[發明專利]一種基于CFD的雙螺桿膨化機流變模型仿真方法

有效

• 申請號: 201910128977.4
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN109711108B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 陳陽
• 申請（專利權）人: 江蘇豐尚智能科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 揚州潤中專利代理事務所(普通合伙) 32315
• 代理人: 謝東

本發明涉及一種基于CFD的雙螺桿膨化機流變模型仿真方法。該種基于CFD的雙螺桿膨化機流變模型仿真方法包括方法：一，引入數學模型；二，導入三維模型；三，導入動網格文件；四，生成網格；五，數據分析。該種基于CFD的雙螺桿膨化機流變模型仿真方法通過CFD仿真模擬，優化結構設計，對于結構創新給出理論支撐和數據分析；通過不同對照組的CFD仿真模擬，得到針對不同生產參數的預測回歸模型，對于實驗以及實際生產給出指導性建議；可以節省實驗成本，提高實際生產中的調試效率。

技術領域

本發明涉及水產飼料膨化系統技術領域，尤其涉及一種基于CFD的雙螺桿膨化機流變模型仿真方法。

背景技術

在飼料膨化領域，雙螺桿膨化機在結構設計方面被廣泛研究并進行改進提升。近些年，在計算流體力學領域，雙螺桿膨化技術，以及原料熟化后的非牛頓流體，流變模型也被廣泛研究。

膨化理論和技術核心是非牛頓流體現象。這種現象主要體現在由生產工藝、生產參數以及結構設計所改變的流變特性。在膨化生產過程中，這種流變特性的改變受到溫度，水分，剪切率以及機械能的影響。通過改變結構設計，以及生產參數，改變流變特性，從而生產出客戶所需求的膨化產品。

在結構設計方面，開槽螺桿的開槽寬度，膨化腔尺寸，模板模孔以及文丘里形狀等方面都是影響物料熟化度、熟化均勻性，導致流變特性改變的重要研究領域。在生產參數方面，針對直鏈淀粉含量(AC)不同，水分含量，膨化溫度以及機械能控制是影響物料粘度變化并最終導致膨化產品品質的重要研究領域。由于膨化技術的實驗通常需要大量原料以及資金支持，在結構設計和生產參數研究方面，通常需要CFD(計算流體力學)仿真的結果和數據作為參考，從而提升實驗效率，提高實驗可靠性并降低實驗成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于CFD的雙螺桿膨化機流變模型仿真方法，該方法基于真實螺桿尺寸，膨化腔結構，模板設計以及生產參數，對膨化過程中由于改變流變特性而造成的物料粘度，流場溫度、速度以及膨化腔溫度、壓力進行預測，并通過計算流體力學的研究，對結構設計提供理論支撐，通過后期數據處理得到物料流變特性的回歸模型，從而對現場工藝調試，生產參數提供技術支持。

為了實現上述目的，本發明一種基于CFD的雙螺桿膨化機流變模型仿真方法所采取的技術方案如下：

本CFD研究主要基于ANSYSFLUENT19.0的非牛頓流體仿真，采用Laminaflowmodel(平流模型)，DiscretePhaseModel(物項分離模型)進行流場宏觀項(速度，密度，動量以及粘度)模擬和顆粒示蹤法觀測膨化腔內的流場流動情況以及物料回流情況并分析顆粒在膨化腔中的滯留時間，具體包含以下步驟：

步驟一：引入數學模型，結合實際生產工藝，通過C語言編譯的UDF文件，引入溫度項，水分含量項以及機械能項控制傳統流變數學模型中的k和n項，并將其引入到仿真軟件FLUENT的計算中。對于流變數學模型，基于傳統的power-law-Non-Newtonian模型：由于此基礎流變模型只包含了剪切率項，并不能準確模擬實際生產過程中的流變特性變化，參考DellaValleetal.在1996年發表的文獻中運用ANOVA統計學歸納的預測方程：n＝n₀+α₁T+α₂MC+α₃SME+α₁₂T×MC+α₁₃T×SME+α₂₃MC×SME，其中k₀，α，β，n₀，α_i，α_ij為預測系數，MC為水分含量，T為膨化腔溫度，SME為機械能，并結合FAMSUN現有現場調試以及實驗大數據進行統計學分析，得到相應的預測系數，從而得到與客戶實際生產參數相應的流變模型系數k以及n。

步驟二：導入實際三維模型，生成包含開槽螺桿、正/反向剪切塊、推送螺桿在內的物料熟化區域整體計算流體域。