搅拌混合是指搅动液体使之发生某种方式的循环流动,从而使物料混合均匀或使物理、化学过程加速的操作。主要应用于油气化工,生物制药,废水处理,建筑,电池制备,家电等行业。
一、单相混合系统
二、气液体系(生物反应器)
三、液固体系(固体溶解)
四、啮齿搅拌混合器
五、静态混合器
六、清洗装置
七、定制化以及系统级仿真
以下内容截取自该篇资料
单相混合系统
(1)工程挑战
▪ 通过加快设计速度缩短上市时间
▪ 确保产品质量
准确预测混合时间
管理产品在剪切下暴露程度(例如,防止细胞损伤)
▪ 混合不良会导致浪费
(2)仿真复杂性
▪ 对混合罐中的稳态和瞬态流进行建模
▪ 模拟混合容器中的层流和湍流
▪ 处理不同的流变学
恒定粘度,与剪切速率和温度相关粘度
▪ 混合定量处理(后处理),确定性的和统计性的
需要开发后处理工具,为决策提供定性、定量和统计结果
(3)ANSYS解决方案与示例
ANSYS提供关键功能来应对这些挑战:
▪ 内置功能:在ANSYS Fluent中能对层流以及具有强大漩涡的的湍流进行模拟
▪ 快速预处理:ANSYS SpaceClaim和Fluent Meshing的组合,可以轻松处理搅拌混合器(叶轮、挡板)的细节特征,并能够对模型进行参数化,以进行假设研究
▪ 已验证:湍流模型已得到验证
▪ 可扩展:针对大型3D问题提供高性能计算(HPC)
混合时间预测:
▪ ANSYS Fluent能够针对组分对流、扩散等进行模拟分析
▪ 不同的仿真方案允许不同的保真度,从而影响运行时间
▪ 叶片的运动可以采用多参考系(multiple reference frame)或者滑移网格
▪ 可以使用各种经过验证的湍流模型(RANS→LES)
复杂流变性:
▪ ANSYS CFD具有处理非牛顿液体能力
Power-law,Bird-Carreau,Cross,Yasuda以及其它特性
拟合流变数据的能力(粘度vs.剪切速率或温度)
▪ 捕获剪切变稀/厚效果需要对网格进行预处理,Fluent Meshing创建边界层(inflation或棱镜网格)来保障准确性
▪ ANSYS Fluent内置耦合求解器鲁棒性强
▪ 针对粘弹性流体,ANSYS Polyflow提供了扩展数据库
剪切变稀效果清晰可见。叶轮周围的应变率最高,粘度最小。此外,在应变率非常低的地区,粘度最高。这将影响流场,如下图所示:
流动模式:应变速率和粘度
对于这种复杂流变(剪切变稀)情况,局部测量速度与计算结果非常吻合。