搅拌器CFD模拟仿真
2025-5-16 8:09:25 点击：
搅拌器CFD模拟的核心流程包括几何建模、网格划分、物理模型设置、求解计算及结果分析。具体步骤如下：
几何建模与简化：基于实际搅拌器结构（如叶片、挡板、转轴等）构建三维模型，需考虑关键特征区域的简化以提高计算效率，例如通过圆柱面分割桨叶区域并忽略次要细节。
网格划分：采用边界层多面体网格或结构化/非结构化网格划分技术，对高剪切区域（如叶片附近）进行局部加密，并施加3层以上边界层网格以捕捉湍流细节，整体网格量通常在80万至数百万。
物理模型配置： 材料属性：定义流体密度、粘度（牛顿或非牛顿流体需指定流变模型）及多相流参数（如气液/固液相互作用力）。
湍流模型：选用RNG k-ε、Realizable k-ε或SST k-ω模型，平衡计算精度与效率。
运动模型：通过多重参考系法（MRF）或滑移网格法模拟桨叶旋转，复杂工况（如自转+公转）需结合动网格或重叠网格技术。
求解与验证：设置伪瞬态耦合算法及二阶离散格式，监控扭矩、流场速度分布等关键参数收敛性；通过实验数据（如红外测温、PIV流场测量）验证仿真误差（通常需<5%）。
主流CFD仿真工具及优势
ANSYS Fluent： 提供搅拌模板（MixSim）快速建模，支持滑移网格、MRF及动网格法；集成湍流模型库和UDF自定义功能，适用于气-固-液多相流及非牛顿流体模拟。
STAR-CCM+： 参数化建模与Java宏脚本支持快速迭代设计；
设计探索模块可自动优化桨叶几何参数（如倾角、直径）。
PERA SIM Fluid（国产）： 全流程集成化界面，支持多面体网格划分及边界层优化；
在单相流场分析中表现高效，误差控制达工业级标准。
COMSOL Multiphysics： 多物理场耦合能力强，适合热-流-化学反应耦合分析；
内置App开发功能便于定制搅拌器仿真模块。
典型应用场景：化工反应器混合效率优化、锂电池浆料均匀性分析、高粘度物料剪切力预测等。
通过CFD模拟，可以提供结果如下：
提供纵切面 DMS0浓度分布云图时程变化，任意点位浓度时程曲线；
反应釜液相率分布图，应釜速度云图，反应釜速度矢量图;
最大剪切率,平均剪切率,搅拌桨表面剪切率，切面剪切率;
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