CFD数值模拟在柠檬酸发酵罐搅拌系统设计过程中的应用
基于CFD软件的搅拌罐开发和优化论文
基于CFD软件的搅拌罐开发和优化摘要：拌罐在造纸、化工、石化、制药、食品加工和生物化工等领域有着广泛的应用。
在反应器的放大和设计中，因为反应器内单相和多相流体流动都很复杂, 研究者多采用一些无因次全局参数和基于全局值的经验、半经验关联式，流体力学的数学模型还需要深入。
为了充分了解搅拌罐内的流动特性，本文在计算流力学理论（CFD）的基础上，对搅拌罐内的流动特性进行了初步的数值研究。
选用多重参考系法对搅拌桨进行模拟。
在不同桨叶半径和不同转速对搅拌罐内的搅拌特性进行模拟分析。
通过模拟结果的比较得出搅拌的最佳优化结果。
关键词：搅拌罐数值模拟计算流体力学1. 前言搅拌混合是化工工业过程中最常见，也是最重要的单元操作之一，其主要目的是加速体系传质或传热过程。
对机械搅拌混合设备而言，机械能通过旋转中的搅拌叶轮转化为流体的动能，从而形成槽内的整体流动，完成传质及传热过程。
对搅拌设备内流场的测量往往只能获得一些局部的信息，而且流场测量的实验装置一般比较昂贵，实验过程比较费时。
对某些过程有时是无法进行实验测量的。
近年来，随着技术的发展，利用数值模拟的方法获得搅拌罐内的流动与混合信息已经成为现实[1]。
利用数值模拟方法可以节省大量的研究经费，而且可以获得许多实验手段所不能得到的数据，CFD 技术的出现极大地促进了搅拌混合研究。
CFD 可以模拟在不同搅拌桨的型式、尺寸和离底距离等条件下，流场对混合、悬浮和分散等过程的影响。
流动、能量耗散等的计算可视化，可以直观地了解槽内的混合情况，确定已存在系统中问题所在，并进行搅拌器的优化设计，消除死区，确定加料口位置等。
针对这个问题有几种不同的模型方法：黑箱模型法，内外叠代法，多重参考系法，滑移网格法，大窝模拟法等[2]。
多重参考系法与滑移网格法的计算结果在稳态的模拟上，保持了较好的一致性[3-4]，而前者节省了大约一个数量级的计算时间。
因此本文主要利用CFD 分析软件 ----------- FLUENT 软件，采用多重参考系法对搅拌罐内流动混合过程进行分析模拟计算。
基于CFD的双层混合涡轮式搅拌器优化
基于CFD的双层混合涡轮式搅拌器优化
周振;王萌;张梦雪;朱强;陈璇;盘赛昆
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2022(40)4
【摘要】为了解决50 L通用型液体发酵罐搅拌器组合选型多而复杂的问题,课题组设计了8种符合小型发酵罐需求的双层搅拌器组合。
采用CFD软件FLUENT,选取κ-ε方程湍流模型对发酵罐进行数值模拟,计算方法采用有限体积法离散守恒方程,压力-速度耦合使用SIMPLE算法,差分格式采用二阶迎风进行收敛;通过对发酵罐内流场的速度云图、矢量图、速度分布曲线、搅拌功率等进行对比分析,研究不同搅拌器组合搅拌过程中液相混合效果;选取混合效果较优的搅拌器组合,进行气、液两相混合验证。
结果表明:上层为斜叶圆盘式搅拌桨、下层为直叶圆盘式搅拌桨组合发酵罐搅拌时效果较为理想,且罐内最高速度能达到0.28 m/s,搅拌功率仅为5.63 W。
模拟结果为发酵罐搅拌器组合的设计与选型提供了重要的参考。
【总页数】7页(P79-84)
【作者】周振;王萌;张梦雪;朱强;陈璇;盘赛昆
【作者单位】江苏海洋大学食品科学与工程学院;江苏海洋大学机械工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TQ920.5;TH164
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柠檬酸发酵罐内气泡流的数值模拟分析
过程为研 究对象 ， 针对直径为 ２ 、 、． ｍ的 ３种典型气泡尺寸组 ， ０ ５０ ５ｍ 采用 Ｃ Ｄ技术数值模拟 出罐 内的湍流速度 场 、 Ｆ 气泡体积组分空间分布场． 探讨 了不 同的通 气量对气泡体 积分布 的影响规律 性 ， 分析 了发酵罐 内溶 氧浓度低 的主 要原 因， 为认识与改善发酵罐 内的溶氧率提供 了理论依据．
