Pár héttel ezelőtt alkalmam volt egyik SC/Tetra felhasználónknál egy terméktámogatási szaknapot tölteni, ahol többek között egy, a tesztlaborjukban működő turbokeverő vizsgálatával foglalkoztunk. A lényeg, hogy ez a keverő példa olyan érdekes volt, hogy az irodába visszatérve elhatároztam, hogy pusztán a játék kedvéért készítek egy egyszerű keverő modellt és bemutatom, hogy az SC/Tetrával milyen érdekes tulajdonságait tudjuk modellezni. Mindezt 2020-ban egy magasabb szintre emeltük, ugyanis egy élő webinár során a keverő CFD szimuláció teljes folyamatát bemutattuk a geometria előkészítéstől az eredmények értékeléséig.
A keverő berendezések egyébként a vegyipar, a gyógyszeripar szinte minden területén előfordulnak. Hűtik, fűtik a bennük feldolgozott, kevert anyagokat és a keverést mindig az adott anyagtípushoz, keverési fordulatszámhoz való keverő elemekkel végzik.
Egy keverő, kétféle vízszint
A példánkban szereplő keverőt vízzel töltöttem fel, és a szabad folyadékfelszín változik, ahogy a keverő elem forog. Ahhoz, hogy a vízben létrejövő áramlási viszonyokat meg tudjam jeleníteni, felhasználtam a részecske generátor (Particle Tracking) eszközt. Ezek a részecskék egyébként tömeggel is rendelkezhetnének, részt vehetnek hőtani folyamatokban, de most csak a folyadék áramlásának jelzése volt a cél.
Mivel a keverő működésében a szabad felszín pozíciója kiemelten fontos, két felszín magasságot is megnéztem. Kíváncsi voltam, hogy a keverés közben mi a különbség a felszínek alakjában.
A kisebb vízmennyiségnél a szabad felszín eléri a keverő elemet, amely a keverés szempontjából nézve eléggé kellemetlen hatásokkal jár, drasztikusan csökken a keverési teljesítmény. Ezért a valós alkalmazásokban a keverő tengelye melletti örvényt a tervezők kifejezetten nem szeretik, és létrejöttét számos eszközzel igyekeznek megakadályozni. De van egy másik paraméter is, amelyet a keverők tervezői előre szeretnének tudni. Ez pedig a keverő tengelyén ébredő nyomaték azért, hogy megfelelő hajtóművet és motort válasszanak a feladathoz. Az SC/Tetra a keverő CFD szimuláció során automatikusan számítja a nyomásból és viszkózus erőkből származó nyomatékot. Egy kattintásra grafikont készít, vagy Excelben feldolgozható file formátumban ezeket az adatokat ki is írja.
Az alábbi két video a két vízszint következtében kialakuló különbséget mutatja be.
Ezt a kis mintapéldát tovább is lehet finomítani. Ha foglalkozunk hőtannal, az SC/Tetra kiszámítja a keverő fala mentén kialakuló hőátadási tényezőt. Amelyet egyébként szimuláció nélkül csak nagyon bonyolult közelítő számításokból lehetne meghatározni. Ezen adatok alapján pedig pontosan meghatározható a hűtés vagy fűtés módja, helye, intenzitása, amely a késztermék előállítását a keverőben a leghatékonyabbá teszi.
Dr. Dúl Róbert