【摘 要】
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流体的旋转或自然伟力所致,或能工巧劲所致使,是流体运动时普遍存在的现象。从贯通天地的龙卷风,到细若游丝的量子涡,都有它的身影,影响着我们生活的方方面面。为将旋转流为我所用,人类发明了各种存在旋转部件的机械,用来辅助完成一些工作,比如用于物料分选和混合等工艺中。本文基于有限体积法和多相流模型,对存在旋转部件流场的动网格实现方法的模拟效果和适用性等内容进行了对比研究。本文提供两个实际工程案例的仿真模拟
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流体的旋转或自然伟力所致,或能工巧劲所致使,是流体运动时普遍存在的现象。从贯通天地的龙卷风,到细若游丝的量子涡,都有它的身影,影响着我们生活的方方面面。为将旋转流为我所用,人类发明了各种存在旋转部件的机械,用来辅助完成一些工作,比如用于物料分选和混合等工艺中。本文基于有限体积法和多相流模型,对存在旋转部件流场的动网格实现方法的模拟效果和适用性等内容进行了对比研究。本文提供两个实际工程案例的仿真模拟,从流体力学的角度阐述了相应的机理说明并提出了处理解决方案,分析了各类计算模型的适用范围以及选用条件,研究了单轴搅拌机在不同工况下的搅拌效率和最佳工况,模拟分析了磁力搅拌器所形成的流场特性并与化学反应的转换率结合。得到以下主要结果和结论:1)在多相流模型中,欧拉模型相较于其它的多相流模型,其应用范围最大、计算量也相应的增大;滑移网格模型的计算精度远远好于多重旋转参考系方法,滑移网格模型能反应实时流场信息,但同样计算量较大。2)对于单轴混合机的数值模拟表明,搅拌舱内的流场以旋转流为主,其动力来源于桨叶的搅动;桨叶的倾斜分布及壁面黏性的耦合作用引起二次流,使舱内的物质实现轴向交换,达到搅拌效果;可以用豆粕粉的体积分数及其相对方差的分布来定量描述单轴混合机的搅拌效果;通过改变物料的填充率和桨叶转速表明混合机的最佳转速、最优初始填充率分别是58rpm和70%。3)对于磁力搅拌器的数值模拟表明,计算域内的流场以旋转流为主,并出现了封闭的迹线环、封闭的涡结构和复杂的气—液界面演化,计算域内流质的交换表现出与单轴混合机完全不同的形态:气—液界面随着转子转速的增大而增大;二次流强度随着转子转速的增大表现出先增强后减弱的特点;液面面积的增大使得紫外线入射面增大;二次流速率和气液界面面积均与肉桂醛转换率高度相关。本文将多相旋转流技术应用于工程中,将其应用范围进行了推广。
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