柠 檬 酸 发 酵罐 内气 泡 流 的数 值模 拟分 析
宁建 根 ， 叶旭 初 ， 张林 进
（ 南京工业 大 学 材 料科 学 与工 程 学院 ， 江苏 南京 ２ ０ ０ ） １０ ９
摘 要 ： 用气泡 多相流 ＭＵ Ｉ ｍｕ ｉ ｅｓ ｅｇｏｐ 数 学模 型 ， １０ｍ 的传统柠檬酸发酵罐 内的搅拌 、 运 ＳＧ（ ｌｐ — ｚ—ｒｕ ） ｔｌ ｉ 以 ０ 气泡运动
维普资讯
第２ ９卷第 ５期
２０ ０７年 ９月
Hale Waihona Puke 南 京 工 业 大 学 学 报 Ｊ ＵＲＮ Ｆ ＮＡ Ｉ ＮＩ Ｏ ＡＬ Ｏ ＮＪＮＧ Ｕ ＶＥＲ Ｉ Ｙ ＯＦ Ｔ ＣＨＮ０Ｌ ＳＴ Ｅ ０ＧＹ
Ｖ０ ． ９ Ｎｏ． １２ ５ Ｓ ｐ．２ ７ ｅ ００
ｍ ｃ ｒ ｃ ｒ ｅ ｔ ａ ｅｎｕｅ ｓｔｅｒｓａｃ ｂｅｔ ｅａ ｄｔｅｔｒｕｅｔｖｌ ｉ ｉｒ ｕｉ ｎ ｐｃ ｉｉ ａ ｉ ｆ ｍ ｎ ｒｈｄ ｂ ｅ ｓｄ ａ ｈ ｅｅｒｈｏ ｊ ｉ ｎ ｕｂ ｌｎ ｅｏ ｔ ｄｓ ｉ ｔ ｎ ａ ｄｓａｅ ｔｃ ｄ ｅ ｅ ｃｖ ｈ ｃ ｙ ｔｂ ｏ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｕ ｂｕｅ ｔｆ ｗ；ｍｕｈ ｐ ａ ｅ ｆ ｗ；ｂ ｂ ｅ ｆｏ ｔ ｒ ｌｎ ｌ ｏ ｉｈ ｓ ｏ ｌ ｕｂ ｌ ｗ；ＣＦＤ；ＭＵＳ Ｇ ；ｃ ｔｉ ｃ ｄ ｆｒ ｎ ｅ ｌ Ｉ ｉｒｃ ａ ｉ ｅ ｍｅ ｔ ｒ
生物搅拌反应器内混合情况的CFD模拟及在发酵中的应用
开发应用2008,Vol .25N o .7化学与生物工程Chemistry &Bioen gineering54 收稿日期:2008-03-21作者简介:蒋啸靖(1982-),女,上海人,硕士研究生,研究方向:发酵工程;通讯联系人:张嗣良,教授。
E -mail :siliangzh @ecust .edu .cn 。
生物搅拌反应器内混合情况的CFD 模拟及在发酵中的应用蒋啸靖,夏建业,赵 劼,储 炬,王永红,庄英萍,张嗣良(华东理工大学生物反应器国家重点实验室,上海200237) 摘 要:用计算流体力学(CF D )方法模拟了50L 生物反应器中不同的搅拌桨组合对搅拌流场、混合时间的影响,并从流体力学角度对生物反应器搅拌桨组合进行了优化。
将模拟优化结果用于重组大肠杆菌发酵过程,结果表明,优化后的搅拌桨组合可以改善发酵罐内部的流场和气体分布,能够明显降低获得相同溶氧所需的转速和最大通气量,而菌体生物量和产酶水平也略有提高。
关键词:计算流体力学;生物搅拌反应器;多桨叶系统中图分类号:T Q 920.1 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2008)07-0054-04 生物搅拌反应器中流体混合过程对放大培养是一个关键的限制因素,不同的搅拌桨组合对混合过程有很大影响,随着桨叶组合不同,反应器内各处的流体力学性能、溶氧浓度、营养物浓度、湍流能量耗散强度等参数也有很大不同[1～3]。
混合时间是表征搅拌槽反应器内流体混合过程、评定搅拌器效率的一个重要参数。
Kalischew ski 等[4]及Jaramilo 等[5]分别在搅拌反应器和环流反应器中研究了氧传递系数与混合时间的关系,结果表明对混合时间的研究能给出反应器中总体反应速率及传质和传热速率的信息。
然而,实验测定混合时间无法在不透明的罐体中进行,所测数据被限制在罐体中的个别点,所需设备价格昂贵,并且要求满足严格的实验条件。
近年来,计算流体力学(CFD )方法在发酵过程研究中获得长足发展,利用CFD 方法可以方便地获得搅拌槽内的混合信息,节省大量的研究经费,获得实验手段所不能得到的数据。
基于CFD的搅拌釜流场数值模拟及预测
基于CFD的搅拌釜流场数值模拟及预测
潘传九;葛文娜;陆晓峰
【期刊名称】《化工进展》
【年(卷),期】2012()S2
