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CFD 参数化建模

把 CFD 需要的几何一次填清:容器、桨叶、挡板与工况目标。两相计算按通气量自动加出罐顶气相空间,单相计算域截至液面。页面实时生成可鼠标旋转的三维模型,一键导出 STL / OBJ 几何与算例 JSON(含 MRF 旋转域、湍流模型与网格建议)。全部在本机浏览器完成,不上传服务器。

无需 CAD 模型,填表即得几何 无需手动划网格 浏览器内即时出结果,不上传服务器
建模参数
默认值为通用工程比例,请按项目实际图纸、URS 或厂商样本尺寸覆盖。带 * 的项在缺少厂商资料时先用默认值,正式建模前需核实。
1 · 容器罐体轮廓与液位

自罐底最低点(含封头深度)起算;决定液体体积,与顶部气相空间互不影响

按通气量自动计算:气含率 → 液位膨胀 ×1.1 + 分离空间 0.1H,且不低于 3 层背景网格(T/20);不通气时为 0(截至液面)。液体体积不受影响

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2 · 桨叶层数 · 桨型 · 几何细节

常规 D = T/3 ~ T/2

桨叶几何细节(按层独立设置)

每层一套几何参数,互不影响:默认取该层桨型的标准比例,你改哪个字段就按你填的算。要回到标准值,点该层的「恢复标准比例」。

标准比例取自通用工程口径:叶宽 0.20D(水翼 0.23D)、叶厚 0.012D、轮毂 0.18D;圆盘涡轮盘径 0.75D / 盘厚 0.015D,45° 斜叶涡轮带圆盘 0.50D。带盘桨型的叶片根部一律伸入盘内 1/3 盘半径(焊接搭接段),不是从盘缘起算 —— 标准圆盘涡轮由此得到叶长 0.25D = D/4;挡板 4 × T/10 贴壁。水翼桨为展向放样的近似翼型(弦长分布 / 扭转角 / 拱度取通用口径,不逐点复刻厂商叶型),近壁桨(锚式 / 螺带)为近似片体;正式性能核算请以厂商三维模型或样本尺寸校核。每层桨叶外再生成一个圆柱形 MRF 旋转域(默认直径 1.15 × 桨径、高取叶片竖向扫掠高的 1.6 倍(水翼)或 2.4 倍(其它)且不低于 0.30D,逐层可改),作为冻结转子法的旋转 cell zone 边界;近壁桨扫掠半径贴近罐壁、圆柱域必与挡板相交,故不生成。

3 · 挡板数量 · 宽度 · 布置

常规 B = T/10 ~ T/12

贴壁焊接取 0;指形挡板按实际间隙

自罐底最低点起算

通常高出液面 50 ~ 100 mm

4 · 通气环(选填)环形气体分布器 · 尺寸与位置
5 · 工况与 CFD 目标转速 · 物性 · 分析项

生产罐 40–150;小试 200–600

气液两相时使用

单位:VVM(每分钟体积/装液体积)

齿轮减速机 85 ~ 92;只用于装机功率估算

常规 110 ~ 125,留 10 ~ 25% 余量

高粘发酵液、丝状菌(霉菌/放线菌)培养液常呈剪切变稀;选非牛顿后 CFD 按层流 + 广义牛顿本构求解(v10 限制:不叠加 k-ω 湍流模型),并输出表观粘度场 ν_app 云图。牛顿流体不受影响,仍用湍流模型。

kLa 需先把「通气」设为气液两相;固体悬浮按 Zwietering 判据,在第 6 段填颗粒参数后自动给出临界转速。

6 · 固体悬浮(选填)颗粒参数 · Zwietering 刚好悬浮转速

按 d50 填;粒径分布宽时取偏大值,偏保守

多孔颗粒用含水后的有效密度,不是骨架密度

固体质量 / 液体质量 × 100,与 Zwietering 原文口径一致

Zwietering (1958) 刚好离底悬浮判据:Njs = S·ν^0.1·dp^0.2·(gΔρ/ρ)^0.45·X^0.13·D^-0.85,单位 r/s。S 按桨型与 D/T、C/T 取实验表值(平底圆柱 + 4 块宽 T/10 挡板 + H=T),本页取最接近的几何点、不外推,并按 S ±20% 给区间。判据只适用于不通气工况;通气后悬浮能力下降,需另按经验修正。锚式 / 螺旋带不适用。

