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混合器模組(Mixer Module),是CFD模組的附加模組,專門設計用於模擬和仿真混合器和攪拌槽反應器,涵蓋批次和連續過程。它包括廣泛的功能,用於模擬和仿真製藥、精細化學品和食品工業中的混合器和反應器。

 

該模組包括用於模擬層流和湍流以及單相和多相流的功能。它還包括用於追蹤裝有旋轉葉輪的槽中液體表面的功能。

 

典型的模擬結果包括速度和壓力場、混合效率、最大剪切率、葉輪功率和扭矩、溶質濃度或停留時間、溫度場,以及從速度、濃度和溫度場衍生的任何其他量。

 

流體混合模擬

在製藥、精細化學品和食品產品過程中,產品的質量、可重現性和均勻性至關重要。確保滿足這些產品要求的一種方法是進行模擬,以設計和優化混合過程的操作以及混合器或反應器本身。當模型和模擬首先可以通過試驗過程進行驗證,然後用於放大計算時,它們特別有用。一旦驗證,這些模型可用於避免建造和運行試驗規模過程所涉及的成本,而是直接從實驗室規模生產轉到全規模生產。


混合器模組的特點和功能

探索用於執行各種流體混合模擬的功能

旋轉機械中的層流和湍流

混合器模組(Mixer Module)包含靈活且強大的模型介面,用於描述帶有旋轉葉輪的槽中的流體流動。流體流動介面(Fluid Flow interfaces)涵蓋了涉及不可壓縮、弱可壓縮或完全可壓縮流體的層流和湍流。此外,層流流動介面(Laminar Flow interface)中提供了廣泛的非牛頓流體模型。

 

在模擬旋轉葉輪時,可用的流體流動介面包括用於湍流的介面,其中包括CFD模組中的所有雷諾平均納維-斯托克斯(Reynolds-averaged NavierStokesRANS)湍流模型和非牛頓流體模型。

反應和多相流動

混合器和攪拌槽反應器受到溫度和組成變化的影響,這些變化影響局部密度和粘度。這些效應可以通過反應流動介面(Reacting Flow interfaces)來模擬,該介面自動將流體流動介面與濃縮物種傳輸介面(Transport of Concentrated Species interface)或稀釋物種傳輸介面(Transport of Diluted Species interface)耦合起來,以便考慮化學物種的傳輸和反應。可以在層流和湍流流動領域中研究帶有旋轉葉輪的混合器和槽反應器中的反應流動。

 

此外,混合器模組(Mixer Module)包括用於分離多相流動的模型介面,該介面具有表面追踪功能,以及用於分散多相流動模型的介面,其中解析每個相的局部質量或體積分數。

非等溫流動

混合器模組(Mixer Module)具有非等溫流動介面(Nonisothermal Flow interfaces),用於模擬溫度和流場,包括浮力和溫度依賴性特性的影響。非等溫流動介面還包括在流體和固體中模擬熱傳遞的能力,稱為共軛熱傳遞(conjugate heat transfer)。該模組包括旋轉機械,非等溫流動介面(Rotating Machinery, Nonisothermal Flow interfaces),可與層流和湍流的湍流模型一起使用。

研究類型

旋轉機械中流體流動的時間依賴性研究使用滑動網格方法來考慮隨時間的旋轉。COMSOL®定義了一個包含葉輪的旋轉域,以及在此之外的靜止域,其中位於槽壁和隔板。

 

混合器模組(Mixer Module)還具有凍結轉子研究(Frozen Rotor study),該研究通過假設系統相對於旋轉參考框架的拓撲是固定的或凍結的來模擬旋轉流。這顯著降低了模擬偽穩態條件所需的計算成本。凍結轉子研究相當於求解固定的納維-斯托克斯方程(NavierStokes equations),其中向旋轉域添加了離心力和科里奧利力。凍結轉子研究也經常用於獲得具有旋轉域的時間依賴性研究的初始條件。

代數湍流模型

適用於旋轉機械的零方程雷諾平均納維-斯托克斯(RANS)湍流模型如下:

 

代數yPlusAlgebraic yPlus):

- 基於局部壁面距離的零方程模型

- 解析流體直到壁面的流動

- 以黏性單位求解壁面距離

 

L-VEL

- Agonafer等人(1996年)的零方程模型

- 解析流體直到壁面的流動

- 以黏性單位求解沿壁面的切向速度

傳輸方程湍流模型

涉及湍流量傳輸的雷諾平均納維-斯托克斯(RANS)湍流模型,適用於旋轉機械,如下所列:

 

- k-ε湍流模型,帶有可實現性限制(realizability constraints

- 可實現的k-ε湍流模型(Realizable k-ε turbulence model

- k-ω湍流模型(k-ω turbulence model

- 剪切應力傳輸(SST)模型(Shear-stress transport (SST) model):

  - 2003Menter SST兩方程模型,帶有可實現性限制

- 低雷諾數(Rek-ε湍流模型(Low-Reynolds (Re)-number k-ε turbulence model):

  - 帶有可實現性限制的AbeKondohNagano (AKN)模型

  - 解析流體直到壁面的流動

- v2-f湍流模型(v2-f turbulence model):

  - 捕捉湍流各向異性

  - 適用於例如旋風分離器中的旋轉流動

- SpalartAllmaras模型(SpalartAllmaras model):

  - 旋轉修正版本(Rotational correction version

零件庫

混合器模組(Mixer Module)包含一個零件庫,其中包含最常見的葉輪和槽幾何形狀。這些零件可以用來創建混合器或攪拌槽反應器的模型。幾何零件是完全參數化的,尺寸和配置都可以改變。葉輪葉片可以切割或折疊,其角或邊緣可以圓角或銳化。有六種不同類型的軸向葉輪、四種類型的徑向葉輪,以及兩種類型的用於高粘度流體的葉輪。有三種類型的槽:錐形底槽(cone-bottom)、盤形底槽(dished-bottom)和平底槽(flat-bottom tanks)。所有三種都可以有或沒有隔板。


擴展混合器模組模擬功能

混合器模組(Mixer Module),作為CFD模組的附加模組,可以與COMSOL®產品套件中的任何其他附加模組結合使用。例如,它可以與以下模組結合:

 

- 熱傳遞模組(Heat Transfer Module):用於模擬表面對表面輻射和參與介質中的輻射

- 粒子追蹤模組(Particle Tracing Module):用於研究拉格朗日-歐拉(LagrangeEuler)雙相流和帶電粒子與流動和電場的交互

- 結構力學模組(Structural Mechanics Module):用於模擬流體-結構互動

- 化學反應工程模組(Chemical Reaction Engineering Module):用於分析化學方程式的表面反應、物質平衡和動力學


軟體展示需求

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