三维搅拌器数值模拟
铝熔炼炉内电磁搅拌磁场的数值模拟
铝熔炼炉内电磁搅拌磁场的数值模拟周乃君;袁林伟;周善红;张家奇;黄庆【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(042)010【摘要】针对某厂50 t铝熔炼炉与电磁搅拌器,采用ANSYS软件建立三维有限元模型,对熔炼炉内电磁搅拌磁场进行数值模拟.研究结果表明:电磁搅拌器在其周围空间产生交变磁场,其变化周期等于加载的低频交流电周期；磁场向右呈波浪式移动,当加载电流频率为0.4 Hz时,行波移动速度为1.44 m/s;磁感应强度在铝液水平层内由边缘向中部逐渐增大,并沿铝液高度方向迅速衰减；铝液底层的电磁搅拌器垂直投影区域磁感应强度较大,为搅拌作用的核心区域；磁感应强度的仿真结果与实测结果基本吻合.%Based on ANSYS software, three dimensional finite element model for a 50 t aluminum melting furnace and the electromagnetic stirrer was built, and numerical simulation of magnetic field in the furnace with electromagnetic stirring was conducted. The results show that the electromagnetic stirrer produces alternating magnetic field in the surrounding, which changes with the period of the low frequency AC current loaded on the model. The magnetic field travels right like waves with the speed 1.44 m/s when the current frequency is 0.4 Hz. The magnetic induction intensity increases from the edge to the center in the horizontal plane of the furnace and decays quickly along with the height of molten aluminum. The vertical-projected area of electromagneticstirrer is the core area where magnetic flux density is large. The calculated magnetic induction intensity agrees well with the test data.【总页数】6页(P3195-3200)【作者】周乃君;袁林伟;周善红;张家奇;黄庆【作者单位】中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083;中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083;中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083;中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083;中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TF806.4;O242.1【相关文献】1.铝熔炼炉电磁搅拌装置辅助拖车的添加 [J], 侯红梅;李国林2.圆形蓄热式铝熔炼炉炉内流场数值模拟研究 [J], 李浩;谢晓燕;史勇3.高性能铝熔炼用电磁搅拌器电源的研究 [J], 章小卫;周京华;陈亚爱4.铝熔炉电磁搅拌磁场与流场的数值模拟 [J], 黄军;王宝峰;赵莉萍;李建超5.圆形铝熔炼炉内非稳态热工过程数值模拟 [J], 王晓松;谭易君;周萍;闫红杰因版权原因，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
三维数值模拟在机械制造中的应用
三维数值模拟在机械制造中的应用随着新材料、新工艺的不断出现，机械制造业也在不断发展。
而其中，三维数值模拟技术的出现，给机械制造业带来了前所未有的巨大变革。
今天我们将谈论一下三维数值模拟在机械制造中的应用。
一、三维数值模拟在机械加工中的应用三维数值模拟技术在机械加工中有着很广泛的应用，它可以在机械加工前，通过建立三维数值模型，对零件的形状进行精确的计算和仿真。
这可以帮助工程师更好地认识零件的特性，拥有更清晰的制造方案。
例如，在铣削加工中，工程师可以通过三维数值模拟技术，确定切削力的大小和作用方向。
在实际加工中，可以根据这些数据来调整加工参数，以获得更好的切削效果。
同时，还可以根据这些数据来选择合适的切削工具，以满足不同工件的加工需求，提高工件的加工精度和表面质量。
二、三维数值模拟在模具设计中的应用模具是机械加工中不可或缺的一部分，而三维数值模拟技术的出现也为模具设计带来了很大的变化。
