通过先进的建模技术揭开搅拌罐涡流动力学的秘密。
挑战
由于涉及复杂的流体流动行为，预测搅拌槽中的涡旋动力学面临巨大挑战。这些系统中流体运动的湍流和混沌特性使得难以准确模拟和预测涡流的形成。
传统的计算流体动力学（CFD）模拟虽然精确，但计算密集且耗时。这给需要快速进行模拟和优化的行业带来了难题。
简化模型 (ROM) 简介
减阶模型（ROM）为应对传统 CFD 模拟所带来的挑战提供了一种前景广阔的解决方案。ROMs 通过显著减少自由度来捕捉系统的基本动态，从而降低了计算复杂度。
ROM 是通过识别系统最重要的模式或特征，并构建一个保留原始系统关键特征的简化模型来创建的。这种方法不仅加快了仿真过程，而且使进行多次迭代和优化更加可行。
工程解决方案
在 Ozen Engineering, Inc.，我们利用 ANSYS 仿真软件的专业知识，为搅拌罐的涡流预测开发精确高效的降序模型。我们的流程从详细的 CFD 模拟开始，以了解流体系统的基本行为。
然后，我们采用先进的模型还原技术提取关键的动力学特性，并构建一个能够高精度预测涡流形成的 ROM。该 ROM 根据实验数据进行验证，以确保其可靠性和稳健性。
应用：
在此应用中，我们使用了与演示如何创建用于涡流预测的 Fluent 模型相同的搅拌罐示例1.水槽为无褶皱圆筒形，使用 Rushton 涡轮叶轮进行搅拌。几何形状和横截面上的网格细节如图 1 所示
图 1.几何模型和网格
Ansys Workbench 项目布局如图 2 所示。几何模型连接到 Fluent 会话，其中描述了必要的模型设置和输入/输出参数1.然后将 3D ROM 模块拖放到项目屏幕上，3D ROM 模块就会自动与项目的其他部分连接起来。
图 3.添加 3D ROM 后的 Ansys Workbench 项目
在进行实验设计 (DOE) 之前，更好的做法是根据输入（DP0）求解第一个数据集。这样可以监控模拟、后处理并确定是否存在问题。模拟完成后，参数屏幕会显示相应的输出参数（图 4）。
图 4.第一次模拟 (DP0) 的输入和输出。
点击 “实验设计 (3D ROM) “后会出现一个表格（图 5），可以对 DOE 的属性进行调整。默认选择 “最佳空间填充设计”，使用 32 个样本。这个数字是软件根据输入参数的数量计算出来的。在本例中，我们有 4 个输入参数，每个输入参数有 8 个配置，因此样本总数为 32 个。
图 5.DOE 设置
DOE 模拟完成后，如图 3 所示可看到绿色复选标记。可以查看设计和相关结果（图 6）
图 6.DOE 结果屏幕
下一步是点击 ROM 生成器，然后导出 ROM（图 7）。有两个导出选项：ROM 文件或 fmu 文件。ROM 可通过新的 Fluent 会话读取。fmu 文件可以导入 TwinBuilder 进行进一步分析。在本例中，我们导出的是 roms 文件。
图 7.导出 ROM
最后一步是打开一个新的 Workbench 文件，进入 Fluent 会话并导入 ROM。打开 Fluent 会话后，单击 “模型 “菜单中的 “减阶模型”。在面板中点击 “Evaluate（评估）”选项卡。选择合适的后处理工具（如等值线），并选择要可视化的 ROM 单元函数。改变用于创建 ROM 的参数，可以观察到其效果。图 8 显示，低速不会产生涡流，而高速则会。
图 8.两种不同情况下的 ROM 评估
从这一点出发，用户可以探索多种不同的输入参数组合。几秒钟内就能在屏幕上看到结果。
优点
在涡流预测中使用 ROM 的主要好处是大大减少了计算时间和资源。这样就可以快速制作原型并进行优化，从而缩短开发周期并节约成本。
此外，ROM 还能进行实时模拟和控制，这在快速决策至关重要的工业应用中尤为有益。进行多种假设情景模拟的能力也提高了整体设计和运行效率。
有关 ROM 生成的详细信息，请参阅下面的视频。