双曲面搅拌机流场的数值模拟研究
PVA纤维束双卧轴搅拌器的数值模拟-2019年文档
PVA纤维束双卧轴搅拌器的数值模拟： In order to make the PVA fiber evenly mixed with cement concrete， Fluent， a computational fluid dynamics software tool， was applied to conduct the numerical simulation of the scattering and stirring of PVA fiber bundles in doubleshaft mixer. The effect of blade interval，distance between the stirring shafts and mixing speed on the turbulence intensity and stress distribution of the flow field was studied. The results show that the PVA fiber is scattered more evenly when the blade interval and the distance between the stirring shafts are reduced or the mixing speed goes higher. Meanwhile， the estimate of fluid dynamics of PVA fiber bundles provides basis for the fluid field simulation.0引言目前，通过掺入 PVA 纤维增强水泥混凝土的韧性是热门研究课题。
国内外的诸多试验研究表明[14]，水泥基复合材料中掺入 PVA 纤维，可有效改善水泥基复合材料的抗裂性能，还可以显著提高混凝土的劈裂抗拉强度，改善水泥混凝土的变形和破坏特性[5]。
大型侧进式搅拌釜内湍流流场的数值模拟
大型侧进式搅拌釜内湍流流场的数值模拟陈佳;肖文德【期刊名称】《化学工程》【年(卷),期】2013(41)8【摘要】采用计算流体力学(CFD)技术对直径和高度均为13m的大型侧进式搅拌釜内均相宏观流场进行数值计算.结果表明,将计算域划分为大约90万网格时,计算得到的搅拌功率曲线与实验数据吻合较好;考察不同操作转速、搅拌桨安装角度及个数对釜内低速死区分布的影响,发现增大搅拌转速很难有效地消除水平面上的死区;搅拌桨垂直向下5.71°或水平偏转11°安装能明显改善流体运动.三桨和四桨搅拌体系对釜上部流场的优化要好于两桨体系;但在相同转速下,双桨、三桨和四桨搅拌釜的搅拌功耗分别是单桨搅拌釜的1.2倍、2.3倍和3.4倍.综合考虑,三桨体系搅拌效率较高.最后采用组分模型计算得到不同转速下三桨釜的混合时间.%Computational Fluid dynamics (CFD) technique was employed to simulate the single-phase turbulent flow field in an industrial-scale stirred tank equipped with a side-entering impeller.The calculated power curve and velocity profiles were in good agreement with the available experimental results for the finer-mesh cases with 900,000 grids in the calculation domain.The effect of impeller rotation speed and impeller layout on the mixing effect was studied.The results indicate that the increasing of impeller speed can not effectively eliminate the low velocity dead zones,and the flow pattern can be obviously improved when the impeller is inserted into the tank with a vertical angle of 5.71°or ahorizontal angle of 11°.Compar ed with two-impeller stirred system,the three-and four-impeller systems can more obviously decrease the area of low-velocity dead zones,especially in the top part of the tank.But the total power consumption of two-,three-and four-impeller stirred tank is 1.2,2.3 and 3.4 timesthat of the single-impeller stirred tank.The mixing time of a three-impeller stirred tank under the different impeller speeds was calculated by using species model.