FLUENT算例(5)搅拌桨底部十字挡板的流场分析

1、搅拌桨底部十字挡板的流场分析搅拌设备在各个行业运用的十分广泛，搅拌就是为了更够更快速更高效的将物质与介 质充分混合，发生充分的反应， 而搅拌中存在着许多不利于混合的情况，比如液体旋流。为 了解决这个问题，之前很多人提出在罐体的侧壁上增加挡板，可以抵消大部分旋流，然后大部分都是研究侧挡板的，对于底部挡板的研究十分少，本文就在椭圆底部挡板增加十字型挡 板，对罐体中进行流场分析。1. Gambit 建模首先用Gambit建模图形如下：图1: Gambit建立的模型分为两个区域，里面的圆柱为动区域，外面包着的大圆柱设为静区域，静区域划分网 格大，划分粗糙，内部动区域划分网格小，划分精细。边界条件主要设

2、置了轴，搅拌桨，底 部挡板，上层液面。以下就是flue nt进行数值模拟。III J T. h I lIJb:tV?：2.flue nt数值模拟2.1导入case文件2.2对网格进行检查Minimum volume的数值大于 0即可。Grid Check|Domain Extents :xcanrdinalte :mln(m)-2 - V UHMUlJe- H4H-1 ,max(nycoDtdiinate intin(nt=2 - G01 fmax(mJz-conrdinate :mln(in)=7.2OOGiOQe-001 fmax(niUoltiniemlmlnun uolume: 2,3

3、ii08ft3e-009imk!Run uoiliimp (rwl) : 1 ,total uolume (ml) - 2-i00522e = l01Face area statisizlcs z- 2. vunuuiie-Miai 2,94dQ6De-OO1=11 .2GGOOee-0O1ntiivinuin Face drea ( m2 )1 .55 0JiF 9e 006F*ce area (m2): 1 .130846B03Checking Checking Checking Checking Check丄丽. Ghpcklng Checking Checking Checking C

4、lieckluy Check丄Dp Checking Checking Checking Checking Checklny Checking Checking Checking Done numUer OF nodes per cell, number of Faces per cell- thread pointers.number of cells per face Face cells.bridge Faces. rlghiihandeti=Face hndedneES. Face node order- elenivrii. type Curiisteni;p. boundary t

5、ypes :Face palrs- perlodic boundaries - no die c muni -nosolve cell coiiint nosolue Face count Face children - cll children.storage-图2网格检查2.3调节比例单位选择 mm 单位。图3比例调节2.4定义求解器参数设置如图4所示图4设置求解器参数2.5设置能量线图5能量线2.6设置粘度模型，选择k-e模型 k-e模型对该模型模拟十分实用。图6粘度模型2.7定义材料介质选择液体水。图7介质选择2.8定义操作条件图8操作条件2.9定义边界条件在边界设置重，动区域如图所示

6、，将材料设成水，motion type设成 moving referenee frame （相对滑动），转速设为1Orad/s,单位可在 Define中的set unit中的angular-velocity设置。 而在在轴的设置中，如上图所示，将wall motion设成 moving wall， motion设成Absolute，速度设成-10，由于轴跟动区域速度是相对的，所以设成反的。图9动区域边界条件图10轴边界条件2.10设置求解器求解器的设置如图11需将momentum改成0.5即可图11求解器2.11初值初始化在Slove中选择solution initialiation 设置一下

7、，初值全为0.2.12设置残留控制将plot点上，其他参数如图12所示。图12残留控制2.14递代计算选择递代2000次，进行递代计算。3.结果通过flue nt的数值模拟，得出以下的结论。lk6SHRtTC750E+X HF卜工6空仪ft-atI W 3C 号空任4 5OE+X1 3Z&+-ZC3汕就:EH ：XfrX 150B+W1处卜工 sxy ooot 任图13-a底部加“十字形”挡板时距釜底中心20 mm处横截面速度矢量图11 f-ZEH-T1 aJEH-XiTiexi煜1 Kg1金咲1 32S+5Z121&+X1化点1 関0C9KM1SM4-O17 6DE-3-6娶炼AHit1 m