【摘要】为了研究叶片数、挡板、转速3个因素对搅拌釜流场的影响及对搅拌釜内流场速度进行预测,运用FLUENT软件中的多重参考坐标系法(MRF)处理搅拌桨区,从叶片数、挡板及转速3个角度对搅拌釜流场进行了模拟,并对结果进行了拟合分析。
结果表明,有挡板的流场比无挡板时发展更充分,6叶片的流场比4叶片时更加均匀;有挡板时的速度高于无挡板时的速度,在远离桨叶端6叶片的速度大于4叶片的速度。
对z=0及y=0截面上的速度进行了拟合,得到了釜内流场流速的预测公式,对实际流场的研究具有一定的参考价值。
【总页数】5页(P87-91)
【关键词】搅拌釜;拟合分析;流场预测;数值模拟
【作者】潘传九;葛文娜;陆晓峰
【作者单位】南京化工职业技术学院;南京工业大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ01
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基于CFD技术优化50L发酵罐内气体分布器
收稿日期2020-02-06作者简介张小龙（1993-），男，硕士研究生，研究方向：发酵工程研究。
通讯作者李啸（1969-），男，教授，博士，研究方向：微生物反应过程的优化与控制研究。
Zhang Xiaolong 1,Li Xiao 1,2,Ye Han 1,Luo Yudi 2,Xiao Zetao 2,Pei Yupeng2The CFD simulation technology was used to simulate the gas-liquid two-phase flow for the mass transfer and mixing effects ofdifferent gas distributors in a 50L aerated stirred tank.The flow field of original gas distributor in the fermentation tank was simulated,then two improved gas distributors were proposed based on the simulation results about original gas distributor.The results show that thedouble-layer annular gas distributor exhibits an ideal mixed mass transfer effect,and provides an effective technical means for the optimization and enlargement for suchfermenters.CFD simulation,flow field,mixed mass transfer,gas distributor机械搅拌通风发酵罐广泛应用于发酵工程领域，需要不断的向发酵罐内通入空气，以满足微生物生长代谢的需要。
CFD技术在化工设备设计中的应用分析
CFD技术在化工设备设计中的应用分析发布时间：2023-02-16T06:33:28.819Z 来源：《科学与技术》2022年第19期作者：付胜宗[导读] 化工设备设计是现代化工生产的重要构成部分，提升化工设计水平是生产出高性能化工设备的重要基础，进而可以提升化工企业的生产效率，协助其创造更理想的经济效益。
付胜宗无锡东盛石化装备有限公司摘要：化工设备设计是现代化工生产的重要构成部分，提升化工设计水平是生产出高性能化工设备的重要基础，进而可以提升化工企业的生产效率，协助其创造更理想的经济效益。
在介绍CFD技术的基础上，较为详细的探究CFD技术在流化床、填料塔、喷水泵、压缩机等工艺设计方面的应用情况，希望能和同行分享经验，进一步推广CFD技术。
关键词： CFD技术；化工设备；设计；一、CFD技术的介绍计算机流体动力学（CFD）为计算机科技、数理学方法及流体力学结合而成的新技术。