【总页数】6页(P38-42,70)【作者】陈佳;肖文德【作者单位】华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;上海交通大学化学化工学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TQ021【相关文献】1.侧进式搅拌釜内气液两相流的数值模拟 [J], 陈佳;肖文德2.大型沼气厌氧池侧进式搅拌流场的数值模拟分析 [J], 梁敬福;黄振峰;李欣欣3.双层侧进式搅拌槽内流场特性数值模拟 [J], 孙存旭;王垒智;周勇军;何华;孙建平4.侧式进/出水口数值模拟湍流模型比较研究 [J], 高学平;陈昊;孙博闻;朱洪涛5.行星式搅拌釜内三维流场的数值模拟 [J], 杨伶;彭炯;王晓瑾因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验
籼
桨 叶 式 搅 拌 槽 内部 流 场 数 值 模 拟 及 ＰＶ试验 Ｉ
王春 林 ，吕亚云 ，史亚婷 ，丁 剑 ， 李长 军
（ Ｊ 久学 能 源 动 力 Ｊ 学 院 ，江 镇 江 ２ ２ １ ｝苏 ： ： ｌ０３）
摘
要 ：对搅 拌槽 内的混合 过程进 行 了三 维数 值模 拟 ， 用 多重 参考 系法 （ Ｆ 以及 标 准 ｋ一 采 ＭＲ ）
模型 ， 分析 了搅拌 槽 内液体 的流动 情 况． 了了解采 用 的 叶轮模 型能 否 有 效地 搅拌 液 体 ， 析 了 为 分
搅拌槽 内垂直 面和 水平 面的速 度 分布情 况． 用 ＰＶ技 术 对搅 拌 槽 内的真 实流动 情 况进 行 了研 运 Ｉ 究和探 讨 ． 通过 比较 搅拌槽 液 面 、 叶轮排 放 区、 叶轮 流入 区以及 槽底 的速 度 分布 与数值 模 拟 速度 分布之 间的差异 ， 现数值 模 拟和试 验 所反 映 的轴 向速 度 增减趋 势相 同， 最大速度 点 的差 别有 发 但
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。
基于流固耦合的搅拌桨叶数值模拟研究
基于流固耦合的搅拌桨叶数值模拟研究
陈福华;张晨阳;张雷;刘庆钊;孟令璋;韦嘉明
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】为探究三角形桨叶、格子式桨叶、八字形桨叶在不同工况时的性能,基于ANSYS Workbench平台,采用k─ε标准流场模型,对不同水流冲击和不同转速的3种桨叶进行流固耦合数值模拟研究。
仿真结果表明,格子式桨叶性能和结构稳定性最差,相同工况其变形和应力最大,随着工况的变化变形与应力的大小变化最为明显;八字形桨叶性能和结构稳定性最好,载荷冲击下其变形和应力最小,随着工况的变化变形和应力的大小变化最小;桨叶转速对变形和应力的影响比水流速明显,转速越高则变形和应力越大;高变形区域发生在桨叶边缘,高应力区域则发生在桨叶中心旋转轴及其附近。
研究结果为卧式搅拌设备桨叶选型与优化设计提供理论依据。
【总页数】5页(P66-70)
【作者】陈福华;张晨阳;张雷;刘庆钊;孟令璋;韦嘉明
【作者单位】天津商业大学机械工程学院;天津大学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
1.基于流固耦合效应的岩层渗透系数演化规律与断层活化突水数值模拟研究
2.基于流固耦合的钢筋混凝土板抗爆性的数值模拟研究
3.基于流-热-固耦合的水冷壁应力
场数值模拟研究4.基于流固耦合的煤系气排采数值模拟研究5.基于流固耦合的立式轴流泵站振动特性数值模拟研究
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《2024年双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》范文
《双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》篇一一、引言双辊薄带鋳轧技术作为一种新型的金属材料加工技术，在工业生产中得到了广泛的应用。
该技术通过两个高速旋转的辊子将熔融金属轧制成薄带材料，具有生产效率高、材料利用率高、产品性能优异等优点。
然而，在双辊薄带鋳轧过程中，熔池流场的稳定性对产品的质量和生产效率有着重要的影响。
因此，对双辊薄带鋳轧熔池流场进行数值模拟与实验研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟1. 模型建立为了研究双辊薄带鋳轧熔池流场的特性，我们建立了相应的数学模型。