8、w图13-b 底部加“十字形”挡板时距釜底中心20 mm处横截面速度云图底部加“十字形”挡板时，从图13-a和13-b可以看出，靠近反应釜底部的流体会产生由外向内的径向流动，此时在搅拌釜的底部形成了伯格斯4(Burgers)涡流，在挡板和反应釜底部中心的间距的径向上，靠近挡板一侧的流体的速度达 到最大，在反应釜底部中心处流体的速度较大。Fluent 是目前国际上比较流行的商用 CFD 软件包，在美国的市场占有率为 60%，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物 理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油 天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的

9、应用。CFD 商业软件 FLUENT ，是通用 CFD 软件包，用来模拟从不可压缩到高度 可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术， 因而 FLUENT 能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于 解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使 FLUENT 在转换与湍流、传热与相 变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。目前与 FLUENT 配合最好的标准网格软件是 ICEM ， 而不是早已过时的 GAMBIT 。FLUENT 软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算 法，是商用软件中最

10、多的；FLUENT 软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘 流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k- 3模型组、k- 模型组、 雷诺应力模型（RSM）组、大涡模拟模型（LES）组以及最新的分离涡模拟（DES）和 V2F 模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型；适用于牛顿流体、非牛顿流体；含有强制 /自然/混合对流的热传导，固体 /流体的热传导、辐射； 化学组份的混合 /反应； 自由表面流模型，欧拉多相流模型，混合多相流模型，颗粒相模型，空穴两 相流模型，湿蒸汽模型；融化溶化/凝固；蒸发 /冷凝相变模型；离散相的拉格朗日跟踪计算； 非均质渗

11、透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型（考虑多孔介质压力突变）；风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型； 惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格； 动静翼相互作用模型化后的接续界面； 基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型； 质量、动量、热、化学组份的体积源项； 丰富的物性参数的数据库； 磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题； 连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问 题；高效率的并行计算功能，提供多种自动 /手动分区算法；内置 MPI 并行机制 大幅度提高并行效率。另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并 行计算；FLUE

12、NT 软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口 （UDF）；FLUENT软件采用C/C+语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用 率。在CFD软件中，Flue nt软件是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。 Fluent 的软件设计基于 CFD 计算机软件群的概念 ,针对每一种流动的物理问题 的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、 稳定性和精度等各方面达到最佳。 由于囊括了 Fluent Dynamical International 比利时 PolyFlow 和 Fluent Dynamical International（FDI）的全部技术力量（前者是公认的在黏弹性

13、和聚合物流动模拟方 面占领先地位的公司 ,后者是基于有限元方法 CFD 软件方面领先的公司 ）,因此 Flue nt具有以上软件的许多优点。FLUENT 系列软件包括通用的 CFD 软件 FLUENT、 POLY­FLOW 、FIDAP，工程设计软件 FloWizard、FLUENT for CATIAV5，TGrid、G/Turbo,CFD教学软件FlowLab，面向特定专业应用的ICEPAK、AIRPAK、MIXSIM 软 件等。FLUENT 软件包含基于压力的分离求解器、 基于压力的耦合求解器、 基于密 度的隐式求解器、基于密度的显式求解器，多求解器技术使 FLUENT 软件可以

14、 用来模拟从不可压缩到高超音速范围内的各种复杂流场。 FLUENT 软件包含非常 丰富、经过工程确认的物理模型，可以模拟高超音速流场、转捩、传热与相变、 化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动 /变形网格、噪声、材料加工等复杂机 理的流动问题。FLUENT 软件的动网格技术处于绝对领先地位， 并且包含了专门针对多体分 离问题的六自由度模型，以及针对发动机的两维半动网格模型。POLYFLOW 是基于有限元法的 CFD 软件，专用于粘弹性材料的层流流动模 拟。它适用于塑料、 树脂等高分子材料的挤出成型、 吹塑成型、 拉丝、层流混合、 涂层过程中的流动及传热和化学反应问题。FloWizard 是高度自动化的流动模拟工具，它允许用户进行设计及在产品开 发的早期阶段迅速而准确地验证设计。 它引导用户从头至尾地完成模拟过程， 使 模拟过程变得非常容易。FLUENT for CATIAV5 是专门为 CATIA 用户定制的 CFD 软件，将 FLUENT 完全集成在 CATIAV5 内部，用户就像使用 CATIA 其他分析环境一样使用 FLUENT 软件。G/T