用和运行价值也可随之提升。
2 化工机械设计中CFD技术的具体应用
为提升研究的实践价值，以500L的制药类反应釜设计作为研究对象，基于相关标准要求，该反应釜设计选择标准平直叶圆盘涡轮式搅拌器作为搅拌器类型，釜筒体直径的1/3为搅拌器直径，反应釜具体设计如图1所示，采用与叶轮直径相同的搅拌器安装高度以及200r/min的转速，同时80mm宽度的挡板在釜体内壁均布。
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图 1 反应釜具体设计
采用CFD技术开展数值模拟，具体的搅拌釜内流体数值模拟分析需采用Fluent流体力学软件，以此依次开展网格划分、搅拌釜模拟、边界条件明确，即可通过基于CFD技术的数值模拟开展初始设计结果分析、结构参数的影响分析，明确流动特性受到的搅拌器安装高度影响、流动特性受到的搅拌器转速影响，图2为釜内简化模型及流体模型网格划分。
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图 2 釜内简化模型及流体模型网格划分
围绕搅拌釜模拟进行深入探讨可以发现，基于多重参考系法，CFD技术即可对叶轮转动区域进行模拟，以此模拟静止挡板外部静区域、旋转桨叶的内部动区域。在稳态计算方法支持下，即可围绕200r/min旋转的转动区域、流体静止的静区域进行计算，以此使用k-湍流模型，并采用9.81m/s2的重力加速度，即可围绕固液两相混合的原始设计工艺条件开展更为针对性的模拟。结合具体模拟可以确定，圆盘以下的流型会在安装高度下降至150mm时转变，釜内流体速度整体变化直接受到转速直接影响，因此最终设计选择了200mm的安装高度、100r/min的转速，制药类反应釜的设计优化由此实现。
结论：综上所述，CFD技术可较好服务于化工机械设计。在此基础上，本文涉及的填料塔设计、喷水泵设计、制药类反应釜设计等内容，则提供了可行性较高的CFD技术应用路径。为更好发挥CFD技术优势，CFD技术的应用应配合具体的实验测试共同开展。
参考文献：
[1]周倩倩,张天翔,孙琼.基于CFD流体仿真模拟的絮凝池流态分析及方案设计[J].广东工业大学学报,2019,36(06):80-85.
[2]章燕,姚斌.绍兴污水处理厂搅拌器的CFD数值模拟研究[J].广东化工,2018,45(13):209-210+223.
作者简介：成斌斌（1990.05--）；性别：男；籍贯：甘肃省清水县；学历：本科；毕业于山东理工大学；现有职称：注册安全工程师、助理工程师；研究方向：化工安全。