FLUENT算例 (5)攪拌槳底部十字擋板的流場分析

1、攪拌槳底部十字擋板的流場分析攪拌設(shè)備在各個(gè)行業(yè)運(yùn)用的十分廣泛，攪拌就是為了更夠更快速更高效的將物質(zhì)與介質(zhì)充分混合，發(fā)生充分的反應(yīng)，而攪拌中存在著許多不利于混合的情況，比如液體旋流。為了解決這個(gè)問題，之前很多人提出在罐體的側(cè)壁上增加擋板，可以抵消大部分旋流，然后大部分都是研究側(cè)擋板的，對(duì)于底部擋板的研究十分少，本文就在橢圓底部擋板增加十字型擋板，對(duì)罐體中進(jìn)行流場分析。1Gambit建模首先用Gambit建模圖形如下：圖1：Gambit建立的模型分為兩個(gè)區(qū)域，里面的圓柱為動(dòng)區(qū)域，外面包著的大圓柱設(shè)為靜區(qū)域，靜區(qū)域劃分網(wǎng)格大，劃分粗糙，內(nèi)部動(dòng)區(qū)域劃分網(wǎng)格小，劃分精細(xì)。邊界條件主要設(shè)置了軸，攪拌槳，底

2、部擋板，上層液面。以下就是fluent進(jìn)行數(shù)值模擬。2.fluent數(shù)值模擬2.1導(dǎo)入case文件2.2對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查Minimum volume的數(shù)值大于0即可。圖2網(wǎng)格檢查2.3調(diào)節(jié)比例單位選擇mm單位。圖3比例調(diào)節(jié)2.4定義求解器參數(shù)設(shè)置如圖4所示圖4設(shè)置求解器參數(shù)2.5設(shè)置能量線圖5能量線2.6設(shè)置粘度模型，選擇k-e模型k-e模型對(duì)該模型模擬十分實(shí)用。圖6粘度模型2.7定義材料介質(zhì)選擇液體水。圖7介質(zhì)選擇2.8定義操作條件由于存在著終于，建模時(shí)的方向向上，所以在Z軸增加一個(gè)重力加速度。圖8操作條件2.9定義邊界條件在邊界設(shè)置重，動(dòng)區(qū)域如圖所示，將材料設(shè)成水，motion type設(shè)成

3、moving reference frame（相對(duì)滑動(dòng)），轉(zhuǎn)速設(shè)為10rad/s，單位可在Define中的set unit中的angular-velocity設(shè)置。而在在軸的設(shè)置中，如上圖所示，將wall motion設(shè)成moving wall，motion設(shè)成Absolute，速度設(shè)成-10，由于軸跟動(dòng)區(qū)域速度是相對(duì)的，所以設(shè)成反的。圖9動(dòng)區(qū)域邊界條件圖10軸邊界條件2.10設(shè)置求解器求解器的設(shè)置如圖11需將momentum改成0.5即可圖11求解器2.11初值初始化在Slove中選擇solution initialiation設(shè)置一下，初值全為0.2.12設(shè)置殘留控制將plot點(diǎn)上，其他參

4、數(shù)如圖12所示。圖12殘留控制2.14遞代計(jì)算選擇遞代2000次，進(jìn)行遞代計(jì)算。3.結(jié)果通過fluent的數(shù)值模擬，得出以下的結(jié)論。圖13-a 底部加“十字形”擋板時(shí)距釜底中心20 mm處橫截面速度矢量圖圖13-b 底部加“十字形”擋板時(shí)距釜底中心20 mm處橫截面速度云圖底部加“十字形”擋板時(shí)，從圖13-a和13-b可以看出，靠近反應(yīng)釜底部的流體會(huì)產(chǎn)生由外向內(nèi)的徑向流動(dòng)，此時(shí)在攪拌釜的底部形成了伯格斯4(Burgers)渦流，在擋板和反應(yīng)釜底部中心的間距的徑向上，靠近擋板一側(cè)的流體的速度達(dá)到最大，在反應(yīng)釜底部中心處流體的速度較大。Fluent是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包，在美國的市

5、場占有率為60%，凡是和流體、熱傳遞和化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法和強(qiáng)大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計(jì)、石油天然氣和渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。CFD商業(yè)軟件FLUENT，是通用CFD軟件包，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而FLUENT能達(dá)到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型，使FLUENT在轉(zhuǎn)換與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動(dòng)/變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛應(yīng)用。目前與FLUENT配合最好

6、的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格軟件是ICEM，而不是早已過時(shí)的GAMBIT。FLUENT軟件包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法，是商用軟件中最多的；FLUENT軟件包含豐富而先進(jìn)的物理模型，使得用戶能夠精確地模擬無粘流、層流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-模型組、k-模型組、雷諾應(yīng)力模型(RSM)組、大渦模擬模型(LES)組以及最新的分離渦模擬(DES)和V2F模型等。另外用戶還可以定制或添加自己的湍流模型；適用于牛頓流體、非牛頓流體；含有強(qiáng)制/自然/混合對(duì)流的熱傳導(dǎo)，固體/流體的熱傳導(dǎo)、輻射；化學(xué)組份的混合/反應(yīng)；自由表面流模型，歐拉多相流模型，混合多相流模型