CFD技术是计算机辅助工程的重要构成部分，近些年在流体力学领域实现了广泛应用，利用CFD技术能顺利模拟化工设备内形成的流体环境，为剖析流体力学和化工设备之间的关系及相互作用影响等创造便利条件，深入解读各种不利因素，探究相关应对方法，以将流体对化工设备造成的损害程度降到最低。
采用计算机模拟设备内部流体环境时，结合流体环境的改变，可供选择的计算机软件较多，包括FLOTEAN，FLUENT及CFX等[2]。
虽然近些年CFD技术已经逐步被用在化工设备设计工作中，但因缺少专业的流体环境计算软件，要准确获得设备内物料流动过程中生成的各项参数，包括速度、压强、浓度及温度等，还是较为困难的。
希望能够尽快出现一款较好的流体物性计算软件，为快捷分析设备内部环境创造便利。
运用CFD技术模拟出设备内部环境出现的改变，比如气固、液固及气液之间的转变等，不仅能够使化工设计方案更符合设备的实际生产需求，还有助于延长化工设备的使用寿命。
二、CFD技术在几种化工设备设计中的应用（一）流化床关于流化床这种化工设备，最早出现在流化床整体运作状态的描述内，尽管运用大量实验及工业数据阐释其现场运用情况，但解释方案内容综合性明显不足，很难满足现代化工业使用流化床设备的需求。
cfd技术在搅拌器中的应用
cfd技术在搅拌器中的应用
计算流体力学（CFD）技术在搅拌器中的应用非常广泛，它可以
帮助工程师们理解和优化搅拌过程中的流体动力学行为。
以下是关
于CFD技术在搅拌器中应用的一些方面：
1. 流场模拟，CFD技术可以用来模拟搅拌器中的流场，包括速度、压力、温度等参数的分布情况。
通过对流场的模拟，工程师可
以更好地了解搅拌器内部的流体运动规律，从而优化搅拌器的设计
和操作参数。
2. 搅拌效果分析，CFD技术可以帮助工程师分析搅拌器对流体
的搅拌效果，包括混合程度、悬浮物分布等。
通过模拟不同搅拌条
件下的流场情况，可以评估搅拌器的性能，并进行优化设计。
3. 能耗和杂质分析，CFD技术可以用来分析搅拌器的能耗情况，帮助工程师优化搅拌器的操作参数，降低能耗。
同时，也可以通过
模拟流场来分析搅拌过程中的杂质分布情况，帮助提高产品质量。
4. 搅拌器结构优化，CFD技术可以用来优化搅拌器的结构设计，包括叶片形状、搅拌器布局等。
通过模拟不同结构参数下的流场情
况，可以找到最优的结构设计方案。
总的来说，CFD技术在搅拌器中的应用可以帮助工程师更好地理解搅拌过程中的流体动力学行为，从而优化搅拌器的设计和操作参数，提高生产效率和产品质量。
基于FLUENT的搅拌设备内部二维流场数值模拟研究
基于FLUENT的搅拌设备内部二维流场数值模拟研究[摘要]本文采用Fluent对搅拌设备内部的流场分布进行二维数值模拟，分别讨论了不同搅拌器尺寸及转速对流场分布的影响。
通过模拟得到：搅拌器的尺寸和转速的增大有利于搅拌的混合均匀，但需要考虑各种因素的影响，确定在合适的尺寸和转速。
【关键字】Fluent 搅拌器；数值模拟序言搅拌器又称搅拌桨或叶轮，它是搅拌设备中一个很重要的部分，通过自身的旋转把机械能传递给流体，一方面在搅拌器附近区域的流体造成高湍流的充分混合区，另一方面产生一股高速射流推动全部液体沿一定途径在罐体内循环流动，从而使得溶液中的气体、液体甚至悬浮的颗粒得以混合均匀，达到强化传质和传热的作用。
但是搅拌器的选型受介质的粘度、密度和腐蚀性、反应过程的特性以及搅拌效果和搅拌功率的要求的影响，另外搅拌槽内流动场非常复杂，目前对这列复杂反应器设计的主要依据为搅拌槽内的宏观流动特性，如功率消耗、排出流量、桨叶叶端线速度等。
研究者对搅拌槽内宏观特性进行充分的研究，可以给出定性化判据和标准，但其经验性较强，依赖于小规模实验结果，不能预测真实过程中各种场及搅拌槽内过程特性，因此很难向几何参数、操作条件不同的过程推广【1】。
利用CFD技术能够模拟不同形式桨叶、尺寸、转速和离底距离等条件下，流场对混合、悬浮和分散过程的影响，能够直观显示其内部的流动情况，可以为搅拌器的优化设计做指导。
