搅拌器模块

旋转机械中的层流和湍流

“搅拌器模块”提供了灵活且稳健的建模接口，不仅能描述带旋转叶轮的搅拌釜内的流体流动，还可深入分析泵、压缩机等涡轮机械中的流动特性，其中内置的流体流动 接口能够全面处理不可压缩、弱可压缩及完全可压缩流体的层流与湍流问题。此外，层流 接口还集成了丰富的非牛顿流体模型，以满足复杂工况的仿真需求。针对涡轮机械中旋转部件与静止部件之间的相互作用，模块中还提供混合平面条件，可实现高效、精确的模拟。

在针对旋转叶轮进行湍流分析时，用户可直接使用流体流动 接口，其中包含“CFD 模块”提供的所有雷诺平均纳维–斯托克斯（RANS）湍流模型及非牛顿流体模型。

非等温流动

“搅拌器模块”提供了非等温流动 接口，可用于对温度和流场进行建模，并考虑了浮力和温度相关属性的影响。此外，非等温流动 接口还具备对流体传热和固体传热（即共轭传热）进行建模的功能，并包含旋转机械，非等温流动 接口，能够结合湍流模型，实现层流和湍流的模拟。

代数湍流模型

本模块为旋转机械提供了出色的零方程 RANS 湍流模型，具体如下：

代数 y+：

• 基于局部壁距离的零方程模型
• 解析直到壁面的流体流动
• 求解无量纲壁距离

L-VEL:

• Agonafer 等人的零方程模型（1996）
• 解析直到壁面的流体流动
• 求解沿壁的切向速度（以黏性单位表示）

零件库

“搅拌器模块”内置丰富的“零件库”，涵盖各类常见的叶轮和搅拌釜几何模型，助您快速搭建搅拌器及搅拌反应釜仿真模型。库中所有几何零件均支持全参数化设计，尺寸与构型均可灵活调整，其中的叶轮叶片支持切割、折弯等几何修改，其角部和边缘亦可按需进行倒圆或锐角处理。零件库提供多样化的叶轮选择，包括六种轴流式叶轮、五种径流式叶轮，以及两种专为高黏度流体设计的叶轮。叶轮既可采用曲面叶片表示，也可采用具有指定厚度的实体叶片表示。库中还配备了锥底、碟形底和平底三种搅拌釜模型，且每种釜体均支持配置挡板或无挡板选项，全面满足各类复杂工况的仿真需求。

反应流和多相流

搅拌器和搅拌釜反应器的性能会受到温度和成分变化的影响，影响局部密度和黏度。为了考虑化学物质的传递和反应，我们提供了反应流 接口，可以自动将流体流动 接口与浓物质传递 或稀物质传递 接口进行耦合，能够准确模拟这些影响效应。我们的解决方案可适用于带有旋转叶轮的搅拌器和釜式反应器，并可研究其反应流在层流和湍流状态下的行为。

此外，“搅拌器模块”还包含用于模拟具有表面跟踪功能的分离多相流和分散多相流模型的建模接口。通过这些接口，您可以解析每个相的局部质量或体积分数。

研究类型

针对旋转机械中流体流动的瞬态研究，可采用滑移网格方法来精确捕捉随时间变化的旋转运动。COMSOL^® 定义了一个包含叶轮的旋转域，以及包含釜壁和挡板的外部静止域。

此外，“搅拌器模块”还提供冻结转子 研究，假设静止部件相对于旋转参考系的拓扑结构保持固定（即“冻结”），从而高效模拟旋转流动。由于该研究本质上等效于在旋转域中引入离心力和科里奥利力来求解稳态纳维–斯托克斯方程，因此能够大幅降低伪稳态工况的计算成本。此外，此类研究也常用于为包含旋转域的瞬态研究提供初始条件。

针对整个系统作为单一整体旋转的工况，系统还提供了更为高效的计算方案：即直接求解相对于旋转坐标系的速度。用户只需激活旋转坐标系功能即可轻松实现这一设置。

输运方程湍流模型

“搅拌器模块”内置丰富的 RANS 湍流模型，能够精确求解湍流物理量的输运过程。模块提供的涡黏模型包括：

• 具有可实现性约束的 k-ε 湍流模型
• Realizable k-ε 湍流模型
• k-ω 湍流模型
• 剪切应力输运（SST）模型：
  • 具有可实现性约束的 Menter SST 两方程模型（2003）
• 低雷诺数（Re）k-ε 湍流模型：
  • 具有可实现性约束的 Abe–Kondoh–Nagano（AKN）模型
  • 可解析直到壁面的流体流动
• v2-f 湍流模型：
  • 捕捉湍流各向异性
  • 适用于旋风分离器等设备中的旋流
• Spalart–Allmaras 模型：
  • 旋转修正版本

此外，为应对更复杂的流动现象，“搅拌器模块”还提供高级雷诺应力模型，这类模型求解雷诺应力张量各分量的输运方程，并充分考虑湍动能的再分配过程，能够显著提升复杂流动的模拟精度。可选模型包括：

• Wilcox R-ω 模型
• SSG–LRR 完整雷诺应力模型
• 椭圆混合 R-ε 模型