【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于洗涤设备及洗涤方法，尤其是涉及多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法。
技术介绍
1、在化学工业的领域中，固体洗涤指的是各种原料在经过一系列反应后，需要通过液体接触对固体的洗涤以去除附着、包裹于固体表面与颗粒间隙中的原料、副产物等杂质，从而达到以下效果，包括：提高产品纯度以满足后续生产的需要、回收利用原料以提高经济效益等。
2、固体连续洗涤设备的综合洗涤效率由洗涤效果、搅拌功率密度、塔内固体滞留量等因素同时决定；其中，洗涤效果指的是固体洗净程度，评价标准包括液相杂质残余量(评价液相杂质去除程度)、颗粒平均停留时间(评价可溶性固相杂质去除程度)；搅拌功率密度指的是固体连续洗涤设备单位体积消耗的功率；塔内固体滞留量指的是连续洗涤设备运行稳定后，滞留于洗涤塔内的宏观固体物料量(微观粒子会随时间更新流出塔)；前述固体连续洗涤设备的综合洗涤效率会受洗涤设备的结构参数与工艺参数的影响。
3、为了提高固体连续洗涤设备在单位体积与单位时间内的洗涤效果，目前已有多级转盘式固体连续洗涤设备用于强化固-液相际接触面积或接触时间，但对于多级转盘式固体连续洗涤设备应用于不同类型的工业生产时，洗涤效果和固体处理量随洗涤设备结构与工艺参数的变化规律的研究比较欠缺，不利于多级转盘式固体连续洗涤设备的推广应用，也不利于多级转盘式固体连续洗涤设备应用于不同类型的工业生产时，综合洗涤效率最大化的实现。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的不足，促进多级转盘式固体连续
2、步骤s1:根据工程经验，确定影响多级转盘式固体连续洗涤设备综合洗涤效率的结构参数与工艺参数；
3、步骤s2：根据理论推导，从所述结构参数与所述工艺参数中，选定若干待评价因素；
4、步骤s3：构建多级转盘式固体连续洗涤设备综合洗涤效率的评价模型；
5、步骤s4：根据步骤s2选定的待评价因素，设计正交试验因素水平表；
6、步骤s5：对多级转盘式固体连续洗涤设备进行三维建模，建立设备充液状态流体计算域模型，开展数值仿真计算；
7、步骤s6：对步骤s5中的数值仿真计算所得到的结果开展正交分析，并评价所述待评价因素对多级转盘式固体连续洗涤设备综合洗涤效率的影响；
8、步骤s7：判断是否存在符合理论计算或优于工程经验的所述结构参数和所述工艺参数组合，若存在，则输出优化分析结果；若不存在，则跳转到步骤s4，重新设计正交试验，调整各因素的水平范围，直至找到符合理论计算或优于工程经验的所述结构参数和所述工艺参数组合。
9、进一步的，所述结构参数包括多级转盘式固体连续洗涤设备的单层高度、转盘桨径、转盘桨高、转盘直径和环形隔板开孔直径；所述工艺参数包括：多级转盘式固体连续洗涤设备的物料进料速度、洗涤剂进料速度和转盘转速。
10、进一步的，所述评价模型采用基于层次分析法的加权因素评价模型，所述评价模型的评价参数包括：液相杂质体积分数分布、颗粒平均停留时间、搅拌功率密度和塔内固体滞留量。
11、进一步的，所述步骤s5中的数值仿真计算基于siemens star ccm+软件，具体的数值仿真计算方法包括以下步骤：
12、步骤s51：设备简化与模型构建：对多级转盘式固体连续洗涤设备进行简化，并对简化后的多级转盘式固体连续洗涤设备中包括的设备部件进行三维建模，得到多级转盘式固体连续洗涤设备三维模型；根据步骤s4中的正交试验因素水平表，对设备部件的结构参数进行调整；根据多级转盘式固体连续洗涤设备三维模型，建立多级转盘式固体连续洗涤设备充液状态流体计算域模型；
13、步骤s52：几何模型导入与边界定义：将多级转盘式固体连续洗涤设备充液状态流体计算域模型文件导入siemens star ccm+软件中，依据软件要求定义流体计算域模型的边界及其名称；
14、步骤s53：边界类型设置与网格划分：对已完成边界定义的流体计算域模型进行边界条件类型设置，并进行网格划分；
15、步骤s54：作出物理假设：数值仿真计算基于以下基本假设：假设固体颗粒直径相同，且颗粒之间不发生结块团聚；忽略固体颗粒在多级转盘式固体连续洗涤设备内碰撞反弹过程中消耗的能量；假设多级转盘式固体连续洗涤设备内的各部件不会被固体颗粒磨损；
16、步骤s55：设置物理计算模型：依据流体计算域模型所使用的软件要求，定义数值仿真计算的物理连续体及采用的物理计算模型，所述物理计算模型设置包括：连续相湍流模型、拉格朗日相离散模型以及计算介质的材料特性；
17、步骤s56：设置边界条件数值：根据实际工艺参数，分别设置连续相的各边界条件数值和离散相的各边界条件数值；
18、步骤s57：运行数值仿真计算：运行数值仿真计算，得到多级转盘式固体连续洗涤设备的性能的数值仿真结果，并作为后续评价参数。
19、进一步的，所述步骤s51中对设备部件进行三维建模操作时，设定的参数包括：转盘、环形隔板的几何形状与几何尺寸参数，以及物料与洗涤剂进出口的位置和开口直径。
20、进一步的，所述步骤s53中，对流体计算域模型的边界条件类型设置包括：进口边界类型为质量流量进口，出口边界类型为指定质量流量的出口；
21、对流体计算域模型进行网格划分包括：划分流体计算域的网格时，设置使用多面体非结构化网格；对转盘壁面、交界面、环形隔板与挡板壁面处进行局部网格加密；在各壁面处表面生成棱柱边界层网格。