7、，顆粒相模型，空穴兩相流模型，濕蒸汽模型；融化溶化/凝固；蒸發(fā)/冷凝相變模型；離散相的拉格朗日跟蹤計(jì)算；非均質(zhì)滲透性、慣性阻抗、固體熱傳導(dǎo)，多孔介質(zhì)模型（考慮多孔介質(zhì)壓力突變）；風(fēng)扇，散熱器，以熱交換器為對(duì)象的集中參數(shù)模型；慣性或非慣性坐標(biāo)系，復(fù)數(shù)基準(zhǔn)坐標(biāo)系及滑移網(wǎng)格；動(dòng)靜翼相互作用模型化后的接續(xù)界面；基于精細(xì)流場解算的預(yù)測(cè)流體噪聲的聲學(xué)模型；質(zhì)量、動(dòng)量、熱、化學(xué)組份的體積源項(xiàng)；豐富的物性參數(shù)的數(shù)據(jù)庫；磁流體模塊主要模擬電磁場和導(dǎo)電流體之間的相互作用問題；連續(xù)纖維模塊主要模擬纖維和氣體流動(dòng)之間的動(dòng)量、質(zhì)量以及熱的交換問題；高效率的并行計(jì)算功能，提供多種自動(dòng)/手動(dòng)分區(qū)算法；內(nèi)置MPI并行機(jī)制大幅

8、度提高并行效率。另外，F(xiàn)LUENT特有動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡功能，確保全局高效并行計(jì)算；FLUENT軟件提供了友好的用戶界面，并為用戶提供了二次開發(fā)接口（UDF）；FLUENT軟件采用C/C+語言編寫，從而大大提高了對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的利用率。在CFD軟件中，F(xiàn)luent軟件是目前國內(nèi)外使用最多、最流行的商業(yè)軟件之一。Fluent的軟件設(shè)計(jì)基于"CFD計(jì)算機(jī)軟件群的概念",針對(duì)每一種流動(dòng)的物理問題的特點(diǎn)，采用適合于它的數(shù)值解法在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等各方面達(dá)到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International比利時(shí)PolyFlow和Fluent Dynamica

9、l International(FDI)的全部技術(shù)力量(前者是公認(rèn)的在黏彈性和聚合物流動(dòng)模擬方面占領(lǐng)先地位的公司,后者是基于有限元方法CFD軟件方面領(lǐng)先的公司 ),因此Fluent具有以上軟件的許多優(yōu)點(diǎn)。FLUENT系列軟件包括通用的CFD軟件FLUENT、POLY­FLOW、FIDAP，工程設(shè)計(jì)軟件FloWizard、FLUENT for CATIAV5，TGrid、G/Turbo，CFD教學(xué)軟件FlowLab，面向特定專業(yè)應(yīng)用的ICEPAK、AIRPAK、MIXSIM軟件等。FLUENT軟件包含基于壓力的分離求解器、基于壓力的耦合求解器、基于密度的隱式求解器、基于密度的顯式

10、求解器，多求解器技術(shù)使FLUENT軟件可以用來模擬從不可壓縮到高超音速范圍內(nèi)的各種復(fù)雜流場。FLUENT軟件包含非常豐富、經(jīng)過工程確認(rèn)的物理模型，可以模擬高超音速流場、轉(zhuǎn)捩、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動(dòng)/變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工等復(fù)雜機(jī)理的流動(dòng)問題。FLUENT軟件的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，并且包含了專門針對(duì)多體分離問題的六自由度模型，以及針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的兩維半動(dòng)網(wǎng)格模型。POLYFLOW是基于有限元法的CFD軟件，專用于粘彈性材料的層流流動(dòng)模擬。它適用于塑料、樹脂等高分子材料的擠出成型、吹塑成型、拉絲、層流混合、涂層過程中的流動(dòng)及傳熱和化學(xué)反應(yīng)問題。FloWizard是高度自動(dòng)化的流動(dòng)模擬工具，它允許用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)及在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段迅速而準(zhǔn)確地驗(yàn)證設(shè)計(jì)。它引導(dǎo)用戶從頭至尾地完成模擬過程，使模擬過程變得非常容易。FLUENT for CATIAV5是專門為CATIA用戶定制的CFD軟件，將FLUENT完全集成在CATIAV5內(nèi)部，用戶就像使用CATIA其他分析環(huán)境一樣使用FLUENT軟件。G/Turbo是專業(yè)的葉輪機(jī)械網(wǎng)格生成軟件。AIRPAK是面向HVAC工程師的CFD軟件