FLUENT算例-(5)搅拌桨底部十字挡板的流场分析教学文案

F L U E N T算例-(5)搅拌桨底部十字挡板的
流场分析
搅拌桨底部十字挡板的流场分析搅拌设备在各个行业运用的十分广泛，搅拌就是为了更够更快速更高效的将物质与介质充分混合，发生充分的反应，而搅拌中存在着许多不利于混合的情况，比如液体旋流。

为了解决这个问题，之前很多人提出在罐体的侧壁上增加挡板，可以抵消大部分旋流，然后大部分都是研究侧挡板的，对于底部挡板的研究十分少，本文就在椭圆底部挡板增加十字型挡板，对罐体中进行流场分析。

1．Gambit建模
首先用Gambit建模图形如下：
图1：Gambit建立的模型
分为两个区域，里面的圆柱为动区域，外面包着的大圆柱设为静区域，静区域划分网格大，划分粗糙，内部动区域划分网格小，划分精细。

边界条件主要设置了轴，搅拌桨，底部挡板，上层液面。

以下就是fluent进行数值模拟。

2.fluent数值模拟
2.1导入case文件
2.2对网格进行检查
Minimum volume的数值大于0即可。

图2网格检查2.3调节比例
单位选择mm单位。

图3比例调节2.4定义求解器参数
设置如图4所示
图4设置求解器参数2.5设置能量线
图5能量线
2.6设置粘度模型，选择k-e模型
k-e模型对该模型模拟十分实用。

图6粘度模型
2.7定义材料
介质选择液体水。

图7介质选择
2.8定义操作条件
由于存在着终于，建模时的方向向上，所以在Z轴增加一个重力加速度。

图8操作条件
2.9定义边界条件
在边界设置重，动区域如图所示，将材料设成水，motion type设成moving reference frame（相对滑动），转速设为10rad/s，单位可在Define中的set unit 中的angular-velocity设置。

而在在轴的设置中，如上图所示，将wall motion设成moving wall，motion设成Absolute，速度设成-10，由于轴跟动区域速度是相对的，所以设成反的。

图9动区域边界条件
图10轴边界条件
2.10设置求解器
求解器的设置如图11需将momentum改成0.5即可
图11求解器
2.11初值初始化
在Slove中选择solution initialiation设置一下，初值全为0.
2.12设置残留控制
将plot点上，其他参数如图12所示。

图12残留控制2.14递代计算
选择递代2000次，进行递代计算。

3.结果
通过fluent的数值模拟，得出以下的结论。

图13-a 底部加“十字形”挡板时距釜底中心20 mm处横截面速度矢量图
图13-b 底部加“十字形”挡板时距釜底中心20 mm处横截面速度云图底部加“十字形”挡板时，从图13-a和13-b可以看出，靠近反应釜底部的流体会产生由外向内的径向流动，此时在搅拌釜的底部形成了伯格斯[4](Burgers)涡流，在挡板和反应釜底部中心的间距的径向上，靠近挡板一侧的流体的速度达到最大，在反应釜底部中心处流体的速度较大。

Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。

它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。

CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。

由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。

灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。

目前与FLUENT配合最好的标准网格软件是ICEM，而不是早已过时的GAMBIT。

FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的；
FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。

湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。

另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型；
适用于牛顿流体、非牛顿流体；
含有强制/自然/混合对流的热传导，固体/流体的热传导、辐射；
化学组份的混合/反应；
自由表面流模型，欧拉多相流模型，混合多相流模型，颗粒相模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型；
融化溶化/凝固；蒸发/冷凝相变模型；
离散相的拉格朗日跟踪计算；
非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型（考虑多孔介质压力突变）；
风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型；
惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格；
动静翼相互作用模型化后的接续界面；
基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型；
质量、动量、热、化学组份的体积源项；
丰富的物性参数的数据库；
磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题；
连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题；
高效率的并行计算功能，提供多种自动/手动分区算法；内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。

另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算；
FLUENT软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口（UDF）；
FLUENT软件采用C/C++语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用率。

在CFD软件中，Fluent软件是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。

Fluent的软件设计基于"CFD计算机软件群的概念",针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度等各方面达到最佳。

由于囊括了Fluent Dynamical International比利时PolyFlow和Fluent
Dynamical International(FDI)的全部技术力量(前者是公认的在黏弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司,后者是基于有限元方法CFD软件方面领先的公司 ),因此Fluent具有以上软件的许多优点。

FLUENT系列软件包括通用的CFD软件FLUENT、POLY­FLOW、FIDAP，工程设计软件FloWizard、FLUENT for CATIAV5，TGrid、G/Turbo，CFD教学软件FlowLab，面向特定专业应用的ICEPAK、AIRPAK、MIXSIM软件等。

FLUENT软件包含基于压力的分离求解器、基于压力的耦合求解器、基于密度的隐式求解器、基于密度的显式求解器，多求解器技术使FLUENT软件可以用来模拟从不可压缩到高超音速范围内的各种复杂流场。

FLUENT软件包含非常丰富、经过工程确认的物理模型，可以模拟高超音速流场、转捩、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工等复杂机理的流动问题。

FLUENT软件的动网格技术处于绝对领先地位，并且包含了专门针对多体分离问题的六自由度模型，以及针对发动机的两维半动网格模型。

POLYFLOW是基于有限元法的CFD软件，专用于粘弹性材料的层流流动模拟。

它适用于塑料、树脂等高分子材料的挤出成型、吹塑成型、拉丝、层流混合、涂层过程中的流动及传热和化学反应问题。

FloWizard是高度自动化的流动模拟工具，它允许用户进行设计及在产品开发的早期阶段迅速而准确地验证设计。

它引导用户从头至尾地完成模拟过程，使模拟过程变得非常容易。

FLUENT for CATIAV5是专门为CATIA用户定制的CFD软件，将FLUENT完全集成在CATIAV5内部，用户就像使用CATIA其他分析环境一样使用FLUENT软件。

G/Turbo是专业的叶轮机械网格生成软件。

AIRPAK是面向HVAC工程师的CFD软件，并依照ISO7730标准提供舒适度、PMV、PPD等衡量室内外空气质量(IAQ)的技术指标。

MIXSIM是专业的搅拌槽CFD模拟软件。

除FLUENT外，常用的CFD软件及相关仿真软件还有专业三维流场分析软件——CFX、三维CFD快速求解器——CART3D、流体系统仿真、设计与优化平台——Flowmaster、专业的离散元仿真分析软件——EDEM等。