426#搅拌器欧拉两相流场仿真

搅拌釜中流体处于湍动状态，流场状态、桨叶形状等都会对搅拌轴功率产生影响，为了对电机选型提供支持，对搅拌釜内流场状态和搅拌轴功率进行仿真分析。

图2.1 搅拌系统模型

图2.2 流体域模型

基于多重参考系法，将流体域处理成多个区域，即1个静域和若干个包含叶片的旋转域，旋转域的个数与叶轮组数有关，一般有几组叶轮即流体域中处理出几个旋转域，如图2.2所示（1个静域和2个旋转域）。静域与动域之间使用交界面链接，以实现域间的传质等计算。

网格划分方法为Automatic，生成四面体网格。整体网格大小50mm。开启邻近网格尺寸控制和曲率控制，使轴和叶片区域达到自动适应加密的效果。网格流体域网格数目为1144863，节点数目209298，最大扭曲率0.60497，平均单元质量0.82735，最小正交质量0.75671，符合Fluent流体仿真的计算要求。

图1.4 网格

使用ANSYS Wrobench2020R1-fluent 进行稳态流场数值模拟，使用标准 k-ε 模型和欧拉两相流求解。两相介质参数分别为：第1相为水，密度1000kg/m3，黏度 0.001Pa*s；第2相混合相密度1400kg/m3，黏度 0.0028Pa*s，颗粒大小8mm。

采用 多重参考系法（MRF）方法处理动域与静域之间的交互关系，转速为 200rpm，旋转方向为逆时针方向。采用 Coupled 算法，空间离散梯度为基于单元的最小二乘法，压力为二阶，动量、湍动能、湍动能耗散率等均采用二阶迎风格式，使用默认残差设置。

图3.1 整体速度分布

图3.2 垂直X的立面和垂直Y的立面速度分布

图3.3 离底高度200mm和1150mm速度分布

图3.4 垂直X的立面和垂直Y的立面速度失量图

图3.5 离底高度250mm和1200mm速度失量图

图3.6 立面流线图

根据《机械搅拌设备 HG/T20569—2013》第 6.5.1 条规定，电机型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动功率增大的要求；除另有规定外， 电机铭牌功率值应大于或等于搅拌轴功率和功率裕量系数K的乘积，K值应符合下表规定：

搅拌轴功率 Ps（单位：kW）计算式为：

其中 n 为转速，单位为 rpm， T 为搅拌轴扭矩，单位为 N·m。

搅拌过程中，功率是波动的。根据对仿真结果的分析， 作用在搅拌轴和搅拌桨上的扭矩之和的平均值约为585.77737N·m， 代入 PS计算公式得搅拌轴功率为 17.41kW。功率裕量系数 K 取 1.15，最终电机铭牌功率值应大于等于20.02kW。并且鉴于“搅拌功率波动” 的事实，实际功率须大于20.02kW。

图3.7 搅拌扭矩报告（829.11178NM）

根据对仿真结果的分析， 作用在搅拌轴和搅拌桨上的扭矩之和的平均值约为880.17041 N·m， 代入 PS计算公式得搅拌轴功率为 18.47kW。功率裕量系数 K 取 1.15，最终电机铭牌功率值应大于等于21.24kW。并且鉴于“搅拌功率波动” 的事实，实际功率须大于21.24kW。