5。4 轴向速度计算 32

5。4。1 内外螺带正向搅拌 32

5。4。2 内外螺带异向搅拌 35

5。5 剪切应变速率 36

5。5。1 内外螺带正向体积平均和最大剪切速率 37

5。5。2 内外螺带异向体积平均和最大剪切速率 38

5。5。3  分析对比 39

5。6  轴功率 41

6 结论 43

6。1 内外螺带正向搅拌 43

6。2 内外螺带异向搅拌 44

6。3 小结 44

致 谢 45

参考文献 46

1 发酵罐的流体模拟运算技术

1。1 计算流体力学(CFD)技术概况

计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)主要是通过电脑使用相应的数值计算方式来求解流体当中运动控制方程组，并将数值采用图像的形式表现出来，随后分析研究当中存在的流体运动规律，从而可以在时间和空间上定量分析流场的各项的数值解，从能够研究空间上的各种物理问题。并在当时广泛应用在各种工业领域当中[1]。

近年来，计算机领域在迅速发展，像如今量子计算机的诞生，以及诸多新型科技产品的问世，计算机的应用越来越广泛。今天，采用计算机进行数值的模拟以及研究科学的计算问题，CFD技术应用至今，数值求解广泛采用Euler方程和RANS(Reynolds averaged Navier)体运动控制方程组，带动了各个领域的技术发展，特别是航天领域取得了很大的成就。

1。2 组合搅拌槽结构现状

由于搅拌是在生物发酵和培养或者化学反应、物理反应等研究中最为基本而且极为重要的一步，多数实验都十分依赖搅拌，并且面对的流体目标非常大一部分都是非牛顿性黏性流体。就目前来看，非牛顿流体的搅拌单元计算模拟依旧是比较复杂的领域，主要由于非牛顿流体的搅拌一般是处于在层流状态下。螺带桨叶有着较强的循环能力、同时可以使整个槽的内部达到均一混匀的优点，因此在非牛顿流体的混合当中，大量的采用螺带型桨叶。

由于目前各式各样的搅拌槽所使用的是六直叶涡轮、圆盘桨或者四斜叶桨涡轮等传统桨叶片，有些是使用螺带但是构造简单且单一，会出现许许多多的问题：能耗相对较高、搅拌效率低下等。因此需要一种既能在湍流、层流以及过渡层中都有较好的性能的搅拌系统，于是即衍生出同心双轴和其他各式各样搅拌环境[2]。

1。3 搅拌槽内数值模拟现状

以前，做搅拌槽实验许多是直接通过制造实体，然后进行实罐实验，需要耗费很大的人力和物力资源。并且检测依赖很多，要求比较多，且工作量繁琐，需要定期清洗搅拌槽等。目前在搅拌槽内流场的实验当中，许多则是采用计算机模拟实验，其中使用最多的是使用计算机采用计算流体力学法进行模拟，从而可以方便而且迅速的获得在各种不同的环境下、不同的部件尺寸、不同的搅拌槽结构以及叶轮类型等各种条件下的流场变化数据相关数据(流向速度、功率等)，而不会耗费相应的实验空间和资金，并更好的进行搅拌槽的优化设计。