搅拌器模块

模拟搅拌器和搅拌釜反应器中的流体流动

“搅拌器模块”是 CFD 模块的一款附加产品,专为模拟搅拌器和搅拌釜反应器中的流体流动而设计。无论是间歇过程还是全混流过程,本模块提供了广泛的功能,可用于对制药、精细化工和食品行业中的搅拌器和反应器进行建模仿真。

本模块具有对层流和湍流,以及单相流和多相流进行建模的能力。此外,还包含对搭载旋转叶轮的釜中液体表面进行跟踪的功能。

通过使用本模块,用户可以获得一系列典型的仿真结果,包括速度和压力场、混合效率、最大剪切速率、叶轮功率和扭矩、溶质浓度或停留时间、温度场,以及从速度、浓度和温度场中得出的其他相关数据。无论您需要什么样的信息,我们的软件都能为您提供准确而全面的结果。

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搅拌器模型,其中以 Rainbow 颜色表显示颗粒轨迹。

流体混合仿真

在制药、精细化工和食品生产过程中,产品的质量、重现性和均匀性至关重要。为了满足这些产品要求,进行仿真是一种有效的方法,可用于设计和优化混合过程的操作以及搅拌器或反应器本身。通过首先进行试点过程验证,然后扩大计算规模,模型和仿真表现出特别的实用性。一旦经过验证,这些模型就可以用来避免构建和运行中试规模工艺所带来的成本,并直接从实验室规模生产转向全面生产。

搅拌器模块的特征和功能

探索执行各种流体混合仿真的功能。

“旋转域”设置和“图形”窗口(显示搅拌器模型)的特写视图。

旋转机械中的层流和湍流

“搅拌器模块”提供了灵活而强大的建模接口,用于描述带有旋转叶轮的釜中的流体流动。流体流动 接口考虑了涉及不可压缩、弱可压缩或完全可压缩流体的层流和湍流。此外,层流 接口还提供了大量非牛顿流体模型。

在为旋转叶轮建模时,您可以使用流体流动 接口来分析湍流,其中包含“CFD 模块”中的所有雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)湍流模型和非牛顿流体模型。

“非等温流动”设置和“图形”窗口(显示搅拌器模型)的特写视图。

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。

“模型开发器”(其中突出显示“流体属性”节点)和“图形”窗口(显示搅拌器模型)的特写视图。

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)
“模型开发器”(其中突出显示“加载的零件”节点)和“图形”窗口(显示一组叶轮)的特写视图。

零件库

“搅拌器模块”提供了一个丰富的零件库,涵盖了最常见的叶轮和釜的几何形状,为您创建搅拌器或搅拌釜反应器模型提供了便利。所有几何零件都已完全参数化,使您能够根据需要灵活更改其尺寸和配置。叶轮零件的设计更加多样化,您可以根据具体需求来切割或折叠叶片,并对角或边进行倒圆或磨尖。我们提供了六种不同类型的轴向叶轮、四种径向叶轮,以及两种专为高黏度流体而设计的叶轮。在釜的选择方面,我们提供了三种类型的釜供您挑选:锥底、碟底和平底釜。每种釜都可以选择带或不带挡板,以适应不同的应用场景。

“反应”设置和“图形”窗口(显示搅拌器模型)的特写视图。

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。

“冻结转子”设置和“图形”窗口(显示搅拌器模型)的特写视图。

研究类型

在对旋转机械中的流体流动进行瞬态研究时,可以采用滑移网格方法来描述随时间变化的旋转情况。COMSOL® 可以定义一个包含叶轮的旋转域和一个位于此区域外的静止域(其中包含釜壁和挡板)。

除此之外,“搅拌器模块”还提供了冻结转子 研究,通过假设系统相对于旋转参考系的拓扑结构是固定的或冻结的方式来模拟旋转流动,从而显著降低模拟伪稳态条件所需的计算成本。冻结转子 研究实质上是求解稳态纳维-斯托克斯方程,其中离心力和科里奥利力已添加到旋转域中。此外,冻结转子 研究还常用于获取具有旋转域的瞬态研究的初始条件。

“湍流,k-ε”设置和“图形”窗口(显示搅拌器模型)的特写视图。

输运方程湍流模型

下面列出了可用于旋转机械的 RANS 湍流模型,其中涉及湍流传递物理量:

  • 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
    • 解析直到壁面的流体流动
  • v2-f 湍流模型:
    • 捕获湍流各向异性
    • 适用于旋风分离器等中的旋流
  • Spalart-Allmaras 模型:
    • 旋转修正版本

扩展“搅拌器模块”的建模功能

“搅拌器模块”是 CFD 模块的附加模块,可以与 COMSOL® 产品库中的其他任意附加模块结合使用。例如,您可以将其与以下模块相结合:

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