Mixer Module

Laminare und turbulente Strömung in rotierenden Maschinen

Das Mixer Module enthält flexible und robuste Modellierungs-Interfaces zur Beschreibung von Strömungen in Behältern mit rotierenden Rührwerken. Die Fluid Flow Interfaces berücksichtigen laminare und turbulente Strömungen mit inkompressiblen, schwach kompressiblen oder vollständig kompressiblen Fluiden. Darüber hinaus bietet das Interface Laminar Flow eine breite Palette von Modellen für nicht-newtonsche Fluide.

Für die Modellierung von rotierenden Rührwerken stehen die Fluid Flow-Interfaces für turbulente Strömungen zur Verfügung, die alle Reynolds-gemittelten Navier-Stokes- (RANS-) Turbulenzmodelle und Modelle nicht-Newtonscher Fluide des CFD Module enthalten.

Nichtisotherme Strömung

Das Mixer Module enthält die Interfaces Nonisothermal Flow für die Modellierung von Temperatur- und Strömungsfeldern, einschließlich Auftriebseffekten und temperaturabhängigen Eigenschaften. Die Nonisothermal Flow-Interfaces bieten auch die Möglichkeit, den konjugierten Wärmetransport in Fluiden und Festkörpern zu modellieren. Das Modul enthält Rotating Machinery, Nonisothermal Flow-Interfaces, die mit Turbulenzmodellen sowohl für laminare als auch für turbulente Strömungen verwendet werden können.

Algebraische Turbulenzmodelle

Folgende Null-Gleichungs-RANS-Turbulenzmodelle stehen für rotierende Maschinen zur Verfügung:

Algebraisches yPlus:

• Null-Gleichungsmodell basierend auf dem lokalen Wandabstand
• Löst die Strömung bis hin zur Wand auf
• Löst den Wandabstand in viskosen Einheiten auf

L-VEL:

• Null-Gleichungsmodell von Agonafer et al. (1996)
• Löst die Strömung bis hin zur Wand auf
• Löst die tangentiale Geschwindigkeit (in viskosen Einheiten) entlang der Wand

Bauteil-Bibliothek

Das Mixer Module enthält eine Komponentenbibliothek mit den gebräuchlichsten Geometrien für Rührer und Behälter. Diese Bauteile können verwendet werden, um ein Modell eines Mischers oder Rührkesselreaktors zu erstellen. Die Geometrieteile sind vollständig parametrisiert und sowohl die Abmessungen als auch die Konfigurationen können geändert werden. Die Flügel der Rührer können geschnitten oder gefaltet und ihre Ecken oder Kanten abgerundet oder geschärft werden. Es gibt sechs verschiedene Typen von Axialrührwerken, vier Typen von Radialrührwerken und zwei Typen von Rührwerken für Flüssigkeiten mit sehr hoher Viskosität. Es gibt drei Behältertypen: Behälter mit konischem Boden, Behälter mit gewölbtem Boden und Behälter mit flachem Boden. Alle drei Typen können mit oder ohne Strömungsstörkörper modelliert werden.

Reaktive Strömung und Mehrphasenströmung

Mischer und Rührkesselreaktoren unterliegen Temperatur- und Zusammensetzungsschwankungen, die sich auf die lokale Dichte und Viskosität auswirken. Diese Effekte können mit den Reacting Flow-Interfaces modelliert werden, die automatisch die Fluid Flow-Interfaces mit dem Transport of Concentrated Species-Interface oder dem Transport of Diluted Species-Interface koppeln, so dass der Transport und die Reaktionen der chemischen Spezies berücksichtigt werden können. Die reaktive Strömung in Mischern und Reaktoren mit rotierenden Rührern kann sowohl im laminaren als auch im turbulenten Strömungsregime untersucht werden.

Das Mixer Module enthält auch Interfaces für die Modellierung von getrennten Mehrphasenströmungen mit Oberflächenverfolgung sowie für dispergierte Mehrphasenströmungsmodelle, bei denen der lokale Massen- oder Volumenanteil jeder Phase aufgelöst wird.

Studientypen

Eine zeitabhängige Studie der Fluidströmung in rotierenden Maschinen verwendet einen Ansatz mit einem beweglichen Netz, um die Rotation über die Zeit zu berücksichtigen. COMSOL^® definiert ein rotierendes Gebiet, das den Rührer enthält, und ein stationäres Gebiet außerhalb dieses Gebiets, das die Behälterwände und Strömungsstörer enthält.

Zusätzlich bietet das Mixer Module eine Frozen Rotor Studie, die eine rotierende Strömung simuliert, indem die Topologie des Systems relativ zum rotierenden Bezugssystem als stationär oder eingefroren betrachtet wird. Dadurch wird der Rechenaufwand für die Simulation eines pseudo-stationären Zustands erheblich reduziert. Die Studie Frozen Rotor ist gleichbedeutend mit der Lösung der stationären Navier-Stokes-Gleichungen, wobei die Zentrifugal- und Corioliskräfte zu den rotierenden Bereichen hinzugefügt werden. Die Frozen Rotor-Studie wird auch häufig verwendet, um die Anfangsbedingungen für eine zeitabhängige Studie mit einem rotierenden Bereich zu bestimmen.

Turbulenzmodelle mit Transportgleichungen

Die folgende RANS-Turbulenzmodelle, die den Transport von Turbulenzgrößen berücksichtigen, sind für rotierende Maschinen verfügbar:

• k-ε-Turbulenzmodell mit Realisierbarkeitsbedingungen
• Realisierbares k-ε-Turbulenzmodell
• k-ω-Turbulenzmodell
• Shear-Stress-Transport- (SST-) Modell:
  • Menter-SST-Zwei-Gleichungsmodell von 2003 mit Realisierbarkeitsbedingungen
• k-ε-Turbulenzmodell mit niedriger Reynolds-Zahl:
  • Abe-Kondoh-Nagano- (AKN-) Modell mit Realisierbarkeitsbedingungen
  • Löst die Strömung bis hin zur Wand auf
• v2-f-Turbulenzmodell:
  • Erfasst die Anisotropie der Turbulenz
  • Geeignet für Drallströmungen, z.B. in Zyklonen
• Spalart-Allmaras-Modell:
  • Version mit Rotationskorrektur