2。2 研究意义

使用ANSYS ICEM CFD软件进行流体力学计算，降低反复进行实际实验所消耗的时间和成本。并通过相应针对搅拌槽的流体混合数据计算，分析搅拌槽结构并能为搅拌槽的生产提供指导，提升搅拌槽的混合效率，改良搅拌槽的设计，对相关行业的技术发展以及产量提高提供理论基础。

2。3 研究内容

本课题以两种的内外螺带搅拌槽模型，进行非牛顿流体的同向和异向不同转速比搅拌模拟，从而研究同轴异速螺带搅拌槽在固定外转速下、相同黏度流体的不同转速、不同转速比、相反旋转方向的条件下内功率和混合特征(剪切应变速率、内外轴功率和各位置轴向速度)的影响。

3 数值模拟方法

3。1 流体力学控制方程

流体流动的基本守恒定律：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。若流动包含有不同成分(组元)的混合或相互作用，整个系统还要遵守组分守恒定律。如果流动处于湍流状态，系统还要遵守附加的湍流运输方程[10]。

1)质量守恒方程

——密度

t——时间

u、v和w——速度矢量

——x、y、z方向的分量

符号——表示散度。

2)动量守恒定律

——流体的黏度

——流体的第2分子黏度。

3)组分守恒方程

——组分s的体积浓度

——组分s的质量浓度

——为该组分扩散系数

——系统内部单位时间内单位体积通过化学反应产生的该组分的质量，即生产率。

3。2 数值计算方法文献综述

CFD模拟运行计算的数值方法主要采用微分方程、常微分方程或者线性方程组进行求解。常用的是有限差分法、有限容积法和有限元法[11]。

对于搅拌混合的模拟应用，有限差分法是是最早采用的数值方法，是通过把整体计算域划分成网格，并把各网格中的导数问题离散化为差商计算，从而寻求微分方程的近似解，计算简单且方便，但是缺点是比较适于结构型网格且精度不高；有限体积法则是从物理守恒出发，把计算区域的网格按照网格点每个网格点附近划分一个的小体积，并且在该方法下，将包含发散项的偏微分方程中的体积积分使用发散定理转换为表面积分，该方法能以较小的计算量获得较高的计算精度；而有限元法则是把需要计算的区域它将一个大问题细分为更小、更简单的有限元部分。然后，将这些有限元建模的简单方程组合成一个更大的方程组，但是需要非常占用很大的内存。 

本次课题采用的ANSYS是有限元模型分析软件，因此采用的是有限元数值法[12]。

4 实验方案及步骤

4。1 通过ProE软件进行螺带搅拌不同几何结构的初步构建

在进行发搅拌的仿真模拟运算之前，需要先确立好搅拌槽整体的结构和各个部件的尺寸，之后才能完成相应搅拌运算。所以在本课题使用的Pro|E软件根据相应条件对计算域进行三维模型的构建。

本实验拟定的螺带几何结构如下，并通过Pro/E软件进行三位立体建模：

打开Pro/E，新建来-自~优+尔=论.文,网www.youerw.com +QQ752018766-

各部件名称、数据和图形如下：

Tank（罐体）：整个搅拌器发酵罐的整体模型，中心有一个轴，内有一个内部螺带搅拌器和一个外部螺带搅拌器。