ANSYS搅拌混合设备工业解决方案

上海笛佼科技

搅拌混合是指搅动液体使之发生某种方式的循环流动，从而使物料混合均匀或使物理、化学过程加速的操作。主要应用于油气化工，生物制药，废水处理，建筑，电池制备，家电等行业。

目录

一、单相混合系统

二、气液体系（生物反应器）

三、液固体系（固体溶解）

四、啮齿搅拌混合器

五、静态混合器

六、清洗装置

七、定制化以及系统级仿真

单相混合系统

（1）工程挑战

▪ 通过加快设计速度缩短上市时间

▪ 确保产品质量

准确预测混合时间

管理产品在剪切下暴露程度（例如，防止细胞损伤）

▪ 混合不良会导致浪费

（2）仿真复杂性

▪ 对混合罐中的稳态和瞬态流进行建模

▪ 模拟混合容器中的层流和湍流

▪ 处理不同的流变学

恒定粘度，与剪切速率和温度相关粘度

▪ 混合定量处理（后处理），确定性的和统计性的

需要开发后处理工具，为决策提供定性、定量和统计结果

（3）ANSYS解决方案与示例

ANSYS提供关键功能来应对这些挑战：

▪ 内置功能：在ANSYS Fluent中能对层流以及具有强大漩涡的的湍流进行模拟

▪ 快速预处理：ANSYS SpaceClaim和Fluent Meshing的组合，可以轻松处理搅拌混合器（叶轮、挡板）的细节特征，并能够对模型进行参数化，以进行假设研究

▪ 已验证：湍流模型已得到验证

▪ 可扩展：针对大型3D问题提供高性能计算（HPC）

混合时间预测：

▪ ANSYS Fluent能够针对组分对流、扩散等进行模拟分析

▪ 不同的仿真方案允许不同的保真度，从而影响运行时间

▪ 叶片的运动可以采用多参考系（multiple reference frame）或者滑移网格

▪ 可以使用各种经过验证的湍流模型（RANS→LES）

复杂流变性：

▪ ANSYS CFD具有处理非牛顿液体能力

Power-law，Bird-Carreau，Cross，Yasuda以及其它特性

拟合流变数据的能力（粘度vs.剪切速率或温度）

▪ 捕获剪切变稀/厚效果需要对网格进行预处理，Fluent Meshing创建边界层（inflation或棱镜网格）来保障准确性

▪ ANSYS Fluent内置耦合求解器鲁棒性强

▪ 针对粘弹性流体，ANSYS Polyflow提供了扩展数据库

剪切变稀效果清晰可见。叶轮周围的应变率最高，粘度最小。此外，在应变率非常低的地区，粘度最高。这将影响流场。对于这种复杂流变（剪切变稀）情况，局部测量速度与计算结果非常吻合。

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