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利用CFX中的多相流模型计算搅拌容器中空气与水的混合情况

5月前浏览11049

本文摘要(由AI生成):

本文介绍了使用CFX中的多相流模型计算搅拌容器中空气与水的混合情况的案例。首先,导入计算网格,包括两个区域,一个是混合容器,另一个是空气注入管。然后,创建计算区域,包括空气入口、液体表面、挡板、旋转叶轮和旋转轴。接着,指定初始值,包括空气和水的体积分数和速度。最后,进行求解控制和创建监控,开始计算,得到计算结果,包括速度分布、空气体积分数分布和计算叶片上力矩等。


本案例演示利用CFX中的多相流模型计算搅拌容器中空气与水的混合情况。

注:本案例来自CFX Tutorials。

1 问题描述


本案例计算的模型如图所示。计算区域中包含1个混合容器、1个空气注入管、4个挡板、1个旋转叶轮以及1个旋转轴。叶轮旋转速度为84 rpm,空气从叶轮底部的通道以5 m/s速度进入计算区域,空气 进口管道直径2.48 cm。
计算假设水与空气保持恒定温度25°C,且空气为不可压缩,假设气泡直径为3 mm。


2 CFX设置

  • 启动CFX,创建General Case

2.1 导入计算网格


本案例包含两套网格,分别导入。


  • 导入网格MixerTank.geo,如下图所示


计算模型如图所示。


  • 导入计算网格MixerImpellerMesh.gtm,如图所示

  • 模型装配关系存在问题,需要修改

  • 右键选择节点MixerImpellerMesh.gtm,选择菜单项Transform Mesh打开设置对话框

  • 如下图所示设置沿X轴平移0.275 m

  • 计算模型如下图所示

3.2 创建计算区域


1、impeller区域


  • 修改默认计算区域Default Domain的名称为impeller

  • 设置区域impeller参数,如下图所示

注:1、空气为分散相,指定其粒径为3 mm,水为连续相。2、指定计算区域沿X轴旋转速度为84 rpm。
  • 如下图所示指定TurbulenceFluid Dependent

  • 进入Fluid Pair Models标签页,如下图所示指定相间作用参数


2、tank区域


  • 复 制区域impeller,并修改名称为tank

  • 选择LocationPrimitive 3D,其他参数保持默认设置

3.3 创建边界条件


1、空气入口


  • tank区域中插入边界,如下图所示,命名为Airin

  • 指定边界类型为Inlet,选择LocationINLET_DIPTUBE,如下图所示


-


  • 进入Fluid Values标签页, 如下图所示指定Air的速度为5 m/s,指定Volume Fraction1

  • 指定waterVolume Fraction0


2、LiquidSurface


  • tank区域中插入边界,命名为LiquidSurface

  • 设置边界类型为Outlet,指定LocationWALL_LIQUID_SURFACE

  • 进入Boundary Details标签页,指定Mass And MomentumDegassing Condition,如下图所示

注:Degassing边界允许颗粒相离开,不允许连续相离开。


3、Baffle边界


  • tank区域中插入边界Baffle

  • 设置区域类型为Wall,选择LocationWALL_BAFFLES

  • Boundary Details标签页中指定Mass And MomentumFluid Dependent

  • 进入Fluid Values标签页,指定AirFree Slip Wall


4、TankShaft边界


  • 如下图所示插入边界TankShaft

  • 指定区域类型为Wall,设置LocationWALL_SHAFT、WALL_SHAFT_CENTER

  • Boundary Details标签页中指定Mass And MomentumFluid Dependent

  • 进入Fluid Values标签页,激活选项Wall Velocity,如下图所示指定旋转速度为X轴84 rpm

  • 采用相同参数设置water


5、HubShaft


  • impeller区域下插入边界HubShaft

  • 指定边界类型为Wall,设置LocationHub、Shaft,如下图所示

  • Boundary Details标签页中指定Mass And MomentumFluid Dependent

  • 进入Fluid Values标签页,指定AirFree Slip Wall

  • 指定waterNo Slip Wall


6、修改tank Default边界


  • 进入tank Default边界设置面板的Boundary Details标签页,指定Mass And MomentumFluid Dependent

  • 进入Fluid Values标签页,指定AirFree Slip Wall

3.4 创建交界面


1、Blade Thin Surface


  • 创建交界面Blade Thin Surface,如下图所示进行设置参数,软件会自动创建两个边界Blade Thin Surface Side 1、Blade Thin Surface Side 2

  • 双击节点Blade Thin Surface Side 1打开编辑对话框,如下图所示进行设置

  • 进入Fluid Values标签页,指定AirFree Slip Wall

  • 双击节点Blade Thin Surface Side 2打开编辑对话框,进入Fluid Values标签页,指定AirFree Slip Wall


2、ImpellerPeriodic


  • 创建交界面ImpellerPeriodic,如下图所示设置参数


3、TankPeriodic


  • 创建交界面TankPeriodic,如下图设置参数


4、Top


  • 创建交界面Top,如下图所示设置参数


5、Bottom


  • 创建交界面Bottom,如下图所示设置参数


6、Outer


  • 创建交界面Outer,如下图所示设置参数

3.5 指定初始值

  • 如下图所示设置区域初始条件下Air的体积分数为0

  • 如下图所示指定初始时刻区域内water速度为0

3.6 求解控制

  • 如下图所示设置求解控制参数

  • 进入Advanced Options标签页,指定高级控制参数,如下图所示

3.7 创建监控

  • 创建表达式
TankAirHoldUp = volumeAve(Air.vf)@tank
ImpellerAirHoldUp = volumeAve(Air.vf)@impeller
TotalAirHoldUp = (volume()@tank * TankAirHoldUp +
  volume()@impeller * ImpellerAirHoldUp) /
  (volume()@tank + volume()@impeller)


创建完毕后如图所示。


  • 如下图所示设置监控变量

3.8 开始计算

  • 开始迭代计算

  • 计算完毕后选择打开CFD-Post

4 计算结果

  • 采用下面参数创建Plane

  • 速度分布

  • 空气体积分数分布

  • 计算叶片上力矩

  • 另外一侧页面的力矩


两者之和约为-72 [N m],4个叶片则总力矩为288 [N m]
可计算轴功率为:




CFX流体基础多相流群体平衡换热散热化机
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首次发布时间:2019-12-23
最近编辑:5月前
CFD之道
博士 | 教师 探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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