本案例利用Fluent中的欧拉多相流模型模拟空气喷雾至充满水的反应器内的流场分布。

1 问题描述

本案例计算模型如图所示。混合器包含四个挡板、一个环形喷雾器、一个斜叶浆，一个拉什顿桨以及一个旋转轴。顶部边界为Degassing边界，只允许气体流出。空气通过底部的环形喷雾器以0.05 m/s的速度注入搅拌器。案例忽略喷雾器环上的小孔，而将进气道建模为均匀的圆形带。Rushton涡轮叶片搅动气水混合物，使气泡均匀分布，斜叶桨执行扩散和泵送操作。两个叶轮均以450转/分的转速绕Z轴逆时针旋转(从顶部看)。

2 Fluent设置

2.1 启动Fluent并读取网格

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh…读取网格文件mixing_tank.msh

2.2 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板激活选项Gravity，设置重力加速度为Z方向-9.81 m/s2

2.3 Models

• 鼠标右键选择模型树节点Models > Multiphase，点击弹出菜单项Eulerian激活欧拉多相流

• 鼠标双击模型树节点Models > Viscous，弹出设置对话框，如下图所示，激活标准k-epsilon模型，激活选项Dispersed，点击OK按钮关闭对话框

2.4 Materials

案例中涉及的流体介质为空气及液态水。

添加材料water。

• 右键选择模型树节点Materials > Fluid，点击弹出菜单项New...打开材料新建对话框

• 添加新材料water，设置其密度为998 kg/m3，粘度为0.001 kg/m-s

• 点击按钮Change/Create，在弹出的询问是否覆盖的对话框中选择Yes，点击Close按钮关闭材料对话框

2.5 设置相及相间相互作用

设置水为主相，空气为第二相。

• 双击模型树节点Models > Multiphase(Mixture) > Phase > phase-1-Primary Phase，弹出主相设置对话框，设置Name为water，选择Phase Material为water，点击OK按钮关闭对话框

• 双击模型树节点Models > Multiphase(Mixture) > Phase > phase-2-Secondary-Phase，弹出第二相设置对话框，设置Name为air，选择Phase Material为air，设置Diameter为0.0015 m，其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭对话框

• 鼠标双击模型树节点Models > Multiphase > Phase Interactions，弹出设置对话框，进入Drag标签页，设置模型为grace，如下图所示

注：grace模型适合于低气相密度且气泡尺寸在1-2mm的气液流动

• 切换至Surface Tension标签页，设置表面张力系数为0.073 n/m，如下图所示

2.6 Cell Zone Condtions设置

本案例包含3个计算区域，其中1个为静止区域，另外2个为旋转区域。采用MRF考虑区域的旋转。

• 鼠标双击模型树节点Cell Zones Conditions > fluid_mrf_1-1，弹出区域设置对话框，如下图所示设置其旋转速度为450 rpm

• 鼠标双击模型树节点Cell Zones Conditions > fluid_mrf_2-0，弹出区域设置对话框，如下图所示设置其旋转速度为450 rpm

2.7 Boundary Conditions设置

本案例中顶部边界设置为degassing边界，该边界允许气体流出而不允许液体流出。

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > gas_inlet > water，弹出的对话框中采用下图所示参数设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > gas_inlet > air，弹出的对话框中设置入口速度为0.05 m/s

• 切换至Multiphase标签页，设置Volume Fraction为1

2.8 Operating Conditions设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions，右侧面板点击按钮Operating Conditions…弹出操作条件设置对话框

• 激活选项Specified Operating Density，设置Operating Density为1.225 kg/m3

• 点击OK按钮关闭对话框

2.9 Methods设置

• 鼠标双击模型树节点Methods，右侧面板如下图所示进行设置

2.10 Initialization

• 鼠标双击模型树节点Initialization，右侧面板选择选项呢Standard Initialization，设置air Volume Fraction为0，其他参数保持默认设置，点击按钮Initialize进行初始化

2.11 进行计算

• 选择模型树节点Run Calculation，右侧面板中设置Number of Iterations为1500

• 点击按钮Calculate进行计算

3 计算结果

1、创建切面

• 右键选择模型树节点Results > Surfaces，点击弹出菜单项New → Iso-Surface…创建等值面

创建4个切面，如图所示。

2、查看云图分布

下部桨叶位置（Z=0.08 m)气相分布如图所示。

纵切面上（Z=0 m）气相体积分数分布如图所示。

3、轴功率

• 鼠标双击模型树节点Results > Reports > Forces…弹出设置对话框

• 如下图所示，激活选项Moments，设置Moment Center为（0 0 0），设置Moment Axis为（0 0 -1）

• 选择wall Zones为wall_impeller_1

• 点击按钮Print显示力矩计算结果，如图所示

从图中看出，力矩为0.03768 N.m，可计算轴功率为力矩与角速度的乘积，其值为 

相关文件：

https://pan.baidu.com/s/1YcOfnnHzQ7xm-wQFBTeAtg 

提取码：qhho

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