1.数学建模控制方程：（1）连续性方程（2）运动方程2.数值模拟过程搅拌过程中的混合、传质与传热，影响的因素很多，主要包括搅拌器的类型、尺寸及转速，流体的粘度等，本文以十字型搅拌器作为例，对不同尺寸和转速下的搅拌设备内部的流场进行模拟，从而得到各个因素对搅拌设备内部流场分布的影响，其参数为：外筒直径1000mm，搅拌器直径400-520mm，转速0.5rad/s-2rad/s。
（1）模型建立利用gambit建立简化后的二维模型，模型如图所示，整个计算区域分成区域1和区域2（如图1所示），其中区域1为外圆和内圆组成，区域2由内圆和十字搅拌器所组成。
CFD技术在污水搅拌器应用中的优化研究
一、引言搅拌器在污水池中工作时，经常会遇到由于搅拌器选型和布置不合理而导致的如池内死水区和污泥沉淀等问题；同时在污水处理过程中，系统的水力特性也对污水处理效率具有重要影响。
通过合理设计的污水池尺寸、导流墙和搅拌器的摆放位置等，可以有效控制流动状态，避免池中的死水区和改善污泥沉淀等现象，从而提高系统整体的污水处理能力、降低系统能量消耗。
因此，需要采用有效的预测模型和模拟工具来考虑水力性能和系统设计参数之间的关系。
计算流体动力学近年来已经广泛地应用于污水处理领域[1,2,3]。
本文采用CFD方法研究了潜水搅拌器在污水池中工作时引起的流动状态变化情况。
通过对实际工况的全尺寸数值模拟，分析了搅拌器在不同池型下的混合能力和推进性能。
计算结果证明CFD能够为设计有效的污水处理系统提供可信的技术分析。
二、研究方法与应用实例通过CFD技术，可以在三维模型中根据要求和经验更改搅拌器在水池中的摆放位置和角度来设计多个安装方案，然后根据各方案数值模拟结果的比较分析，快速找到最优的搅拌器选型和安装位置方案。
本文将从格兰富污水搅拌器在工程中的实例来说明采用CFD技术在优化系统效率上的应用和优势。
1、CFD简介CFD是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析[4]。
CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系，图为流体力学三种研究方法的示意图。
2、CFD的研究步骤采用CFD的方法对流体流动进行数值模拟，通常会包括如下几个步骤：①建立反映工程问题或物理问题本质的数学模型。
即建立流体的基本控制方程，通常包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程以及这些方程的定解条件。
②寻求高效率、高准确度的计算方法。
包括微分方程的离散化方法以及求解方法、贴体坐标的建立、边界条件的处理等。
C FD技术在污水搅拌器应用中的优化研究文/杨志勇1 姚华栋1 李峰2（格兰富中国研发中心） 摘要：搅拌器在污水池中应用时，由于布置方案不合理，会引起污泥沉淀和死水区等问题，从而导致系统效率不高。
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CFD数值模拟在柠檬酸发酵罐搅拌系统设计过程中的应用
作者：张庆文， 骆巍， 刘永垒， 曾宇， 陶慧， 洪厚胜， ZHANG Qing-wen， LUO Wei， LIU Yong-lei， ZENG Yu， TAO Hui， HONG Hou-sheng
作者单位：张庆文,刘永垒,曾宇,ZHANG Qing-wen,LIU Yong-lei,ZENG Yu(南京工业大学生物与制药工程学院,江苏,南京,210009)， 骆巍,陶慧,LUO Wei,TAO Hui(南京汇科生物工程设备有限公
司,江苏,南京,210009)， 洪厚胜,HONG Hou-sheng(南京工业大学生物与制药工程学院,江苏
,南京,210009;南京汇科生物工程设备有限公司,江苏,南京,210009)
刊名：
现代化工
英文刊名：MODERN CHEMICAL INDUSTRY
年，卷(期)：2011(7)
本文链接：/Periodical_xdhg201107024.aspx。