所有参数在本机浏览器内计算、不上传服务器;要跑 CFD 时,由你在下方「云端 CFD 仿真」里主动提交 L1 模型包。

导出
几何按部件命名分组,可直接导入 SpaceClaim / Fluent Meshing / ICEM / OpenFOAM 前处理;导出单位可选。

STL / OBJ 为三角网格边界面,可直接作为 CFD 前处理输入;旋转域(轴 + 桨叶)建议在网格工具中单独设为 cell zone(MRF 稳态)或滑移网格接口,每层桨叶另附 mrf_N 圆柱面可直接用作该旋转域的边界。几何本身不含网格,尺寸以输入的 mm 为准。

云端 CFD 仿真(L3)
不用上传 CAD、不用手动划网格:本页参数就是输入。确认细胞类型、转速与通气量后提交,云端自动生成网格、求解,并给出总功率、P·V⁻¹、ΣNp、桨端速度与逐层 Np,可下载报告。
快速验证工程初算标准交付精细校核

计费口径:每月 3 次免费只覆盖「单相 + 快速验证」这一种组合(按邮箱计)。工程初算、标准交付、精细校核,以及所有通气两相算例,都不占免费额度 —— 单相按算例计价,两相按机时计价(机时与预估价见上方「两相瞬态时长」滑块下方),报告与工程服务单独计。

白标交付包(付费项)— 报告带贵司 logo、项目号、报告编号

填写后随任务存档;工程师确认开通后,报告头部(含打印 PDF)显示贵司 logo、委托方、项目号与报告编号。开通为一次性付费,详情联系 bioselect_pro@163.com。

多方案对比(先存 2–4 套参数,再一次性提交)

这是提交的另一条路,不是提交之后的额外步骤:① 把当前这套参数存为方案 A(存方案只记参数,不发任务);② 改转速 / vvm / 密度再存方案 B,最多 4 套;③ 点下面的「提交到云端仿真对比」。存了方案就不要再点主按钮「提交到云端仿真」。各方案依次排队计算,跑完出对比报告(偏差表 + 参数差异表),每套仍各自保留一份单独报告。

全体方案共用:罐体与桨叶几何(共用同一套 STL)、气相空间、流变参数、混合时间开关、求解档位。改了几何请分别提交单算例。快速档的免费次数按方案数计(2 套 = 2 次,仅限单相)。

提交内容只有 L1 模型包(几何 + 参数 + 估算),不含任何图纸或厂商样本文件;求解完成后报告可在本页下载,也可按填写的邮箱发送。

方案对比(计算结果)
反复调整搅拌参数时,把每一版参数存成一个方案(最多 3 组)。表格先列计算结果 —— 功率、功率密度、混合时间 θ95、剪切率 G、Kolmogorov 微尺度 λ、叶端速度、装机功率等,每项标出相对方案 A 的偏差百分比;输入参数排在后面,用来说明结果为什么变。可打印或下载对比报告,作为方案评审与报价附件。

方案只存在本机浏览器(localStorage),不上传服务器;换浏览器或清理浏览器数据会丢失。计算结果由 Np–Re 经验关联式现算,与「即时估算」卡同源,改完参数重新入存即刷新,不含 CFD 结果。偏差用正负号加金色标出,只表示变化幅度,不代表优劣;超限项按剪切判据单独标红。

