某剪切粉碎機(jī)腔內(nèi)流場(chǎng)數(shù)值模擬分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25268某剪切粉碎機(jī)腔內(nèi)流場(chǎng)數(shù)值模擬分析案例 1120261.1CFD（計(jì)算流體力學(xué)） 1116991.1.1CFD的定義 1280581.1.2CFD的工作流程 114381.1.3CFD商用軟件——FLUENT 2211431.2熱固性塑料剪切粉碎機(jī)腔內(nèi)的CFD模型建立 261611.2.1剪切粉碎機(jī)模型的建立 2164241.2.2腔內(nèi)流場(chǎng)的網(wǎng)格劃分和邊界條件 41.1CFD（計(jì)算流體力學(xué)）1.1.1CFD的定義計(jì)算流體力學(xué)（CFD）是采用數(shù)值計(jì)算分析的方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)求解流體運(yùn)動(dòng)控制方程或方程組，定量描述流場(chǎng)的離散，進(jìn)而研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。計(jì)算流體力學(xué)是建立在經(jīng)典流體動(dòng)力學(xué)和數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像處理的方法，在空間或平面上定量描述數(shù)值域，從而達(dá)到計(jì)算機(jī)模擬仿真的目的[8]。CFD常用于航天、爆炸、水利、能源、環(huán)境、建筑等領(lǐng)域。1.1.2CFD的工作流程采用CFD方法對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬包括以下步驟：前處理。在進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算前，首先對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行建模，并對(duì)已經(jīng)建好的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。求解器設(shè)置。確定所需的物理模型以及求解設(shè)置。物理模型包括湍流方程，能量方程等，求解設(shè)置有：初始條件、求解控制與監(jiān)視和收斂判定。后處理。對(duì)計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)圖表的形式展現(xiàn)出來(lái)?？梢酝ㄟ^(guò)矢量圖、矢量云圖、等直線圖、流線圖等方式表現(xiàn)出所得的計(jì)算結(jié)果。1.1.3CFD商用軟件——FLUENT在眾多CFD軟件中，F(xiàn)LUENT是目前國(guó)際上比較流行的商業(yè)CFD軟件。由于FLUENT操作界面友好、求解速度及計(jì)算精度高的特點(diǎn)，非常適合用于研究。2006年，F(xiàn)LUENT被ANSYS收購(gòu)，在ANSYS中，F(xiàn)LUENT得到更多的研發(fā)投入，也是FLUENT得到世界認(rèn)可的原因。FLUENT可以計(jì)算的物理模型問(wèn)題包括耦合傳熱、熱輻射、多相流、可壓不可壓流場(chǎng)、粒子輸送過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)和燃燒等諸多方面問(wèn)題[9]。如下圖所示為FLUENT19.2的工作界面。圖3-1fluent的工作界面1.2熱固性塑料剪切粉碎機(jī)腔內(nèi)的CFD模型建立1.2.1剪切粉碎機(jī)模型的建立粉碎機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)由剪切刀具和粉碎磨盤(pán)兩部分組成，其中剪切刀具部分是將大物料尺寸減小。磨盤(pán)部分是將剪切后顆粒進(jìn)行研磨，磨碎，從而達(dá)到需要的尺寸。因此，針對(duì)重要環(huán)節(jié)的磨盤(pán)部分進(jìn)行流場(chǎng)域模擬。粉碎機(jī)內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)就是外殼、剪切刀具和磨盤(pán)刀具。圖3-2粉碎機(jī)內(nèi)部刀具放置結(jié)構(gòu)圖剪切刀具如圖所示，屬于旋轉(zhuǎn)刀具。通過(guò)creo5.0繪圖軟件，在錐形表面添加混合掃描的表面得到一個(gè)旋轉(zhuǎn)刀具，通過(guò)旋轉(zhuǎn)陣列得到三個(gè)刀齒。圖3-3粉碎機(jī)剪切刀具結(jié)構(gòu)視圖圖3-4剪切刀具刀齒的混合掃描過(guò)程圖磨盤(pán)刀具如圖所示，通過(guò)creos5.0是三維繪圖軟件在光滑圓盤(pán)上通過(guò)拉伸一組刀具，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)陣列可以得到一個(gè)工作面。圖3-5粉碎機(jī)磨盤(pán)刀具結(jié)構(gòu)視圖由于是對(duì)粉碎機(jī)內(nèi)部空間的流場(chǎng)進(jìn)行分析，所以必須對(duì)模型進(jìn)行封閉和填充，得到粉碎機(jī)的內(nèi)部封閉的模型，為后面的網(wǎng)格劃分做好基礎(chǔ)。圖3-6粉碎機(jī)內(nèi)部空間填充圖1.2.2腔內(nèi)流場(chǎng)的網(wǎng)格劃分和邊界條件對(duì)所生成的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。將Creo5.0建立的粉碎機(jī)內(nèi)部空間三維計(jì)算模型保存為stp格式，將該stp格式的三維模型導(dǎo)入ANSYS前處理的icem-CFD軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在網(wǎng)格選擇上，考慮到磨盤(pán)刀具上刀齒形狀不規(guī)則，選用適用性較強(qiáng)的三角形網(wǎng)格。對(duì)于磨盤(pán)部分上的尖銳刀具，還需要通過(guò)網(wǎng)格加密的方式，達(dá)到0.3的網(wǎng)格質(zhì)量，以便于后期FLUENT的計(jì)算，提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。設(shè)置邊界條件，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)進(jìn)出口、靜止進(jìn)出口和壁面。將計(jì)算區(qū)域劃分為