搅拌式反应釜作为化工生产中的核心设备,广泛应用于水解、聚合、恒温反应等生产工艺。含能化合物生产过程中常伴有强放热反应,影响到设备的正常运行。因此,需要对反应釜进行优化设计,确保物料混合均匀,达到强化传热、传质的目的,对安全生产和工艺控制具有重要意义。本课题采用计算流体力学模拟方法,针对搅拌式反应釜进行了流动传热分析与结构设计。首先,考察了桨叶倾角及其组合形式对釜内流动传热过程的影响规律;其次,分析了不同盘管管径下的釜内流动传热变化特点;最后,系统考察了搅拌转速、冷却水入口流量、冷却水入口温度等运行参数对传热过程的影响。论文主要内容如下:1、首先,上下两层搅拌桨结构相同,对比分析桨叶倾角分别为30?、45?、60?、90?时釜内的流动和传热特点。结果显示:桨叶倾角越大,流场高速区范围越大,盘管热通量和盘管外侧对流传热系数增大,搅拌功率也随着桨叶倾角的增大而增大。45?斜叶桨与60?斜叶桨在流动及传热效果上的整体综合表现最佳。然后,将45?斜叶桨与60?斜叶桨进行上下层组合,组合为上45?下60?搅拌器与上60?下45?搅拌器。结果显示:上层桨对釜内流场分布以及传热效果影响较大。调换上下层搅拌桨顺序对盘管热通量、传热系数有较大影响,对搅拌功率影响不大。综合考虑釜内的搅拌和传热表现,认为上45?下60?搅拌器为优化选择。2、在盘管总换热面积一定的条件下改变盘管外径,针对五种盘管结构进行模拟分析。结果显示:虽然釜内整体流场分布特征变化不明显,但是盘管附近局部流动变化显著。盘管既对釜壁处轴向流起到促进的导流作用又对间隙处切向流存在阻碍。管内湍动变化对盘管热通量有较大影响;盘管内侧对流传热系数随盘管管径的增大而减小,外侧对流传热系数也略有减小。(9=0.09 m的盘管反映的流动及传热效果的综合表现最好。3、改变搅拌转速、冷却水流量以及冷却水入口温度进行釜内流动与传热过程的模拟。结果表明:盘管外侧对流传热系数随着搅拌转速的增加而升高。冷却水入口流量的增大使管内的二次流加强,盘管内侧对流传热系数大幅升高。改变冷却水入口温度对盘管内外两侧的对流传热系数几乎无影响,但低温的冷却水能使传热效果得到增强,提高传热效率。在工业实际应用中,需要根据应用具体工况、物料特性、反应过程、经济性等方面对反应釜的设计及运行优化进行综合考虑。