该模型考虑了熔融金属的物理性质、辊子转速、轧制压力等因素对熔池流场的影响。
通过引入适当的边界条件和初始条件，建立了描述熔池流场的三维流动模型。
2. 数值方法采用计算流体动力学（CFD）方法对熔池流场进行数值模拟。
通过离散化处理，将连续的流动问题转化为离散的代数问题，并采用适当的数值算法进行求解。
在模拟过程中，我们采用了高精度的离散格式和算法，以保证结果的准确性。
3. 结果分析通过对模拟结果的分析，我们可以得到熔池流场的流动特性、速度分布、压力分布等信息。
这些信息对于优化双辊薄带鋳轧工艺、提高产品质量和生产效率具有重要意义。
三、实验研究为了验证数值模拟结果的准确性，我们进行了实验研究。
通过在实验室条件下模拟双辊薄带鋳轧过程，观察熔池流场的实际流动情况，并与数值模拟结果进行比较。
1. 实验装置实验装置主要包括两个高速旋转的辊子、加热装置、熔融金属供应系统等。
通过调整辊子转速、加热温度等参数，模拟不同的双辊薄带鋳轧工艺条件。
2. 实验方法在实验过程中，我们采用了高速摄像机等设备记录熔池流场的实际流动情况。
通过分析实验数据，我们可以得到熔池流场的实际流动特性、速度分布、压力分布等信息。
3. 结果分析将实验结果与数值模拟结果进行比较，我们可以评估数值模拟的准确性。
通过分析差异原因，我们可以进一步优化数学模型和数值方法，提高模拟结果的精度。
改进型框式组合桨内盘管搅拌釜内流场数值模拟
$ 不同工况条件下搅拌釜内流场
$#" 搅拌桨转速 在 结 构 定 位 尺 寸 &.&""455!.!$"455流 体
黏 度 .#*!45678 情 况 下 改 变 模 拟 搅 拌 釜 内 流 体 的 流 动 状 态9 得 到 为 $"'")","4:-51; 时的流体速度云图见图 $ 和图 '
图 改进型框式组合桨结构示图
网格划分 针对带内盘管搅拌釜的复杂结构 按照流
体在反应釜内存在的状态特征将反应釜内区域 分为动静 % 个区域并采用非结构性网格对动 区域和静区域进行网格划分得到的网格模型见 图 &
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深海搅拌器内固-液两相流的数值模拟
第20卷 第11期 中 国 水 运 Vol.20 No.11 2020年 11月 China Water Transport November 2020收稿日期：2020-01-10作者简介：柯 林（1990-）男，硕士，武昌船舶重工集团湖北海洋工程装备研究院有限公司，工程师。
深海搅拌器内固-液两相流的数值模拟柯 林，张三丰，彭必业（武昌船舶重工集团湖北海洋工程装备研究院有限公司，湖北 武汉 430063）摘 要：基于RNG k-ε湍流模型和Euler 多相流模型，结合滑移网格技术，在考虑了搅拌器结构和作业环境下建立了深海搅拌器数值计算模型。
研究了不同搅拌桨安装形式下搅拌器内的流场流动特性。
结果表明：RNG k-ε湍流模型和Euler 多相流模型能够较好的捕捉到流场湍流特性；横向式搅拌桨安装结构搅拌器内流场回流区范围较小，硫化物颗粒分布较为均匀，堆积较少，搅拌效果较好。
同时计算得到搅拌轴的功率，为工程选型提供理论依据。
关键词：计算流体力学；固-液两相流；数值模拟中图分类号：Q819 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）11-0052-04搅拌器是现代工业生产中的典型工艺设备之一，在化工、食品、造纸、环保等行业具有广泛的应用[1-3]，由于搅拌目的的多样性，平均流动、叶片旋转的周期性波动、湍流流动脉动这些不同的流动形式也存在于搅拌器内部，使得搅拌器的内部流动特性研究变得更加复杂，但是目前的研究并不具备完善的理论体系，设计者往往依靠设计经验和实验数据来设计[4]。
近年来，计算流体动力学（CFD）的发展为搅拌器的优化设计带来了革命性的胜利。
利用CFD 技术对搅拌器进行数值模拟，使研究人员摆脱了实验设备的束缚，减小了实验规模、实验成本、实验周期[5-6]，因此国内外学者越来越多地注重CFD 在搅拌器上的应用。
G.Michale 等人[7]采用欧拉-欧拉模型研究了低、中浓度固体颗粒在单层桨和多层桨搅拌槽中的分散性，模拟结果与实验测得的固体颗粒轴向浓度分布基本一致。
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双曲面搅拌机流场的数值模拟研究彭珍珍1, 赵恒文1, 郭聪聪1, 汪文生2, 曾德全2(1.河海大学水利水电工程学院,江苏南京210098;2.南京贝特环保通用设备制造
有限公司,江苏南京210098
)
摘 要: 应用计算流体力学(CFD)软件、利用多重参考系法(MRF)对新型的污水搅拌设备———双曲面搅拌机的流场进行数值模拟,考察了搅拌槽内水体的流态特性,并提出了优化建议。结果表明,未加挡板时,切向剪切是搅拌槽内水体的主要流动形式;在搅拌槽周围加上挡板后,可使槽内的水流形态重新分布,使轴向流速显著增加,立体循环运动更明显,更符合污水处理的搅拌形式和速度上的要求。 关键词: 计算流体力学(CFD); 双曲面搅拌机; 数值模拟中图分类号:X703 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2009)19-0091-04
