CFD simulation of heat transfer in an agitated vessel

Abstract

Tato práce byla zaměřena na numerické simulace proudění a nestacionárního přenosu tepla ve válcové míchané nádobě s turbínovým míchadlem se šikmými lopatkami (PBT) v turbulentním režimu. Přístup založený na "sliding mesh" v ANSYS Fluent spolu s k-omega SST modelem turbulence byl použit pro modelování proudění v nádobě. Byla provedena analýza citlivosti sítě za účelem nalezení vhodné velikosti sítě, která poskytuje řešení s dobrou přesností. Byla vyhodnocena příkonová charakteristika míchadla a bezrozměrná příkonová čísla byla porovnána s experimentálními pracemi. Byly provedeny nestacionární simulace přenosu tepla během ohřevu kapalné vsádky a vyhodnocená Nusseltova čísla byla porovnána s hodnotami založenými na bilanci tepla. Korelace pro přestup tepla byly vyhodnoceny a porovnány s experimentálními pracemi.

The present work was carried out to numerically investigate the flow field and transient heat transfer in a cylindrical agitated vessel mounted with a pitched blade turbine (PBT) impeller in the turbulent flow regime. The sliding mesh technique available in ANSYS Fluent was used to model the flow around the impeller and k- omega based Shear-Stress-Transport (SST) turbulence model was chosen to model turbulence. The grid independency study was performed to find the acceptable grid size that provides a solution with good accuracy. The power characteristics of the PBT impeller were determined and the obtained non-dimensional Power numbers were compared with the experimental work. The unsteady heat transfer during heating of a batch of liquid was evalutated by performing transient simulations and the obtained Nusselt numbers were compared with the calculated values based on heat balance. The heat transfer correlations were developed and compared with the experimental work.