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汽水混合器原理(汽水混合器模型制作)

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数值模拟计算在求解流体流动控制方程时通常采用静态(惯性)参考系或动态(非惯性)参考系。苏打水搅拌机是一种带有旋转部件的装置。在数值模拟中,将其分为两部分:不断旋转的动态域和静止的静态域。它需要使用动态参考系统进行模拟。目前广泛用于处理动态参考系的三种模型是:单旋转参考系模型、多参考系(MRF)模型和滑动网格(Sliding Mesh,SM)模型。其中,汽水搅拌机CFD仿真研究中常用的参考系统模型有MRF模型和SM模型。

汽水混合器原理(汽水混合器模型制作)

(1)MRF模型

MRF模型在求解时建立了多个参考系。这种方法通常根据动、静部分的结构将整个计算域划分为静态域、动态域等多个部分,如图所示。在动态域中使用旋转参考系构建和求解运动方程,在静态域中使用静止参考系构建和求解运动方程。由于动静态域计算所使用的参考系不同,通常采用局部参考系转换的方法来完成动静态域接口处的数据传输。尽管MRF模型是稳态近似,在动静相互作用较强的系统中预测精度较差,但在动静相互作用较弱的系统中仍然可以获得良好的预测结果。例如,有些搅拌釜的叶片与挡板之间的相互作用较弱。当动、静部分相互作用较强时,为了获得准确的计算结果,必须采用SM模型进行求解。另外,MRF模型的计算结果可以作为SM模型的初始流场,相应地会减少计算时间,加快收敛速度。

(2)SM模型

SM模型处于动态域和静态域之间的接口上。动态域表面和静态域表面不共享网格节点,计算时它们相互滑动。虽然与MRF模型类似,但仿真时计算域分为动态域和静态域两部分。然而,与MRF模型将不同区域视为准稳态并忽略动态域和静态域的瞬态影响不同,SM模型是基于非稳态的组合。考虑到动、静态域的瞬态效应,SM模型在动静态相互作用较强的系统中使用时具有良好的预测效果。计算过程中,在每个时间步结束时,与动态域表面和静态域表面相连的界面上的网格分别与动态域表面和静态域表面滑动。在这个过程中,网格将会被破坏。和重建;同时,动量、质量等通过守恒插值在动、静域交界处传递,计算量也会相应增加。因此,SM模型的计算速度比MRF模型慢。

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