NumericalSimulationofFlowFieldinHyperboloidStirrerPENGZhen2zhen1, ZHAOHeng2wen1, GUOCong2cong1, WANGWen2sheng2, ZENGDe2quan
2
(1.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098
,
China;2.NanjingBeiteEnvironmentalProtectionGEManufactureCo.Ltd.,Nanjing210098,China) Abstract: Thecomputationalfluiddynamics(CFD)softwareandmulti2referenceframe(MRF
)
methodwereappliedtonumericallysimulatetheflowfieldinanewwastewaterstirringequipment—hy2perboloidstirrer.Thefluidflowcharacteristicinthestirredtankwasinvestigated,andtheoptimizationsuggestionwasputforward.Theresultsshowthatthetangentialshearisthemainflowpatternofthewastewaterinthestirredtankwithoutthebaffle.Afterputtingthebafflearoundthestirredtank,theflowpatternsinthestirredtankcanberedistributed,theaxialvelocitycanbeincreasedsignificantly,andtheverticalcirculationofthewastewatercanbemoreobvious,whichismoresuitablefortherequirementofthestirringpatternandvelocityinthewastewatertreatment. Keywords: computationalfluiddynamics(CFD); hyperboloidstirrer; numericalsimulation
搅拌混合设备作为一种在污水处理中常用的工艺设备,可通过创建水流起到强化搅拌混合作用,防止活性污泥沉淀,被广泛用于混合池、厌氧池、水解生化池等工艺中。但由于搅拌设备在工作时会产生复杂的流体运动,目前搅拌设备的设计和应用对实测和工程师经验的依赖性比较强,这样就存在设计周期长、耗费大、精确度低等问题。将计算流体力学(CFD)数值模拟技术应用到搅拌设备的设计分析中,通过数值模拟软件求解描述过程,可以实现过程设计、优化以及放大。目前国内对CFD用于搅拌过程的研究很多,但是对双曲面搅拌机这种新型的污水处理设备的数值模拟研究还未见报道。因此,笔者采用CFD方法对叶轮直径为300mm的双曲面搅拌机的搅拌流场进行数值模拟,并提出了优化意见,
以提升其搅拌混合效果。1
数值模拟111 计算方程的选取旋转的搅拌桨作用于流体产生了复杂的三维湍
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第25卷 第19期2009年10月 中国给水排水CHINAWATER&WASTEWATER Vol.25No.19Oct.2009流流动,因此选择合适的湍流模型成为模拟的关键。搅拌器三维流场数值模拟采用了三维雷诺平均N-
S方程,并用标准k-ε湍流模型使方程组闭合。已
有研究表明,标准k-ε模型稳定、简单,可在较大的工程范围内得到足够的精度,在定常条件下搅拌流场的不可压流动可用以下方程组描述:
① 连续方程
99t+9(ρu)9x+9(ρv)9y+9(ρw)
9z
=0(1)
式中 u、v、w———相对速度分量② 动量方程
9ui9t+99xi(uiuj)=Fi-1ρ9ρ9xi+v92u
j
9xi9x
j
(2)
③ 湍动能方程
9u
ik9xi-99xi[(v+vt
σk)9k9xi
]=Pr-ε(3)
式中 ui———沿i方向的速度分量 fi———沿i方向的质量力112 搅拌设备的CFD分析方法从数值模拟的角度来看,模拟搅拌槽的一大难题是如何处理好运动的桨叶和静止的挡板及槽体之间的相互作用。为此,许多研究者提出了各自不同的解决方法,目前应用最广泛的是多重参考系法(MRF)和滑移网格法(SG)[1]。在同样的计算条件
