Mixer Module

Flusso laminare e turbolento in macchine rotanti

Il Mixer Module contiene interfacce di modellazione flessibili e robuste per descrivere il campo di moto in serbatoi con giranti. Le interfacce Fluid Flow tengono conto dei flussi laminari e turbolenti che coinvolgono fluidi incomprimibili, debolmente comprimibili o completamente comprimibili. Inoltre, nell'interfaccia Laminar Flow è disponibile un'ampia gamma di modelli di fluidi non newtoniani.

Per la modellazione di giranti sono disponibili le interfacce Fluid Flow per il flusso turbolento, che includono tutti i modelli di turbolenza Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) e i modelli di fluidi non newtoniani disponibili nel CFD Module.

Flusso non isotermo

Il Mixer Module dispone di interfacce Nonisothermal Flow per la modellazione dei campi di temperatura e di flusso, compresi gli effetti di galleggiamento e le proprietà dipendenti dalla temperatura. Le interfacce Nonisothermal Flow includono anche la possibilità di modellare il trasferimento di calore nei fluidi e nei solidi, noto come conjugate heat transfer. Il modulo include le interfacce Rotating Machinery, Nonisothermal Flow che possono essere utilizzate con i modelli di turbolenza per il flusso laminare e turbolento.

Modelli algebrici di turbolenza

I modelli di turbolenza zero-equation RANS disponibili per le macchine rotanti sono elencati di seguito:

Algebric yPlus:

• Modello zero-equation basato sulla distanza locale dalla parete
• Risolve il flusso fino alla parete
• Risolve la distanza dalla parete in unità viscose.

L-VEL:

• Modello zero-equation di Agonafer et al. (1996)
• Risolve il flusso fino alla parete
• Risolve la velocità tangenziale (in unità viscosa) lungo la parete

Part Library

Il Mixer Module include una Part Library con le geometrie più comuni di giranti e serbatoi. Queste parti possono essere utilizzate per creare un modello di miscelatore o di reattore a serbatoio agitato. Le parti geometriche sono completamente parametrizzate e possono essere modificate sia nelle dimensioni che nelle configurazioni. Le pale della girante possono essere tagliate o piegate e gli angoli o i bordi possono essere arrotondati o acuminati. Sono disponibili sei diversi tipi di giranti assiali, quattro tipi di giranti radiali e due tipi di giranti per fluidi con viscosità molto elevata. Esistono tre tipi di serbatoi: a fondo conico, a fondo bombato e a fondo piatto. Tutti e tre possono essere con o senza deflettori.

Flusso reattivo e multifase

I miscelatori e i reattori a serbatoio agitato sono soggetti a variazioni di temperatura e di composizione, che influiscono sulla densità e sulla viscosità locali. Questi effetti possono essere modellati con le interfacce Reacting Flow, che accoppiano automaticamente le interfacce Fluid Flow con l'interfaccia Transport of Concentrated Species o l'interfaccia Transport of Diluted Species, in modo da tenere conto del trasporto e delle reazioni delle specie chimiche. Il flusso di reazione in miscelatori e reattori a serbatoio con giranti può essere studiato sia in regime di flusso laminare che turbolento.

Inoltre, il Mixer Module include interfacce di modellazione per il flusso multifase separato con tracciamento della superficie e per i modelli di flusso multifase disperso, per i quali viene risolta la massa locale o la frazione di volume di ciascuna fase.

Tipi di studio

Per uno studio in funzione del tempo della fluidodinamica in macchine rotanti si utilizza un approccio a mesh mobile per tenere conto della rotazione nel tempo. COMSOL^® definisce un dominio rotante che comprende la girante e un dominio stazionario al di fuori di questo, dove si trovano le pareti del serbatoio e i deflettori.

Il Mixer Module dispone anche di uno studio Frozen Rotor che simula il flusso rotante assumendo che la topologia del sistema rispetto al quadro di riferimento rotante sia fissa, o congelata. Questo riduce significativamente il costo computazionale necessario per simulare una condizione di pseudo-stazionarietà. Lo studio Frozen Rotor è equivalente alla risoluzione delle equazioni di Navier-Stokes stazionarie, in cui le forze centrifughe e di Coriolis sono state aggiunte ai domini rotanti. Lo studio Frozen Rotor è anche spesso utilizzato per ottenere le condizioni iniziali per uno studio dipendente dal tempo con un dominio rotante.

Modelli di turbolenza con equazioni di trasporto

I modelli di turbolenza RANS che comportano il trasporto di quantità di turbolenza, disponibili per le macchine rotanti, sono elencati di seguito:

• Modello di turbolenza k-ε con vincoli di realizzabilità
• Modello di turbolenza k-ε realizzabile
• Modello di turbolenza k-ω
• Modello di trasporto shear-stress (SST):
  • Modello Menter SST a due equazioni del 2003 con vincoli di realizzabilità
• Modello di turbolenza k-ε a basso numero di Reynolds (Re):
  • Modello Abe-Kondoh-Nagano (AKN) con vincoli di realizzabilità
  • Risolve il flusso fino alla parete
• Modello di turbolenza v2-f:
  • Cattura l'anisotropia della turbolenza
  • Adatto ai flussi vorticosi, ad esempio nei cicloni
• Modello Spalart-Allmaras:
  • Versione con correzione rotazionale