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2019-03-15 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
本案例利用Fluent中的歐拉多相流模型模擬空氣噴霧至充滿水的反應器內的流場分布。
1 問題描述
本案例計算模型如圖所示。混合器包含四個擋板、一個環形噴霧器、一個斜葉漿,一個拉什頓槳以及一個旋轉軸。頂部邊界為Degassing邊界,只允許氣體流出。空氣通過底部的環形噴霧器以0.05 m/s的速度注入攪拌器。案例忽略噴霧器環上的小孔,而將進氣道建模為均勻的圓形帶。Rushton渦輪葉片攪動氣水混合物,使氣泡均勻分布,斜葉槳執行擴散和泵送操作。兩個葉輪均以450轉/分的轉速繞Z軸逆時針旋轉(從頂部看)。
2 Fluent設置
2.1 啟動Fluent并讀取網格
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以3D、Double Precision方式啟動Fluent
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利用菜單File → Read → Mesh…讀取網格文件mixing_tank.msh
2.2 General設置
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鼠標雙擊模型樹節點General,右側面板激活選項Gravity,設置重力加速度為Z方向-9.81 m/s2
2.3 Models
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鼠標右鍵選擇模型樹節點Models > Multiphase,點擊彈出菜單項Eulerian激活歐拉多相流
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鼠標雙擊模型樹節點Models > Viscous,彈出設置對話框,如下圖所示,激活標準k-epsilon模型,激活選項Dispersed,點擊OK按鈕關閉對話框
2.4 Materials
案例中涉及的流體介質為空氣及液態水。
添加材料water。
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右鍵選擇模型樹節點Materials > Fluid,點擊彈出菜單項New...打開材料新建對話框
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添加新材料water,設置其密度為998 kg/m3,粘度為0.001 kg/m-s
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點擊按鈕Change/Create,在彈出的詢問是否覆蓋的對話框中選擇Yes,點擊Close按鈕關閉材料對話框
2.5 設置相及相間相互作用
設置水為主相,空氣為第二相。
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雙擊模型樹節點Models > Multiphase(Mixture) > Phase > phase-1-Primary Phase,彈出主相設置對話框,設置Name為water,選擇Phase Material為water,點擊OK按鈕關閉對話框
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雙擊模型樹節點Models > Multiphase(Mixture) > Phase > phase-2-Secondary-Phase,彈出第二相設置對話框,設置Name為air,選擇Phase Material為air,設置Diameter為0.0015 m,其他參數保持默認設置,點擊OK按鈕關閉對話框
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鼠標雙擊模型樹節點Models > Multiphase > Phase Interactions,彈出設置對話框,進入Drag標簽頁,設置模型為grace,如下圖所示
注:grace模型適合于低氣相密度且氣泡尺寸在1-2mm的氣液流動
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切換至Surface Tension標簽頁,設置表面張力系數為0.073 n/m,如下圖所示
2.6 Cell Zone Condtions設置
本案例包含3個計算區域,其中1個為靜止區域,另外2個為旋轉區域。采用MRF考慮區域的旋轉。
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鼠標雙擊模型樹節點Cell Zones Conditions > fluid_mrf_1-1,彈出區域設置對話框,如下圖所示設置其旋轉速度為450 rpm
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鼠標雙擊模型樹節點Cell Zones Conditions > fluid_mrf_2-0,彈出區域設置對話框,如下圖所示設置其旋轉速度為450 rpm
2.7 Boundary Conditions設置
本案例中頂部邊界設置為degassing邊界,該邊界允許氣體流出而不允許液體流出。
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鼠標雙擊模型樹節點Boundary Conditions > gas_inlet > water,彈出的對話框中采用下圖所示參數設置
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鼠標雙擊模型樹節點Boundary Conditions > gas_inlet > air,彈出的對話框中設置入口速度為0.05 m/s
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切換至Multiphase標簽頁,設置Volume Fraction為1
2.8 Operating Conditions設置
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鼠標雙擊模型樹節點Boundary Conditions,右側面板點擊按鈕Operating Conditions…彈出操作條件設置對話框
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激活選項Specified Operating Density,設置Operating Density為1.225 kg/m3
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點擊OK按鈕關閉對話框
2.9 Methods設置
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鼠標雙擊模型樹節點Methods,右側面板如下圖所示進行設置
2.10 Initialization
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鼠標雙擊模型樹節點Initialization,右側面板選擇選項呢Standard Initialization,設置air Volume Fraction為0,其他參數保持默認設置,點擊按鈕Initialize進行初始化
2.11 進行計算
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選擇模型樹節點Run Calculation,右側面板中設置Number of Iterations為1500
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點擊按鈕Calculate進行計算
3 計算結果
1、創建切面
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右鍵選擇模型樹節點Results > Surfaces,點擊彈出菜單項New → Iso-Surface…創建等值面
創建4個切面,如圖所示。
2、查看云圖分布
下部槳葉位置(Z=0.08 m)氣相分布如圖所示。
縱切面上(Z=0 m)氣相體積分數分布如圖所示。
3、軸功率
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鼠標雙擊模型樹節點Results > Reports > Forces…彈出設置對話框
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如下圖所示,激活選項Moments,設置Moment Center為(0 0 0),設置Moment Axis為(0 0 -1)
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選擇wall Zones為wall_impeller_1
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點擊按鈕Print顯示力矩計算結果,如圖所示
從圖中看出,力矩為0.03768 N.m,可計算軸功率為力矩與角速度的乘積,其值為
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轉自:流沙CAE
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