通过创建应用程序优化混合器设计的介绍

由于我们发布了ComsolMultiphysics®软件的5.0版，因此您可以创建仿真应用程序 - 从头开始​​或从应用程序库中使用演示应用程序。今天，我们将向您介绍一个应用程序，可用于理解和优化给定流体的混合器设计和操作。示例的应用程序模型并模拟了搅拌的储罐搅拌机，该搅拌机用于精细化学，药品，食品和消费产品行业中的反应堆。乐动体育app无法登录

用于优化搅拌机设计的应用程序

除了上述行业外，搅拌批次反应器还经常用于实验室规模的动力学研究以及开发新的过程和合成时。在所有这些过程中，都需要获得相对均匀的反应堆溶液组成和温度。实现这一目标将允许可重现和统一的产品质量。

通过创建应用程序，您可以提供一个用户友好的模拟环境，科学家，过程设计师和过程工程师可以调查船只，叶轮和操作条件对混合效率的影响以及驱动叶轮所需的功率。我们创建了混音器应用程序，以帮助您开始自己构建此类应用程序。

设计应用程序时的一个挑战是为完全参数化的几何形状进行几何，物理和网格设置的自动更新。根据运行应用程序时的用户输入，也可能很难包含完全不同的几何对象。混音器应用程序展示了用于自动模型设置的几何零件和累积选择。

此外，该示例还演示了如何使用comsol多物理学以及如何使用几何零件和累积选择来自动在应用程序中嵌入的模型中设置域和边界设置。即使应用程序用户可以创建非常多样化的几何形状，也可以自动创建这些设置。

演示应用程序可用作更精细的混音器应用程序的起点，其中包含更多流体流量的选项。例如，两相流量和非牛顿流以及容器和叶轮几何形状。

演示应用的样子

下面的用户界面（UI）的带注释的屏幕截图显示了可以添加到型号的11种不同类型的叶轮（1）和不同的储罐类型（2）：凹陷，平坦和圆锥底部，带有和不带挡板。可以为不同类型设置叶轮和容器的尺寸。叶轮的流体特性和旋转速度在流体特性和操作条件第（3）节。这家功能区选项卡（4）包含网格和计算按钮，该按钮生成数值模型并求解模型方程。

结果表明，在3D和沿反应器的垂直切割平面中，涡流扩散率和速度场（5）。切割平面可以旋转以在轴周围以不同角度显示结果（6）。结果还给出了混合时间尺度的估计（7）。

混音器应用程序的注释屏幕截图。

在这种特定情况下，叶轮配备了三个带有C形双叶片截面的轴向叶轮，所谓的Ekato®Intermig叶轮，分布在叶轮轴的长度上。切割平面显示出涡流扩散率，这是对局部混合的度量，其中红色是“好”，蓝色是“坏”。

11种不同类型的叶轮在创造各种叶轮形状方面具有极大的自由。例如，通过将氢翼或恒定的叶轮与切割和鱼片结合使用，您可以创建不同的螺旋桨型叶轮。

用恒定螺距叶轮类型创建的不同叶轮形状，这是应用程序中11种可用的叶轮类型之一。

带有折叠叶片的倾斜叶轮可以使用鱼片创建带有圆形褶皱的不对称叶片。

嵌入式模型的详细信息

模型几何形状是通过许多所谓的嵌入式模型定义的几何部分。例如，有11个不同的部分，每种叶轮类型一个。

按零件实例（1）以主几何序列调用零件。零件实例使用参数作为输入。您可以将part实例与函数调用与输入参数作为参数进行比较。这些输入参数（2）控制零件定义的几何形状的尺寸和配置。例如，C形双叶片轴向叶轮可以接收叶轮半径和叶片数的参数。由零件定义的几何形状也可以相对于主几何序列中的其他对象（例如相对于主序列中的工作平面（3）中的工作平面）定位。

