【Fluent案例】攪拌器【轉(zhuǎn)發(fā)】

2019-03-15  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

本案例利用Fluent中的歐拉多相流模型模擬空氣噴霧至充滿水的反應器內(nèi)的流場分布。

1 問題描述

本案例計算模型如圖所示。混合器包含四個擋板、一個環(huán)形噴霧器、一個斜葉漿,一個拉什頓槳以及一個旋轉(zhuǎn)軸。頂部邊界為Degassing邊界,只允許氣體流出。空氣通過底部的環(huán)形噴霧器以0.05 m/s的速度注入攪拌器。案例忽略噴霧器環(huán)上的小孔,而將進氣道建模為均勻的圓形帶。Rushton渦輪葉片攪動氣水混合物,使氣泡均勻分布,斜葉槳執(zhí)行擴散和泵送操作。兩個葉輪均以450轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速繞Z軸逆時針旋轉(zhuǎn)(從頂部看)。

2 Fluent設置

2.1 啟動Fluent并讀取網(wǎng)格

• 以3D、Double Precision方式啟動Fluent

• 利用菜單File → Read → Mesh…讀取網(wǎng)格文件mixing_tank.msh

2.2 General設置

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點General,右側(cè)面板激活選項Gravity,設置重力加速度為Z方向-9.81 m/s2

2.3 Models

• 鼠標右鍵選擇模型樹節(jié)點Models > Multiphase,點擊彈出菜單項Eulerian激活歐拉多相流

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Models > Viscous,彈出設置對話框,如下圖所示,激活標準k-epsilon模型,激活選項Dispersed,點擊OK按鈕關(guān)閉對話框

2.4 Materials

案例中涉及的流體介質(zhì)為空氣及液態(tài)水。

添加材料water。

• 右鍵選擇模型樹節(jié)點Materials > Fluid,點擊彈出菜單項New...打開材料新建對話框

• 添加新材料water,設置其密度為998 kg/m3,粘度為0.001 kg/m-s

• 點擊按鈕Change/Create,在彈出的詢問是否覆蓋的對話框中選擇Yes,點擊Close按鈕關(guān)閉材料對話框

2.5 設置相及相間相互作用

設置水為主相,空氣為第二相。

• 雙擊模型樹節(jié)點Models > Multiphase(Mixture) > Phase > phase-1-Primary Phase,彈出主相設置對話框,設置Name為water,選擇Phase Material為water,點擊OK按鈕關(guān)閉對話框

• 雙擊模型樹節(jié)點Models > Multiphase(Mixture) > Phase > phase-2-Secondary-Phase,彈出第二相設置對話框,設置Name為air,選擇Phase Material為air,設置Diameter為0.0015 m,其他參數(shù)保持默認設置,點擊OK按鈕關(guān)閉對話框

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Models > Multiphase > Phase Interactions,彈出設置對話框,進入Drag標簽頁,設置模型為grace,如下圖所示

注:grace模型適合于低氣相密度且氣泡尺寸在1-2mm的氣液流動

• 切換至Surface Tension標簽頁,設置表面張力系數(shù)為0.073 n/m,如下圖所示

2.6 Cell Zone Condtions設置

本案例包含3個計算區(qū)域,其中1個為靜止區(qū)域,另外2個為旋轉(zhuǎn)區(qū)域。采用MRF考慮區(qū)域的旋轉(zhuǎn)。

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Cell Zones Conditions > fluid_mrf_1-1,彈出區(qū)域設置對話框,如下圖所示設置其旋轉(zhuǎn)速度為450 rpm

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Cell Zones Conditions > fluid_mrf_2-0,彈出區(qū)域設置對話框,如下圖所示設置其旋轉(zhuǎn)速度為450 rpm

2.7 Boundary Conditions設置

本案例中頂部邊界設置為degassing邊界,該邊界允許氣體流出而不允許液體流出。

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Boundary Conditions > gas_inlet > water,彈出的對話框中采用下圖所示參數(shù)設置

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Boundary Conditions > gas_inlet > air,彈出的對話框中設置入口速度為0.05 m/s

• 切換至Multiphase標簽頁,設置Volume Fraction為1

2.8 Operating Conditions設置

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Boundary Conditions,右側(cè)面板點擊按鈕Operating Conditions…彈出操作條件設置對話框

• 激活選項Specified Operating Density,設置Operating Density為1.225 kg/m3

• 點擊OK按鈕關(guān)閉對話框

2.9 Methods設置

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Methods,右側(cè)面板如下圖所示進行設置

2.10 Initialization

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Initialization,右側(cè)面板選擇選項呢Standard Initialization,設置air Volume Fraction為0,其他參數(shù)保持默認設置,點擊按鈕Initialize進行初始化

2.11 進行計算

• 選擇模型樹節(jié)點Run Calculation,右側(cè)面板中設置Number of Iterations為1500

• 點擊按鈕Calculate進行計算

3 計算結(jié)果

1、創(chuàng)建切面

• 右鍵選擇模型樹節(jié)點Results > Surfaces,點擊彈出菜單項New → Iso-Surface…創(chuàng)建等值面

創(chuàng)建4個切面,如圖所示。

2、查看云圖分布

下部槳葉位置(Z=0.08 m)氣相分布如圖所示。

縱切面上(Z=0 m)氣相體積分數(shù)分布如圖所示。

3、軸功率

• 鼠標雙擊模型樹節(jié)點Results > Reports > Forces…彈出設置對話框

• 如下圖所示,激活選項Moments,設置Moment Center為(0 0 0),設置Moment Axis為(0 0 -1)

• 選擇wall Zones為wall_impeller_1

• 點擊按鈕Print顯示力矩計算結(jié)果,如圖所示

從圖中看出,力矩為0.03768 N.m,可計算軸功率為力矩與角速度的乘積,其值為

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轉(zhuǎn)自:流沙CAE

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