口径与说明
  • 几何比例默认值取自通用工程口径:圆盘涡轮盘径 0.75D、叶宽 0.20D;45° 斜叶涡轮带圆盘(盘径 0.50D)、叶宽 0.20D;带盘桨型的叶片根部伸入盘内 1/3 盘半径(与盘搭接),叶长自叶尖向内计(标准圆盘涡轮 0.25D = D/4,盘径 0.50D 的斜叶涡轮 0.333D);挡板 4 块、宽 T/10、贴壁;层间距 1.0 ~ 1.5D。以上为行业通行取值,正式建模须以项目图纸或厂商样本为准。
  • 剪切判据:细菌 / 酵母类桨尖线速度上限 7 m/s,哺乳动物细胞 1.5 m/s(站内搅拌工具同口径)。
  • 水翼桨(A310 / A315)与船用推进桨为展向放样的近似翼型:弦长分布、扭转角与拱度为通用近似,不逐点复刻厂商叶型。用于布置、方案对比与初步 CFD 没有问题,最终性能核算请以厂商三维模型校核。
  • 每层桨叶外生成一个圆柱形 MRF 旋转域(冻结转子法):默认直径 1.15 × 桨径(桨尖外留 7.5% 半径余量),高度 2.4 × 叶片竖向扫掠高且不小于 0.30D,逐层可改。径向受罐壁与挡板内缘限制自动收窄,余量不足时校核项会提示;相邻层旋转域重叠也会报警。近壁桨(锚式 / 螺带)扫掠半径贴近罐壁、圆柱域必与挡板相交,故不生成旋转域,请改用整罐旋转参考系或滑移网格。
  • 计算域 = 液体空间 + 顶部气相空间(按通气量自动定:液位膨胀 ×1.1 + 0.1 液位分离空间,且不低于 3 层背景网格 T/20,向上加高容器、液体体积不变,罐顶按常压出口处理);气相空间填 0 时顶面在液位 H 处平切。不含上封头、喷淋球、取样管、温度探头与挡板支撑等内构件;挡板按与罐壁无间隙贴合处理。划网格前请按项目实际确认液位取值与内构件取舍。
  • 长度单位 mm,Y 轴向上,原点在罐底内壁中心。顺时针 / 逆时针指自上而下俯视的桨叶转向,轴向流向由转向决定。STL 与 OBJ 按此右手坐标系输出,导入前请核对网格工具的轴向约定。
  • 所有零件按理想平板与回转体建模,不含焊缝、倒角与表面粗糙度,也不含电机、机架、机械密封与联轴器。做扭矩或功率类仿真时,轴系与密封需自行补入等效模型。
  • 通气环(环形气体分布器)为选填项:勾选后按「孔数 / 孔径 / 孔中心圆直径 / 到罐底高度」在三维视图中以虚线标示通气位置,不建实体、不进网格,避免分布器实体带来的网格量。孔数与孔径按分布器图纸填写,只用于换算孔口流速(孔口总面积 = n·π·d²/4,孔速 = 通气量 / 孔口总面积)并做一致性核对,不改变网格。生产网格的单元尺寸远大于孔径,单孔分辨不出来,因此 CFD 在孔中心圆位置取一条等效环带注入气体,带宽由网格分辨率决定,气量按 vvm 恒定。各项均可修改。
  • 本页不预测流场结果。需要功率、混合时间、死区与剪切场量化,请将导出的算例包提交,按 CFD L3 自动仿真或 L4 定制仿真开展。

→ 模型校核与适用范围:每个输出量的关联式出处、三层可复现校核、不适用的场合

模型视图
按住左键拖动旋转 · 右键拖动平移 · 滚轮缩放 · 双击复位
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即时估算(公式)
按 Np–Re、θ95、体积平均剪切率等经验关联式即时算出,与站内搅拌计算器同源。用途是快速筛参数组合、给出方向,不是 CFD 结果;定案仍需 L3 自动仿真或 L4 定制仿真。
放大准则(几何相似放大)
估算提示

    本卡输出量均经三重独立校核(解析式 vs 数值积分、跨页一致性、物理指数)→ 查看模型校核与适用范围

    几何校核
    按搅拌与 CFD 常用判据自动检查,异常项需在建模前确认。
      建模参数表
      可直接打印或下载,作为 CFD 收资单与项目附件。