[发明专利]一种高粘度流体混合性能预测方法

说明书

本发明属于化工领域，具体涉及一种高粘度非牛顿流体混合性能预测方法。该方法包括：建立反应器物理模型，并进行网格划分获得物理模型网格文件；建立流体力学模型、粘度模型和质量守恒方程，耦合求解获得反应器内部的流场分布；将物理模型网格文件导入至流体分析软件，基于流场分布采用脉冲法和阶跃法进行数值模拟实验，获得非牛顿流体流变性质对示踪剂停留时间分布的影响，并模拟非牛顿流体的轴向返混现象，获得非牛顿流体的混合性能。本发明方法基于流体流动的第一性原理和非牛顿流体流变性质本构方程进行数学建模，通过本发明数值模拟实验，模拟得到不同反应器结构中不同流变性质的高粘度非牛顿流体的混合性能。

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种高粘度非牛顿流体混合性能预测方法。

背景技术

反应器中非牛顿流体流动广泛存在于各种工业过程中，如石油钻井、聚合、 制药等。这些重要的工业流体通常表现出复杂的流变行为，包括高粘度、剪切 变稀或增稠、屈服应力和粘弹性。如何量化它们的混合性能仍然是一项颇具挑 战性的任务。

现有技术中，非牛顿流体的流动特性、传质和和传热速率、剪切变稀和屈 服应力行为一直是研究的焦点，主要的研究手段包括实验测量和理论分析，比 如根据旋转粘度计测量幂律、宾汉、卡森等非牛顿流体的流变性质，同时根据 最小二乘法原理得出确定非牛顿流体流变参数的回归分析方法，最终获得非牛 顿流体的流动特性，或者通过具体实验研究，获取大量数据后拟合出传质系数 方程。

上述方法虽然能够获得非牛顿流体的相关特性，但是其分析过程繁琐、实 验数据量巨大，无法快速有效的获得非牛顿流体的混合性能。

发明内容

基于此，本发明针对上述的问题，提供了一种高粘度非牛顿流体混合性能 预测方法，旨在解决现有非牛顿流体性能分析过程繁琐、实验数据量巨大的技 术问题。

本发明提供了一种高粘度非牛顿流体混合性能预测方法，具体包括：

根据反应器结构建立反应器物理模型，并进行网格划分获得物理模型网格 文件；

在流体分析软件中建立描述反应器内部流体流动特征的流体力学模型、描 述非牛顿流体流变行为的粘度模型和示踪剂组分传质的质量守恒方程，耦合求 解获得反应器内部的速度场、压力场和浓度场；

将所述物理模型网格文件导入至流体分析软件，基于所述反应器内部的速 度场、压力场和浓度场在所述反应器物理模型中采用脉冲法和阶跃法进行数值 模拟实验，获得高粘度非牛顿流体流变性质对示踪剂停留时间分布的影响，并 模拟非牛顿流体的轴向返混现象，获得非牛顿流体的混合性能。

更进一步地，所述进行网格划分获得物理模型网格文件步骤具体包括：

利用结构化六面体网格对所述反应器物理模型进行网格划分，设置包括速 度入口边界条件、压力出口边界条件和壁面边界条件，获得物理模型网格文件。

更进一步地，所述在流体分析软件中建立描述反应器内部流体流动特征的 流体力学模型、描述非牛顿流体流变行为的粘度模型和示踪剂组分传质的质量 守恒方程，耦合求解获得反应器内部的速度场、压力场和浓度场步骤具体包括：

建立描述反应器内部流体流动特征的流体力学模型，并采用大涡模拟方法 获得反应器内部流体流动的湍流特征；

建立粘度模型并采用所述粘度模型计算非牛顿流体的流变性质；

将所述流体力学模型、粘度模型和质量守恒方程在流体分析软件内进行耦 合求解获得反应器内部的速度场、压力场和浓度场。。

更进一步地，所述采用脉冲法进行数值模拟实验具体包括：

模拟获得基于所述反应器内部的速度场、压力场和浓度场的稳态流场分布；