一种发酵机搅拌装置的流固耦合有限元仿真研究

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2017.11.014

东北大学学报:自然科学版 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (11): 1584-1589.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2017.11.014

一种发酵机搅拌装置的流固耦合有限元仿真研究

巩亚东，高志州，温雪龙

(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)

收稿日期:2016-06-15 修回日期:2016-06-15 出版日期:2017-11-15 发布日期:2017-11-13
通讯作者: 巩亚东
作者简介:巩亚东(1958-)，男，辽宁本溪人，东北大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51375082).

Research on Fluid-Solid Interaction Finite Element Simulation of a Fermentation Stirring Device

GONG Ya-dong， GAO Zhi-zhou， WEN Xue-long

School of Mechanical Engineering & Automation， Northeastern University， Shenyang 110819， China.

Received:2016-06-15 Revised:2016-06-15 Online:2017-11-15 Published:2017-11-13
Contact: GONG Ya-dong
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摘要/Abstract

摘要： 针对高黏度物料多层搅拌发酵机搅拌轴承载设计问题，基于有限元进行计算流体动力学和流固耦合分析，研究物料不同黏度下搅拌装置转矩、变形和受力情况.由搅拌装置转矩受力情况，计算出物料安全黏度极值和范围，并分析物料不同填充高度下搅拌装置的转矩.结果表明:正常工况下，搅拌装置第一层桨所受转矩最大，第六层桨末端变形最大，应力最大处在短轴上联接第一层桨的轴段上;物料强度安全黏度极值为205Pa·s;物料填充高度对搅拌装置转矩影响不大，物料最佳填充高度范围为物料面距离搅拌槽内顶100~150mm.

关键词: 流固耦合, 搅拌装置, 有限元仿真, 黏度

Abstract: Towoard the bearing capacity design issue for the stirring shaft， the torque， deformation and the stress situations were studied based on computational fluid dynamic simulation and fluid-structure interaction analysis by working with various viscosity materials， for the multi-layer stirring and fermentation machine for high viscosity material. The strength-safe viscosity limits and range are calculated according to the torque force of the stirring device， as well as the torque of stirring device under different filling height was analyzed. The results indicated that the on-paddle torque in the first layer is the largest， and the largest deformation happens in the finally the sixth layer. Besides the maximum stress occurs in the shaft segment between the short shaft and the first layer stirring paddle. The safe viscosity limit is 205Pa·s. The height variation of the filling material has little effect to the torque in the stirring device and the optimum heitht range is 100~150mm from the material surface to the top of stirring tank.

Key words: fluid-solid interaction, stirring device, finite element simulation, viscosity

中图分类号:

TQ051.7

巩亚东，高志州，温雪龙. 一种发酵机搅拌装置的流固耦合有限元仿真研究[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2017, 38(11): 1584-1589.

GONG Ya-dong， GAO Zhi-zhou， WEN Xue-long. Research on Fluid-Solid Interaction Finite Element Simulation of a Fermentation Stirring Device[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2017, 38(11): 1584-1589.

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