利用三维数值模拟技术，可以模拟零件在不同条件下的变形和变化，以及模具在模压工艺中的应力变化等，从而更好地确定模具的形状和加工参数。
这可以大大提高模具的设计精度和生产效率。
同时，三维数值模拟技术还可以帮助工程师预测模具在使用过程中的损耗情况，优化模具的维修和更换计划。
这可以大大延长模具的使用寿命，降低维护成本。
三、三维数值模拟在零件装配与测试中的应用在零件装配过程中，由于零件之间的误差和不确定性，往往会出现装配不良的情况。
这不仅会降低零件的质量，还会对生产进度产生影响。
而三维数值模拟技术可以模拟零件之间的装配情况，并在模拟过程中对零件的尺寸精确计算，以提供更好的装配策略。
这不仅可以减少装配错误，还可以提高装配质量。
除此之外，三维数值模拟技术还可以模拟零件在不同条件下的试验情况，以便评估零件的性能和耐久性。
这可以大大降低试验成本和试验周期，提高产品研发效率和成功率。
四、结论综上所述，三维数值模拟技术在机械制造中的应用不可或缺。
T型搅拌器数值模拟研究_牟童
设置自由液 面 为 滑 移 壁 面 边 界 条 件 （Ｓｙｍｍｅｔｒｙ）［１１］，将 轴和叶轮定义 为 动 边 界 （Ｍｏｖｉｎｇ Ｗａｌｌ），所 有 槽 体、搅 拌 轴、 搅拌桨及挡板表面均采用无滑移壁面边界条件。其中搅拌 轴处于叶轮外区域 内，相 对 于 区 域 内 的 流 体 是 运 动 的；搅 拌 桨 处 于 流 体 区 域 ，相 对 于 周 围 的 流 体 以 相 同 的 转 速 运 动 。
收 稿 日 期 ：２０１３－１１－０２ 修 回 日 期 ：２０１４－０４－２８ 网 络 出 版 时 间 ：２０１４－０５－０７ 网 络 出 版 地 址 ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｏｉ／１０．１３４７６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｎｓｂｄｑｋ．２０１４．０３．０２０．ｈｔｍｌ 作 者 简 介 ：牟 童 （１９８８－），男 ，山 东 日 照 人 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 流 体 机 械 数 值 模 拟 方 面 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｔｓｅｕ＠１６３．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：郑 源 （１９６４－），男 ，山 东 日 照 人 ，教 授 ，博 士 ，从 事 流 体 机 械 数 值 模 拟 及 故 障 诊 断 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｙｕａｎ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１ 数 值 模 拟
１．１ 搅 拌 槽 与 搅 拌 桨 基 本 尺 寸
搅拌槽内径 Ｄ＝８００ ｍｍ，挡 板 个 数 ４，挡 板 高 度 Ｗｈ ＝ ４００ｍｍ，挡板宽度 Ｗｂ＝６０ｍｍ，挡板厚度 Ｗｔ＝５ ｍｍ。 搅 拌 槽内液 面 高 度 Ｈ ＝６００ ｍｍ，Ｔ 型 搅 拌 器 距 底 面 高 度 ｈ＝２０ ｍｍ，转速ｎ＝２０ｒａｄ／ｓ，搅拌桨为三个 Ｔ 型 叶 片，叶 片 安 放 角 为９０°，叶片尺寸见 图 １，叶 片 厚 度ｔ＝２ ｍｍ，叶 轮 直 径 ｄ＝ ３００ ｍｍ，工 作 介 质 为 常 温 下 的 水 。
电磁搅拌中旋转磁场及洛伦兹力的数值模拟
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电磁 力 密度 可分解 为法 向力 厂 和切 向力 ， ｒ 低频
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电磁搅拌情况下主要表现为切向力 ， 切向力可 促使流体沿着圆周运动并最终对流体实现电磁搅
文 献标 志码 ： Ａ 中搅拌 技术 由于 具有 非 接 触 、 污 染金 属 不
液、 可精确控制 以及容易与工业生产对接等优点 ， 在半 固态坯料制备领域率先获得工业应用并且实 现产业 化［。虽 然 电磁 搅 拌 中 的 电磁 场 可 由 １ ］
成三对 极 的电磁 搅拌 器 ， 接 三 相 交 流 电产 生 旋 外 转磁 场 ， 三对 极线 圈 的相位角 相差 １０。 ２。
图 ３ 不 同相对磁导率情 况下金属熔体中磁场分布示意图
图 １ 三 相 电磁 搅 拌 器 的物 理 模 型
３ 三相 电磁搅拌器 电磁力密度计算
不同搅拌频率下金属熔体内的电磁力密度分
三相交流电产生旋转磁场 的物理模型如图 １
基金项目： ０ ０ ２ １ 年内蒙古科技大学理科基地教改项 目
电磁搅拌 中旋转磁场及洛伦兹力的数值模拟
所示， 取搅拌 器 的 一个 横 截 面 为计 算 对 象 。搅 拌 装 置 采用高磁 导率 的硅 钢片制 成 搅拌器 磁轭 和铁 芯系统 ， 其相 对 磁 导率 取 为 ２ ０ ， 圆形 轭 铁 内 ００在 部均 匀分布 ６个磁极 ， 每个磁极 上 套有线 圈 ， 拌 搅
