搅拌制热器模拟
风力制热是一种清洁的能源利用技术，利用风机机械和制热装置将风能转换为热能。其中有个非常重要的设备叫做搅拌制热器，当风力带动制热器的转子旋转时，转子叶片转动，搅动液体产生运动，通过粘性耗散将一部分动能转换为热能，从而使液体温度升高。粘性耗散是流体在流动过程中由于粘性摩擦力引起的机械能转换为热能的现象，这是搅拌制热的基本原理，显然，当流体的黏度越大，或者搅拌速度越高时，粘性耗散越强，流体温度升高得更快。今天，我们做一个简单的搅拌制热案例。 建立如下的二维平面模型，搅拌器外径Φ300mm，外壳上有四个挡板，转子外径Φ200mm。注意由于本案例将利用滑移网格来模拟转动，因此，需要用interface创建动域和静域的交界面。 选用介质为水，密度998.2kg/m3，粘度0.001003Pa.s。 先选用标准k-e湍流模型，注意一定要勾选粘性热项（viscous heating）。 设置转子叶片转速，相对于流体的转速为0，表示和流体一起转动。 首先，我们看一下流体平均温度曲线，不到一分钟，流体温度由26.85℃上升到28.6℃。本次计算尚未达到稳态，只计算某个时段。 再看一下通过外壳散失的热量，由于温度升高，散热量也在增加，达到稳态时将稳定在一个值，此时的散热功率刚好等于装置的制热功率（粘性耗散能量转换功率）。 我们看一下转子的扭矩曲线，这里可能由于时间步长，网格等因素，曲线有些跳动，暂不细究，由于未考虑流体粘度的温度影响，因此扭矩基本趋于一个稳定值，约为64N.m，考虑转子转速41.87ran/s，因此转子的输入功率为2679.68W。 最后看一下流体的温升动画，转子区域的流体温度先升高随后传递至静域，叶片附近的流体温升最高，同时可以看到，由于搅浑作用，整个容器内的温度很均匀。 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
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