1.2 反应器的数值模拟方法

流体传质和传热的过程，通常是由搅拌槽内搅拌桨叶的转动，这样可以把旋转时产生的机械能转化成为在搅拌槽流体运动的动能。准确的模拟搅拌槽内静子和转子之间的相互运动是研究的重点之一。当计算域中需要动态网格区与静态网格区同时存在才能完成计算时，多重参考坐标系法（Multiple Reference Frame --简称MRF）、滑移网格法（Sliding Mesh）这两种方法可以准确有效的完成这项任务。

1.2.1 多重参考坐标系法（MRF）

该方法是最初在1994年由Luo[2]提出的定常流场计算方法，在IO的基础上，通过不断的研究实验，Luo等[3]等对IO法进行的改进，提出了多重参考系法。将搅拌槽分为两个部分，分为内部的转子即旋转的搅拌桨和外部的静子即挡板和除搅拌桨的其他部分。转子部分使用旋转坐标系计算，静子部分使用静止坐标系计算。因为在此法中，每个网格单元的运动情况都视作是匀速运动，所以更适用于网格区域的边界上各个点都具有基本相同相对运动的情况。大多数情况下的流体流动计算模拟都可以采用多重参考坐标系法，尤其是当静止网格区域与动态网格区域之间交界面的相互作用较为微弱时，例如泵机内流场， 

风机内流场以及搅拌器内流场的计算等等。

而在诸如上述此类内流场计算中，多重参考坐标系法的另一个用涂就是为非稳态的滑移网格计算方法提供计算初始流场。简单概述操作步骤就是先使用多重参考坐标系法大致粗略的计算出流体的初始流场，然后再使用滑移网格法进行后续的整个计算过程[4]。

由于多重参考坐标系法是对于内外两区有较弱相互作用的稳态算法，这就意味着，在对内外区的网格区域进行计算时，需要将计算部分包含内部区域和外部区域的全部区域，进一步划分成更小的区域，也称为子域，而这些子域每一个都可以有独自的运动方式，如平移、静止，旋转或是其他运动方式。这样做的优势在于，对于子域内部，由于之前为了更好的计算，将计算区域划分成的更小的子域，在这些子域中可以单独完成方程的计算和求解，而子域与子域之间，由于运动规律和形式可能不尽相同，但可以通过交界面上共用的网格区域部分，将二者的相对速度统一变为绝对速度，这样就可以完成计算求解的过程[5]。

1.2.2 滑移网格法（SM）

相较于稳态的计算方法多重参考坐标系法，滑移网格模型则是一种拟非定常即非稳态的计算方法，既然是网格模型，就仍需要对区域进行划分。在区域划分上，滑移网格法和多重参考坐标系法相同，差别在于，当模型方法变为滑移网格法时，转动的部分由内部桨叶部分和转子区域网格一起组成，而保持静止的部分则是外部静子区域部分。因而这两个一动一静的区域在交界面处存在着网格间的相对滑动，交界面上通过守恒差值来实现流动变量传递。当稳态计算方法不能满足计算需求时，没办法做到完全真实地反映搅拌器内流场情况时，采用滑移网格法可以取得更好更真实的结果。

该方法适用与桨叶和挡板具有强相互作用的体系下，或者研究一些瞬态流动细节。但正是由于需要捕捉瞬态流动的细节，所以也需要划分更为高精度的网格，这不仅涉及到划分时所需要大量时间，在计算结果时也需要消耗大量的时间[6]。

Lane等[7]对滑移网格法法和多重参考坐标系法进行了计算比较，通过多种条件例如平均速度、耗散率还有湍流动能等进行实验比较，得出了在这些方面无论是使用多重参考坐标系还是滑移网格法，结果都基本一直的结论。但由于非稳态下滑移网格法需要对瞬时动态进行计算，需要更精细的网格和更多的时间，所以计算量要比多重参考坐标系高出10倍左右。鉴于此，在实验中，选择合适的计算方法显得尤为重要。 ANSYS异速复合叶轮搅拌槽内流场特性的数值模拟(3):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_205604.html