图， 中搅 拌频 率取 ０ ５Ｈｚ 其 ． 。由 图可得 插 入高 磁 导率 的磁 轭和 铁芯 等 磁 介 质 时磁 场 可 提高 １ Ｏ倍 以上 ， 主要是 由于 高磁 导 率 的磁 介 质 磁 化后 产 这 生 的附加磁 场极 大 的增加 了系统 的总 磁场 。
分解槽搅拌过程数值模拟研究
分解槽搅拌过程数值模拟研究摘要：建立了一个工业分解槽的计算流体力学CFD模型，采用稳态多重参考系法以及欧拉-欧拉多相流模型对槽内固液两相搅拌过程进行数值模拟计算。
分析了流体速度分布、颗粒相分布以及搅拌功率变化过程。
关键词：分解槽数值模拟多相流分解槽在氧化铝冶炼过程中的用途是对溶出后的矿浆进行分级分解。
分解槽的搅拌既要满足料浆充分的混合悬浮又不破坏晶种的长大，因而对其搅拌的要求别于其他的搅拌。
现有的在工业上广泛应用的最大分解槽直径为14m，随着氧化铝生产线产能的提高，分解槽的设备大型化已成为必然趋势，需要开发更大直径的分解槽，其搅拌装置的设计亦成为设备大型化的研究主题。
由于实际数据采集非常困难，因而本文采用数值模拟手段对分解槽搅拌过程进行模拟分析，并与现场实际情况作比较分析，文中提出的模型可以作为分解槽大型化设计的有效仿真工具，为分解槽的大型化设计提供理论指导。
一、数学模型对于搅拌流场进行数值模拟，较难处理的是运动的桨叶和静止的挡板、槽壁之间的相互作用。
根据模拟计算的需要，本计算采用稳态多重参考系法，将各个计算区域分成两个或多个互不重叠的圆筒状区域，整个分解槽分为旋转区域和静止区域两部分，旋转区域的几何结构只有搅拌桨，静止区域的几何结构包括整个槽壁、挡板与提料管，旋转区域创建旋转坐标系，静止区域创建静止坐标系，搅拌桨相对内部子区域静止，实现搅拌桨的旋转。
五、模拟结果分析1.搅拌功率由图2中可以看出，这五种工况下分解槽内流场特征基本相同，在每层桨之间具有相类似的明显循环特征，即：在每层桨叶之间基本都可以形成流体从内外桨之间的位置向上然后分别在内侧和外侧再向下并形成循环的流动。
根据桨叶结构可以推测，外侧的流体循环主要由外桨叶带动的，内侧流体循环则主要由内桨叶带动的，内外桨叶的大转折角，造成了流体在内外桨叶之间位置的上升并形成多个循环。
在靠近主轴及挡板位置有一定量的流体不参与有效循环，该位置即是滞流区。
多种搅拌器的实验与模拟
摘 要糖化设备(糖化锅)是啤酒生产的关键设备之一。
糖化锅中的搅拌装置起混合、传热、固液悬浮等作用。
本论文通过对国内外糖化锅中经常采用的搅拌器进行分析比较，选择了13种搅拌器，进行了实验研究与数值模拟。
在φ375mm的搅拌釜中，对各搅拌器进行实验研究，考察搅拌器桨型、转速、密度等因素对各搅拌器的搅拌功率、混合时间及混合效率数的影响。
实验研究表明，综合考虑单位体积的搅拌功率和混合时间，二层组合桨混合效率数C4最小，混合效率最高，其次是HUM桨（有孔）。
采用FLUENT计算流体力学软件对糖化锅内的流场进行了模拟。
通过13种搅拌器的数值模拟，对其流场和速度场进行了分析和比较。
模拟结果表明，从流场和速度场来看，搅拌性能最好的是HUM桨（有孔）和二层桨。
关键词：糖化锅、搅拌器、固液悬浮、实验研究、数值模拟ABSTRACTThe mash equipment (the mash kettle) is one of the key equipment of the industry of beer. The functions of the mixing equipment are mixing, heat transferring, solid-liquid suspension, etc. in the mash kettle. The thesis analyzed and compared the impellers which are often used domestic and international mash kettle. And 13 kinds of impellers are used with experiment research and numerical simulation.In the stirred tank of 375mm , have carried on experiment research to 13 kinds of impeller, have investigated impeller type , rotational speed , density ,etc. the operating factor to various kinds of influence of power consumption of mixing power and time. The experiment shows : Considering mixing the power number and mixing efficiency synthetically, two layers impeller that author get out of mixing efficiency number C4 is minimum and the mixing characteristic is the best.The inside field of the mash kettle is