牛!高产棉花糖机器,CFD来帮你!【转发】

2017-02-24  by:CAE仿真在线  来源:互联网

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想必大家出门逛街的时候,女盆友经常看见棉花糖不放,谁知道生产棉花糖的机器,里面可是有大学问!


棉花糖机器的中央部位是一个温度很高的加热腔,通过加热将糖变成了糖浆。加热腔中有一些很小的孔。当糖在加热腔中高速旋转的时候,离心力将糖浆从小孔中喷射到“大碗”的附近。在逃脱缝隙之后,糖浆遇冷凝固。这些热腔中的小孔直径很小,从小孔中喷射出来的糖浆马上就凝聚成固态的糖丝,就形成棉花糖了!


在我国棉花糖流行于大街小巷的时候,国外已经有人对这种机器进行研究了,并且是逆天的CFD研究!糖丝的直径如何?要旋转多块才行?


超屌!服了!

请下文作者收下我的膝盖


Computational fluid dynamics (CFD)-based droplets size estimates in Emulsificaiton Equipment


J. Janssen, R.Mayer. Processes[J]. 2016, 4(50)

Abstract: While academic literature shows steady progress in combining multi-phase computational fluid dynamics (CFD) and population balance modelling (PBM) of emulsification processes, the computational burden of this approach is still too large for routine use in industry. The challenge, thus, is to link a sufficiently detailed flow analysis to the droplet behavior in a way that is both physically relevant and computationally manageable. In this research article we propose the use of single-phase CFD to map out the local maximum stable droplet diameter within a given device, based on well-known academic droplet break-up studies in quasi-steady 2D linear flows. The results of the latter are represented by analytical correlations for the critical capillary number, which are valid across a wide viscosity ratio range. Additionally, we suggest a parameter to assess how good the assumption of quasi-steady 2D flow is locally. The approach is demonstrated for a common lab-scale rotor-stator device (Ultra-Turrax, IKA-Werke GmbH, Staufen, Germany). It is found to provide useful insights with minimal additional user coding and little increase in computational effort compared to the single-phase CFD simulations of the flow field, as such. Some suggestions for further development are briefly discussed.

在这一篇文章中,Janssen and Mayer通过CFD来对转子定子混合器(Rotor-Stator Mixer)进行详细研究。首先我们先看几何模型:

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转子、定子以及转配图


预处理:流变模型为牛顿流体。软件为ANSYS Fluent 15。CFD网格分为三部分:转子、定子、以及外围的区域。Ko的硕士论文中表示转子缝隙中的网格非常重要。因此这一部分的网格被进行了加密。模拟的机器CPU为8核XEON处理器,内存为512G。


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网格示意图,每个齿的黑影部分为加密区域


模拟首先采用MRF稳态计算,大约用了2天。然后采用滑移网格法,每时间步旋转0.1度。非稳态计算也大约使用了2-3天。梯度计算采用基于网格单元的最小二乘法,压力速度耦合采用PISO算法。


简要结果:

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6000rpm的径向速度矢量图



6000rpm的alpha等值面动态图


结论:由于较为消耗计算资源,CFD以及群体平衡模型(PBM)目前很少用于工业设计。因此,对模型进行简化并提出基于半经验常数的模型可以用于工业上的计算模拟。本文采用单相模型结合液滴破碎模型进行模拟来预测转子定子混合器的液滴直径。相关模型以及预测对以后类似设备的设计有较好的指导作用。Blah, blah, blah....


CFD界:Janssen and Mayer的研究实际上是使用CFD对转子定子混合器进行模拟。这种设备和我们的棉花糖机器非常的相似。CFDer是否感兴趣找个棉花糖机器来模拟一下呢?


转自公众号:CFD界

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