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Keywords:

  • stirred tank;
  • PBT impeller;
  • CFD;
  • turbulence;
  • three-dimensional wall jets;
  • mixing;
  • multiple reference frames

Abstract

The flow near the tank wall in a stirred tank driven by a 45° pitched-blade turbine is simulated with Multiple Reference Frames, the k-e turbulence model and standard wall functions. The results are compared to the three-dimensional wall jet identified in a previous paper. The self-similar velocity profiles in the jet are predicted satisfactorily, but the decay of the local maximum velocity and jet expansion are underpredicted. The underlying physical reasons for this failure are investigated. The effect of impeller size and position on the impingement point of the impeller discharge and the jet core velocity are well predicted by the simulations. The results provide a benchmark for CFD/MRF in the bulk of a stirred tank, identifying where CFD over- or underpredicts performance.

L'écoulement engendré par une turbine à pales inclinées à 45° près de la paroi d'un réservoir est simulé par la méthode des référentiels multiples (MRF), le modèle de turbulence k-? et des lois de paroi standards. Les résultats sont comparés à ceux du jet de paroi tridimensionnel décrit dans un article antérieur. Les profils de vitesse auto-similaires du jet sont prédits convenablement, mais la décroissance de la vitesse locale maximale et l'expansion du jet sont insuffisamment prédites. Les raisons physiques sous-jacentes de cette lacune sont étudiées. L'effet de la taille et de la position de la turbine sur le point d'impact de l'écoulement de refoulement de la turbine et la vitesse du noyau de jet sont bien prédits par les simulations. Les résultats fournissent un banc d'essai pour la CFD/MRF dans le cœur d'un réservoir agité, ce qui permet de déterminer les limites de performance de la CFD.