下,两种方法的计算结果基本一致,但MRF法的计算量要小一个数量级,而SG法对计算所需的硬件设备要求很高。因此笔者选用MRF法进行模拟。MRF法将计算域分成两个不重叠的区域,即搅拌桨区域和桨外区域,搅拌桨区域里的流体运动采用旋转坐标系,并且以搅拌桨的相同转速进行旋转,桨外区域的流体则采用静止坐标系,两个不同区域速度的匹配直接通过交界面上的插值转换来实现。113 模型和网格划分双曲面搅拌机的搅拌槽为圆柱形平底,直径为680mm,槽内液位高为400mm,以水为工作介质。搅拌桨形式为双曲面叶轮(见图1),该曲面是曲线xy=b沿y轴旋转而构成的曲面体,在渐开双弧面上均匀布置了八条导流叶片,叶轮的最大直径为300mm。该形式的叶轮结构简单、便于维护保养,且其独特的设计能够有效地防止水中污染物的缠绕;另外,该叶轮的水力损失较小,搅拌所需要的功率小,达到了节能的目的[2]。
图1 双曲面搅拌机的叶轮Fig.1 Impellerofhyperboloidstirrer 利用Gambit软件对两个模型水域进行网格划分,采用非结构化网格,通过对不同数量网格的试算和比较,得出了网格无关解,最终确定了网格方案,
此时网格单元的总数约为1185764个,并对叶轮表面进行了网格加密处理。114 边界条件的设定双曲面搅拌机的水流表面为自由面,CFD对自由面边界类型的处理一般有两种方法:刚体近似模拟和VOF模型模拟[3]。从理论上讲,VOF方法更接近于实际流动,但该方法所需时间较长,而刚体近似方法所需时间要少很多,且该方法也是目前应用数值模拟处理自由表面的主要措施。所以笔者对自由边界条件的处理采用刚体近似方法。2
结果与分析211 宏观流动特性双曲面搅拌器内的流动区域可分为5部分:包含叶轮在内的叶轮区、叶轮下方的排出区、槽底与槽壁交接处的角区、槽中心轮毂下方的锥形体区域和占槽中大部分体积的主循环区域。未加挡板时,双曲面搅拌器槽内流体在叶轮的作用下形成径向射流,水流运动主要表现为沿着叶轮的径向和切向运动,形成整个水体的轴向循环运动。212 时均速度分布规律根据实际应用惯例,槽内液体流速≥0.3m/s
可作为搅拌混合效果的重要判定依据。以搅拌转速为230r/min为例,在槽中间的最大纵截面上,分别在不同的流区内取4个等高线进行流场比较,这4
个等高线的位置分别为:紧靠叶轮正下方Z=30
mm处、叶轮附近Z=75mm处、叶轮上方紧靠叶轮Z=140mm处和叶轮上方的主循环区中Z=300mm处。通过这些位置的速度分布情况来初步判定其搅拌效果。搅拌槽中心轴向截面内的速度分布规律见图2(R为搅拌槽半径)。由图2(a)可知,四个不同高度的绝对速度随半
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第25卷 第19期 中国给水排水 www.watergasheat.com径的变化规律一致,峰值都出现在R=150左右,即靠近叶轮的最大直径外缘处。除了叶轮的正下方搅拌负压区外,其余的流场速度均大于0.3m/s,这说明双曲面搅拌机的搅拌效果可达到设计要求。由图2(b)可知,各等高线的轴向速度在叶轮附近达到峰值,方向也变化了2次,通过轴向速度在槽内形成的轴向螺旋循环流场,可有效防止悬浮物沉淀。图2 搅拌槽中心轴向截面内速度的分布规律Fig.2 Velocitydistributionatmiddleaxialsectioninstirredtank时均速度各分量的分布规律说明,在叶轮区出现了强制涡,而在主循环区和排出区形成了自由涡。另外在相同位置处,切向速度显然大于轴向速度和径向速度,说明切向剪切是未加挡板时双曲面搅拌机内的主要流动形式。3 优化设计针对上述流场,笔者提出了优化方案,即在搅拌槽圆周均布四块挡板。311 优化后的宏观流场图3是加上挡板后轴向45°纵截面上的流场数值模拟结果。由图3可知,加上挡板后,双曲面搅拌机的宏观流场呈现出较为规则畅通的循环流,即旋转桨叶在叶轮区产生径向射流,径向射流在流动过程中夹带周围流体,与槽壁碰撞转向后沿槽壁向上流动,然后流经整个槽体,最终沿轴向向下流回叶轮区。该种搅拌叶轮能使液体在与轴垂直的方向排出,因此可使流体在槽内进行有效的轴向循环,适合强循环的作业情况,具有促进水体有效循环和有效防止悬浮物沉淀的效果。由于漩涡的存在,漩涡附近各流层的速度分布将有所改变。叶轮排出区的时均速度比循环区的大;在叶轮以下槽壁附近上升强循环流中,
叶轮处的时均速度较大而接近槽壁处的时均速度较小;叶轮附近和叶轮排出区内的速度约为主体循环区内的3～4倍。
图3 最大纵截面流场的矢量图Fig.3 Vectorplotofvelocityfieldatlongitudinalsection312 优化后的时均速度分布规律为了与未加挡板时的搅拌流场比较,搅拌转速仍为230r/min。采点采用与未加挡板时相同的等高线,加上挡板后的速度分布规律见图4。
图4 搅拌槽中心轴向纵截面的速度分布规律(加挡板后)
Fig.4 Velocitydistributionsatmiddleaxialsectioninstirredtank
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www.watergasheat.com彭珍珍,等:双曲面搅拌机流场的数值模拟研究第25卷 第19期