零件的输出是几何对象（或几个对象）本身以及许多选择。零件中创建的选择的一个示例是叶轮叶片选择。

部分实例创建的选择可能有助于选择域，边界，边缘和点选择。例如，手臂选择和C形刀片选择都有助于边界选择“叶轮叶片”（4）。“叶轮叶片”选择称为累积选择。

注意：我们在更详细地介绍了累积选择这篇博客文章。

嵌入式模型中的零件实例从零件中获取输出选择，并根据其设置窗口中指定的设置将它们聚集在累积选择中。

以同样的方式，几种叶轮和叶轮类型可以有助于叶轮叶片选择。设置边界条件时，在贡献到列将在所有边界条件功能的列表框中可用。

使用相同的方法来定义容器和附着在容器壁上的挡板。

通过创建对部分实例中定义的其他累积选择的选择（在几何部分中），我们允许在物理，网格和情节设置中自动更新域，边界，边缘，边缘和点选择。几何形状的更改会自动更新所有其他设置中的选择，请参见下图。

驱动应用程序的物理学

模型中的物理学非常简单。模型方程是Navier-Stokes方程对于流体流以及分布式代数方程（在空间中的每个点定义），用于湍流粘度。代数方程将距离无滑壁的距离用作方程中的变量。这是通过求解墙距离函数方程来计算的。使用流动方程是使用旋转机械的冷冻转子近似。

累积选择是广泛使用的，以自动更新域设置和边界条件。例如，旋转的内壁边界条件流体流接口从叶轮叶片累积选择（请参见下图）。

屏幕截图详细说明，旋转的内壁从相关的“叶轮叶片”累积选择中获得选择。

嵌入式模型使用物理控制的网格。自动生产的网格包括边界层网格划分，以解决沿无滑动壁和旋转壁形成的边界层。

该解决方案由求解器分为两个步骤。第一步计算墙距离，因为此问题与流场无关。第二步计算到Navier-Stokes方程和湍流方程的解决方案。湍流方程将墙距离函数用作输入。

图像显示了带有三个C形双叶片的混合器应用中所得的涡流扩散率和速度流线，但添加了四个挡板。

应用程序构建器UI的结构

下图显示了“应用程序构建器的form Editor”中的混音器应用程序，可以在功能区菜单中选择的不同图形和小部件的拖放设计用户界面。

该应用程序由两个领域组成：

1. 一个在左侧进行文本输入和输出，标题为蓝色的标题“设置”
2. 图形输出的右侧另一个带有蓝色标题“图形”的图形输出

应用程序构建器施工期间的应用UI。

上面的应用程序构建器屏幕快照暗示了应用程序UI的结构。表示形式主要的（1）链接到主窗口节点（2）使用表单参考主窗口设置（2）。主表单包含两个带有选项卡的表单集合。

第一个表单集包含一般的（3）和Impeller_settings表格（4），标题一般的和叶轮在其各自的标签（5）中显示。一般和impeller_settings表格又是部分表单集合，包括所有其他形式的开头一般的_和叶轮_在应用程序构建器树中。部分表单集合将其成员表格分组为各节，例如General_tank具有T的表格（6）ANK类型和尺寸作为标题（6）节。

主要形式中的第二个形式集合包含图形表单（7）。图形表单也分组为选项卡，是以开头的形式图形_在应用程序构建器树中。例如，graphics_ geometry表格（8）是标题的表格几何学（9），显示在上面的屏幕快照的顶部。

表单中包含的几乎所有小部件都可以链接到嵌入式模型中的命令。例如，坦克类型列表框（10）链接到一种方法，该方法选择了当应用程序用户更新几何形状时将构建的储罐类型。这更新功能区中的按钮小部件（11）依次链接到更新嵌入式模型中几何形状的方法。

可能的扩展

尽管具有明显的复杂性，但一旦有嵌入式模型，混音器应用程序非常简单地创建。几何零件和累积选择的设计还使嵌入式模型相对易于参数化和自动化。

该应用程序的未来版本将包含两相流以及所需的叶轮扭矩，流量和泵送容量的数据输出。

下一步

立即运行Mixer应用程序以获取灵感，并开始使用Comsol Multiphysics创建自己的混音器设计应用程序。

Ekato®是Ekato Holding GmbH的注册商标。