攪拌槽的COMSOL模擬

1、化學(xué)工程實驗攪拌槽之電腦模擬(COMSOL) 實驗?zāi)康?1OUTLINEOUTLINE 實驗原理02實驗儀器裝置 03 實驗步驟04 數(shù)據(jù)處理05 結(jié)果預(yù)測06 問題與討論07 參考資料081. 學(xué)習(xí)電腦模擬軟體(COMSOL)的基本操作，並模擬攪拌槽內(nèi)流場情況。 2. 計算 Torque、Power Draw、Re 及 Power Number，並探討之間的關(guān)係。 3. 討論攪拌槽各參數(shù)的最佳化設(shè)計。01實驗?zāi)康?202實驗原理02所求變數(shù)02 COMSOL是以有限元素法(Finite Element Method, FEM)為基礎(chǔ)，通過求解偏微分方程式來實現(xiàn)真實的物理現(xiàn)象。藉由設(shè)定適當(dāng)?shù)某?/p>

2、始條件、邊界條件及網(wǎng)格設(shè)定，即可計算求出數(shù)值解數(shù)值解。 NavierNavier-Stokes equations-Stokes equations for Incompressible fluid Incompressible fluid 1 02FEM有限元素法 有限元素法，將連續(xù)體分割成許多元素(element)，元素由節(jié)點(node)組成，將所有元素運算的結(jié)果集合起來，得到解。 236elementelementnodenode2D3D02FEM有限元素法給定節(jié)點和元素，就定義了有限元素模型的幾何形態(tài)。利用共用節(jié)點交互作用的特性，將單獨元素的矩陣建構(gòu)整體的矩陣。設(shè)定邊界條件邊界節(jié)點的自

3、由度；初始值；負(fù)荷條件。解出節(jié)點的解，就可以內(nèi)插法求出任何位置的未知變量。顯示求解的結(jié)果，可為數(shù)據(jù)表格及圖形等呈現(xiàn)輸入資料導(dǎo)出元素方程式運算求解後處理0203實驗儀器裝置02前置設(shè)定 各參數(shù)設(shè)定 模擬計算 結(jié)果呈現(xiàn)04實驗步驟02前置設(shè)定助教須先開啟電腦的遠(yuǎn)端連線，連接工作站電腦開啟桌面 COMSOL Data 資料夾，於此目錄下新增資料夾，檔名為日期_組別，再新增子資料夾，檔名為日期_組別_姓名桌面開啟程式，點選Fileopen 開啟桌面 COMSOL 檔案(檔名: 學(xué)生使用(勿擅改參數(shù))，另存新檔 FileSave As 將檔案存在剛剛新增的資料夾內(nèi)，檔名為組別_姓名COMSOL版面02可

4、在 Settings 看到各參數(shù)的設(shè)定Value欄會自動換成SI制在Expression欄更改參數(shù)：N(轉(zhuǎn)速)、B(檔板數(shù))、C(攪拌翼高度)各參數(shù)設(shè)定02模擬計算Geometry 1：在 Settings 中點選Build All，在右方 Graphics 中看到建立的攪拌槽裝置，不正確要回去重設(shè)Mesh 1：在 Settings 中設(shè)定為 Extra coarseStudy 1 Compute 進(jìn)行計算02結(jié)果呈現(xiàn)a：3D模擬圖 ，。箭頭越長速度越快baffle_baffle 數(shù)量_轉(zhuǎn)速_攪拌翼高度按上方的 plot 更改標(biāo)題02結(jié)果呈現(xiàn)b：匯出3D模擬圖輸入步驟a中的Title，接著點選

5、上方的 Export 即可匯出圖檔02結(jié)果呈現(xiàn)c：計算點選想計算的選項，在 Settings 中點選 Evaluate 即可計算，Expression 內(nèi)的算式勿更動計算結(jié)果02結(jié)果呈現(xiàn)d：2D流場2D_baffle_baffle數(shù)量_轉(zhuǎn)速_攪拌翼高度，按plot 更改標(biāo)題02 e. 匯出圖檔：點選 Model BuilderResultsExport(右鍵)2D Image，在 Settings File 的 Filename 欄內(nèi)先輸入步驟 d 中的 Title，接著點選上方的 Export 即可匯出 圖檔。結(jié)果呈現(xiàn)e：匯出2D流場輸入步驟d中的Title，接著點選上方的 Export 即

6、可匯出圖檔0205數(shù)據(jù)處理照COSMOL問題討論單0206結(jié)果預(yù)測結(jié)合在問題與討論0207問題與討論即本組實驗設(shè)計：實驗組數(shù)、探討變因021、當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時，Po vs. Re 如何變化？ 參考上禮拜攪拌槽的實驗，設(shè)定攪拌翼高度9.6 cm，從轉(zhuǎn)速100 rpm700 rpm模擬攪拌槽的情況，計算Po和Re，輸出2D和3D的圖片。預(yù)測曲線的前段是下降的趨勢，而後半部則持平022、承1，若增加擋板數(shù)量，流場如何變化？Po vs.Re有何不同？ 承上題，做轉(zhuǎn)速100 rpm700 rpm，0(上題做的)、2、4個檔板去模擬流場，輸出2D和3D的圖片。 固定轉(zhuǎn)速400 rpm， 0、2、4、6、8、1

7、0個檔板去模擬流場預(yù)測增加檔板數(shù)量會使漩渦不易生成，相同Re下，有檔板Po會較大023、擺放攪拌翼最適當(dāng)?shù)母叨葹楹危繛槭颤N？ 課本給出的最適當(dāng)高度是9.6cm，我們上週的高度是10.0cm，將攪拌翼高度設(shè)置8.5、9.0、9.6、10.0、10.5cm 去模擬流場024、對照實驗四之結(jié)果，為何設(shè)定相同的參數(shù)(如：N、C、B 等)來模擬，Power Number 的大小仍與和實際操作時不同？取實驗四攪拌槽240、400、560 rpm在0、2、4個擋板下的數(shù)據(jù)，並在COMSOL上做了一模一樣的實驗進(jìn)行模擬，來比較模擬和實際的不同。Po 不同的原因：(1)攪拌槽實驗的通氣管相當(dāng)一個檔板(2)實際做實驗時外界的空氣有混進(jìn)攪拌槽(3)COMSOL沒有考慮到水和攪拌槽槽壁的摩擦力0208參考資料021https: