使用 Ansys Fluent 软件参数化工作流程对搅拌罐中的稳态涡流进行仿真

使用参数化工作流程，使用强大的 Ansys Fluent 软件探索模拟搅拌罐中稳定涡流的复杂性。

挑战

模拟搅拌罐中的稳态涡流存在一系列独特的挑战。流体动力学的复杂性需要精确的建模来准确表示涡流的行为。需要仔细定义搅拌器速度、储罐几何形状、流体属性和边界条件等参数。

此外，在保持高精度的同时确保计算效率也是一项关键挑战。大规模模拟可能是资源密集型的，需要强大的计算能力和优化的工作流程。识别和减少数值误差或不稳定性的潜在来源对于获得可靠的结果至关重要。

了解涡流仿真在工业过程中的重要性

搅拌罐中的涡流模拟对于许多工业过程至关重要，包括化学混合、制药和食品加工。了解流动模式和涡流形成有助于优化混合效率、降低能耗并确保一致的产品质量。

精确的仿真使工程师能够预测潜在问题，例如混合不足的盲区或过度剪切，这可能会损坏敏感材料。通过利用涡流模拟，各行各业可以增强过程控制，降低运营成本，并提高整体产品一致性。

工程解决方案

Ansys Fluent 软件通过其参数化工作流程为仿真搅拌罐中的稳态涡流提供了全面的解决方案。这个强大的工具使工程师能够定义一系列参数，并系统地探索它们对涡流行为的影响。

参数化工作流程允许自动模拟，其中可以有效地评估多个场景。工程师可以调整叶轮类型、转速和流体特性等变量，并分析由此产生的涡流结构。这种方法可确保对系统动力学的透彻理解，并有助于优化设计和作参数。

应用：

此应用使用了由 Rushton 涡轮叶轮搅拌的无挡板圆柱形水箱。计算域如图 1 所示。

图 1.搅拌罐的计算域

应用“流体体积”多相模型，空气为一级相，水为二级相（图2）。

图 2.多相模型设置

搅拌速度、密度、液位和粘度设置为输入参数。将功率、涡深、最大液位等级高比和最小液位叶轮高度比设置为输出参数。图 3 显示了用作输入/输出参数的相应命名选择，以及高度相关参数的描述。

图 3.输入和输出参数

由于这是一个稳态应用程序，因此使用“帧运动”选项来定义旋转域中的旋转。搅拌速度输入变量设置为转速（图4）。

图 4.旋转设置

细胞寄存器用于定义初始液体高度。在本例中，假设距罐底部 0.19 m 处充满液体（图 5）。

图 5.初始液体体积设置

使用当前设置进行的模拟表明，稳态解大约可以通过大约 5000 次迭代建立。残差和涡流深度监测器如图 6 所示。

图6.仿真残差（左）和涡流深度监视器（右）