[发明专利]一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法

权利要求书

1.一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：根据搅拌浸出稀土过程中所使用的实验设备搅拌槽，采用三维建模软件对搅拌槽进行几何建模以得到几何模型，并基于计算流体动力学数值模拟软件对所述几何模型中的流体计算区域进行网格划分；

步骤二：确定搅拌浸出稀土过程中的基本控制方程，所述基本控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程以及组分守恒方程，并建立组分输送模型以及欧拉模型；

步骤三：设置加入到所述几何模型中的固体反应物以及液体反应物对应的材料属性，其中所述材料属性包括密度、比热、黏度以及质量扩散系数；

步骤四：将液体反应物设为主相，固体反应物设为次相，建立固体反应物的颗粒流模型，并在颗粒流模型中设定颗粒直径、颗粒黏度以及颗粒堆积系数；

步骤五：定义所述液体反应物与所述固体反应物之间的相互作用力，其中相互作用力的定义包括设置曳力模型以及碰撞系数；

步骤六：根据多相化学反应方程式以及动力学方程编译用户自定义公式，以模拟所述液体反应物与所述固体反应物之间的反应过程；

步骤七：设置所述几何模型的进出口边界条件；

步骤八：设置初始条件的物理参数，所述物理参数包括搅拌槽内的搅拌釜转速、稀土矿与配置好的浸出剂之间的固液比；

步骤九：对步骤二中的基本控制方程进行离散化，采用步骤七中设置的进出口边界条件以及步骤八中设置的初始条件进行封闭求解；

步骤十：对整个流体计算区域进行初始化，设定时间步长，对流体计算区域内的代数方程组进行反复迭代，直至求解的参数收敛；

在所述步骤二中，

所述连续性方程表示为：

其中，ρ为流体密度，t为时间，流体场内任意点的流速V利用局部速度分量u，v，w来表示，x，y，z为空间位置；

所述动量方程表示为：

其中，u，v，w为x，y，z方向上的速度分量，t为时间，ρ为流体密度，P为压力，ν为运动粘度；

所述能量方程表示为：

其中，T为温度，u，v，w为x，y，z方向上的速度分量，k为热传导系数，ρ为流体密度，cp为比热容；

所述组分守恒方程表示为：

c_s为组分s的体积浓度，ρc_s为组分s的质量浓度，D_s为该组分的扩散系数，S_s为系统内部单位时间内体积通过化学反应所产生的组分s的质量，即生产率；

在所述步骤三中，所述固体反应物由稀土黏土矿物组成，化学表达式为[Al₂SiO₅(OH)₄]m·nRE³⁺，所述液体反应物为硫酸铵溶液；

在所述步骤六中，所述多相化学反应方程式表示为：

3nNH⁴⁺(1)+[Al₂SiO₅(OH)₄]_m·nRE³⁺(s)→3nRE³⁺(1)+[Al₂SiO₅(OH)₄]_m·3nNH⁴⁺(s)

其中，1表示液相，s表示固相；

所述动力学方程表示为：

其中，η为稀土浸出率，r₀为固体颗粒的半径，t为反应时间；

在所述步骤八中，所述搅拌釜转速为66rpm，稀土矿与配置好的浸出剂之间的固液比为1∶1。

2.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法，其特征在于，在所述步骤一中，采用分块结构化网络对所述几何模型中的流体计算区域进行网格划分。

3.根据权利要求2所述的一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法，其特征在于，在所述步骤七中，搅拌槽的壁面为流固耦合边界，浸取剂为速度进口边界，出口为压力出口边界。