利用CFX中的多相流模型计算搅拌容器中空气与水的混合情况

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了使用CFX中的多相流模型计算搅拌容器中空气与水的混合情况的案例。首先，导入计算网格，包括两个区域，一个是混合容器，另一个是空气注入管。然后，创建计算区域，包括空气入口、液体表面、挡板、旋转叶轮和旋转轴。接着，指定初始值，包括空气和水的体积分数和速度。最后，进行求解控制和创建监控，开始计算，得到计算结果，包括速度分布、空气体积分数分布和计算叶片上力矩等。

本案例演示利用CFX中的多相流模型计算搅拌容器中空气与水的混合情况。

注：本案例来自CFX Tutorials。

1 问题描述

2 CFX设置

• 启动CFX，创建General Case

2.1 导入计算网格

• 导入网格MixerTank.geo，如下图所示

• 导入计算网格MixerImpellerMesh.gtm，如图所示

• 模型装配关系存在问题，需要修改

• 右键选择节点MixerImpellerMesh.gtm，选择菜单项Transform Mesh打开设置对话框

• 如下图所示设置沿X轴平移0.275 m

• 计算模型如下图所示

3.2 创建计算区域

• 修改默认计算区域Default Domain的名称为impeller

• 设置区域impeller参数，如下图所示

注：1、空气为分散相，指定其粒径为3 mm，水为连续相。2、指定计算区域沿X轴旋转速度为84 rpm。

• 如下图所示指定Turbulence为Fluid Dependent

• 进入Fluid Pair Models标签页，如下图所示指定相间作用参数

• 复 制区域impeller，并修改名称为tank

• 选择Location为Primitive 3D，其他参数保持默认设置

3.3 创建边界条件

• 在tank区域中插入边界，如下图所示，命名为Airin

• 指定边界类型为Inlet，选择Location为INLET_DIPTUBE，如下图所示

• 进入Fluid Values标签页， 如下图所示指定Air的速度为5 m/s，指定Volume Fraction为1

• 指定water的Volume Fraction为0

• 在tank区域中插入边界，命名为LiquidSurface

• 设置边界类型为Outlet，指定Location为WALL_LIQUID_SURFACE

• 进入Boundary Details标签页，指定Mass And Momentum为Degassing Condition，如下图所示

注：Degassing边界允许颗粒相离开，不允许连续相离开。

• 在tank区域中插入边界Baffle

• 设置区域类型为Wall，选择Location为WALL_BAFFLES

• 在Boundary Details标签页中指定Mass And Momentum为Fluid Dependent

• 进入Fluid Values标签页，指定Air为Free Slip Wall

• 如下图所示插入边界TankShaft

• 指定区域类型为Wall，设置Location为WALL_SHAFT、WALL_SHAFT_CENTER

• 在Boundary Details标签页中指定Mass And Momentum为Fluid Dependent

• 进入Fluid Values标签页，激活选项Wall Velocity，如下图所示指定旋转速度为X轴84 rpm

• 采用相同参数设置water

• 在impeller区域下插入边界HubShaft

• 指定边界类型为Wall，设置Location为Hub、Shaft，如下图所示

• 在Boundary Details标签页中指定Mass And Momentum为Fluid Dependent

• 进入Fluid Values标签页，指定Air为Free Slip Wall

• 指定water为No Slip Wall

• 进入tank Default边界设置面板的Boundary Details标签页，指定Mass And Momentum为Fluid Dependent

• 进入Fluid Values标签页，指定Air为Free Slip Wall

3.4 创建交界面

• 创建交界面Blade Thin Surface，如下图所示进行设置参数，软件会自动创建两个边界Blade Thin Surface Side 1、Blade Thin Surface Side 2

• 双击节点Blade Thin Surface Side 1打开编辑对话框，如下图所示进行设置

• 进入Fluid Values标签页，指定Air为Free Slip Wall

• 双击节点Blade Thin Surface Side 2打开编辑对话框，进入Fluid Values标签页，指定Air为Free Slip Wall

• 创建交界面ImpellerPeriodic，如下图所示设置参数

• 创建交界面TankPeriodic，如下图设置参数

• 创建交界面Top，如下图所示设置参数

• 创建交界面Bottom，如下图所示设置参数

• 创建交界面Outer，如下图所示设置参数

3.5 指定初始值

• 如下图所示设置区域初始条件下Air的体积分数为0

• 如下图所示指定初始时刻区域内water速度为0

3.6 求解控制

• 如下图所示设置求解控制参数

• 进入Advanced Options标签页，指定高级控制参数，如下图所示

3.7 创建监控

• 创建表达式

TankAirHoldUp = volumeAve(Air.vf)@tank

ImpellerAirHoldUp = volumeAve(Air.vf)@impeller

TotalAirHoldUp = (volume()@tank * TankAirHoldUp +
  volume()@impeller * ImpellerAirHoldUp) /
  (volume()@tank + volume()@impeller)

• 如下图所示设置监控变量

3.8 开始计算

• 开始迭代计算

• 计算完毕后选择打开CFD-Post

4 计算结果

• 采用下面参数创建Plane

• 速度分布

• 空气体积分数分布

• 计算叶片上力矩

• 另外一侧页面的力矩