项目背景
某石化企业在直径 30 m、容积 20,000 m³ 的常压立式储罐中需完成多组分液体的均匀混合。传统经验公式无法准确预测大尺度罐体内的混合时间与死角分布，企业委托示例仿真科技开展 CFD 仿真分析，以量化评估现有搅拌方案并给出优化建议。
搅拌器选型
针对高径比约 1.2 的扁平罐体，对比了锚式、框式与双螺带式搅拌器的功率准数及泵送效率。仿真结果表明，双螺带式在轴向循环量上比锚式高出 40%，更适合低粘度、大体积工况。最终选定双层双螺带 + 底部辅桨组合方案。
- 桨叶直径：罐径的 0.92 倍
- 转速范围：8–25 rpm
- 挡板数量：4 块，宽度为罐径的 1/12
流场分析方法
采用 RNG k-ε 湍流模型配合多重参考系（MRF）稳态求解，网格总量约 680 万。先以稳态流场作为初始条件，再切换至瞬态滑移网格进行混合过程追踪。示踪剂注入位置设于液面中心，通过监测罐内 9 个特征点的浓度方差来判定混合均匀度。
混合时间预测
仿真结果显示，在 15 rpm 工况下，示踪剂浓度标准差降至初始值的 5% 所需时间约为 420 s，与现场 tracer 实验实测值 445 s 偏差仅 5.6%。罐底角落及液面边缘区域为混合最慢区域，与回流涡核位置吻合。
温度分布均匀性
在外部夹套加热工况下，耦合能量方程求解温度场。原始方案罐壁与中心温差达 8.3 ℃，存在局部过热风险。优化后通过调整辅桨角度，温差缩小至 2.1 ℃，满足工艺要求的 ±3 ℃ 容差。
优化方案
综合流场与混合时间数据，提出三项改进：
- 将底层螺带螺距由 1.0D 缩至 0.75D，增强底部轴向回流
- 辅桨叶片倾角由 30° 调整为 45°，提升径向剪切
- 在罐壁对称增设 2 块导流板，消除周向死区
实施后仿真验证混合均匀性提升约 15%，混合时间缩短至 360 s 以内，企业已按方案完成改造并投入运行。