22、进一步的，步骤s55中，对物理计算模型的设置具体包括：
23、根据多级转盘式固体连续洗涤设备的放置方式设置重力加速度方向；
24、连续相湍流模型采用基于雷诺时均方法的k-epsilon两层模型；
25、求解器采用隐式非稳态求解器和分离流求解器，进行瞬态求解，离散格式采用二阶迎风格式；
26、根据实际工业生产创建各物料对应的连续相、拉格朗日相或离散相，并分别设置各连续相的材料特性，所述材料特性包括：密度和动力粘度；
27、创建拉格朗日相，选择恒密度材料颗粒模型、停留时间模型、双向耦合模型和湍流耗散模型；
28、设置离散相的材料特性，所述材料特性包括密度。
29、进一步的，所述步骤s56中，连续相各边界条件的数值和离散相各边界条件的数值均根据正交试验因素水平表中设计的参数设置，其中连续相各边界条件的数值包括：质量流量、相体积分数；离散相各边界条件的数值包括：颗粒粒径、颗粒质量流量、颗粒流速、以及颗粒分布方式。
30、进一步的，所述步骤s57包括：
31、步骤s571：连续相仿真计算：冻结拉格朗日相求解器，多级转盘式固体连续洗涤设备以连续相状态运行；监测连续相各进、出口截面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述结构参数包括多级转盘式固体连续洗涤设备的单层高度、转盘桨径、转盘桨高、转盘直径和环形隔板开孔直径；所述工艺参数包括：多级转盘式固体连续洗涤设备的物料进料速度、洗涤剂进料速度和转盘转速。
3.如权利要求1所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述评价模型采用基于层次分析法的加权因素评价模型，所述评价模型的评价参数包括：液相杂质体积分数分布、颗粒平均停留时间、搅拌功率密度和塔内固体滞留量。
4.如权利要求1所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述步骤S5中的数值仿真计算基于Siemens STAR CCM+软件，具体的数值仿真计算方法包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述步骤S51中对设备部件进行三维建模操作时，设定的参数包括：转
6.如权利要求4所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述步骤S53中，对流体计算域模型的边界条件类型设置包括：进口边界类型为质量流量进口，出口边界类型为指定质量流量的出口；
7.如权利要求4所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：步骤S55中，对物理计算模型的设置具体包括：
8.如权利要求4所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述步骤S56中，连续相各边界条件的数值和离散相各边界条件的数值均根据正交试验因素水平表中设计的参数设置，其中连续相各边界条件的数值包括：质量流量、相体积分数；离散相各边界条件的数值包括：颗粒粒径、颗粒质量流量、颗粒流速、以及颗粒分布方式。
9.如权利要求4所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述步骤S57包括：
10.如权利要求9所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述连续相仿真计算的计算时间步长为0.1-0.5s；所述离散相仿真计算的计算时间步长按公式设置，所述公式使离散相颗粒运动符合单个时间步长内颗粒运动距离符合预设值。
...【技术特征摘要】
1.一种多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述结构参数包括多级转盘式固体连续洗涤设备的单层高度、转盘桨径、转盘桨高、转盘直径和环形隔板开孔直径；所述工艺参数包括：多级转盘式固体连续洗涤设备的物料进料速度、洗涤剂进料速度和转盘转速。
3.如权利要求1所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述评价模型采用基于层次分析法的加权因素评价模型，所述评价模型的评价参数包括：液相杂质体积分数分布、颗粒平均停留时间、搅拌功率密度和塔内固体滞留量。
4.如权利要求1所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述步骤s5中的数值仿真计算基于siemens star ccm+软件，具体的数值仿真计算方法包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的多级转盘式固体连续洗涤设备的数值仿真与优化分析方法，其特征在于：所述步骤s51中对设备部件进行三维建模操作时，设定的参数包括：转盘、环形隔板的几何形状与几何尺寸参数，以及物料与洗涤剂进出口的位置和开口直径。
...【专利技术属性】
技术研发人员：梁天雄，段佳怡，张丹，陶凯，
申请(专利权)人：浙江德力装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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