imitated with FLUENT software. Through to numerical simulation of 13 kinds of impellers, they are compared at flow field and velocity field, according to flow field and velocity field , simulation result indicate, best mixing performance impellers are HUM impeller and 2 layers of impeller.Key words：mash kettle, impeller, solid-liquid suspension, experiment research, numerical simulation目 录前言 (1)第一章 文献综述 (2)1.1 啤酒工业和啤酒设备的技术发展 (2)1.1.1 我国啤酒工业的发展 (2)1.1.2 啤酒设备的技术发展 (2)1.1.2.1 我国啤酒设备的技术发展 (2)1.1.2.2 世界啤酒设备的技术发展 (3)1.2 啤酒工艺与糖化 (3)1.2.1 啤酒工艺流程 (3)1.2.2 糖化过程 (4)1.2.3 糖化工艺 (5)1.2.4 糖化设备 (6)1.2.4.1 糖化锅 (7)1.2.4.1.1 传热 (8)1.2.4.1.2 搅拌 (9)1.2.4.2 搅拌器 (11)1.2.4.2.1 糖化锅、糊化锅对搅拌的要求 (11)1.2.4.2.2 搅拌器的改进 (11)1.3 实验研究 (13)1.3.1 功率特性 (13)1.3.2 混合特性 (14)1.3.3 剪切特性 (15)1.4 数值模拟 (16)1.4.1 CFD简介 (16)1.4.2 CFD在搅拌器中的应用 (16)1.4.3 CFD软件简介 (17)1.4.4 计算流体力学模型 (18)1.4.4.1 雷诺方程 (18)1.4.4.2 湍流模型 (19)1.4.4.3 近壁区模型 (21)1.4.4.4 多相流模型 (21)1.4.5 搅拌槽内固液悬浮过程的数值模拟 (23)第二章实验部分 (24)2.1 实验设备和物料 (24)2.1.1 实验装置 (24)2.1.2 搅拌器 (24)2.1.3 实验物料 (26)2.1.3.1 糖化醪液的特性 (26)2.1.3.2 物料参数 (27)2.2 实验测量方法 (27)2.2.1 粘度测量 (27)2.2.2 固含量测量 (29)2.2.3 粒径分布测量 (30)2.2.4 转速测量 (31)2.2.5 扭矩测量 (32)2.2.6 其他测量 (32)2.3 功率的测定 (32)2.4 混合时间的测定 (33)2.5 数据采集系统的设计 (34)2.5.1 数据采集系统的结构 (34)2.5.2 系统软件设计 (34)2.5.2.1 软件开发环境及工具 (34)2.5.2.2 系统软件结构 (35)第三章搅拌器的实验研究 (37)3.1 引言 (37)3.2 功率特性 (37)3.2.1 桨叶直径影响 (37)3.2.2 桨型影响 (38)3.2.3 转速影响 (39)3.2.4 开孔影响 (40)3.2.5 桨叶数影响 (41)3.2.6 介质密度影响 (41)3.2.7 粘度对功率影响 (42)3.2.8 径流与轴流搅拌器对比 (43)3.2.9 搅拌器层数影响 (43)3.3.1 混合时间 (44)3.3.1.1 转速对混合时间的影响 (45)3.3.1.2 桨型对混合时间数的影响 (46)3.3.2 混合效率数 (46)3.4 剪切特性 (47)3.5 临界转速 (48)3.6 小结 (48)第四章糖化锅设计实例 (49)4.1 设计参数 (49)4.2 壁厚 (49)4.2.1 筒体壁厚 (49)4.2.2 封头壁厚 (50)4.3 传热面积 (50)4.4 搅拌功率 (52)第五章平底封头搅拌槽流场的数值模拟 (54)5.1 引言 (54)5.2 数值模拟 (54)5.2.1 流体力学模型 (54)5.2.2 求解区域与边界条件 (55)5.2.2.1 求解区域 (55)5.2.2.2 边界条件 (55)5.2.2.3 网格划分 (55)5.3 流场特性 (57)5.3.1 宏观流动场 (57)5.3.2 速度分布 (67)5.4 小结 (76)第六章椭圆底封头搅拌槽流场的数值模拟 (79)6.1 引言 (79)6.2 CFD建模 (79)6.3 宏观流动场 (80)6.4 速度分布 (81)6.5 小结 (83)第七章结论与展望 (84)7.2 展望 (84)参考文献 (86)致谢 (89)在读期间发表和录用的学术论文 (90)前 言糖化是啤酒酿造过程的第一道工序，其目的是制备供发酵用的高质量的麦汁。
带搅拌器的ZBO低温贮箱三维模拟
文 献标识 码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ０ ． ６ ５ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ０ ５ — ０ ５
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