静态混合器中液液分散的实验及CFD模拟

在SK型静态混合器上进行甲苯-水两相混合实验,采用截面直接拍摄法获得分散混合性能指标Sauter平均直径（SMD）。利用Box-Behnken响应面分析设计实验,在Design Expert 7.0平台上拟合实验数据,获得SMD的多项式形式的表达式。建立了与实验相同的静态混合器物理模型,使用Mixture多相流模型、k-ε湍流模型进行了CFD模拟研究,获得了浓度场云图及分布混合指标不均匀系数。模拟所得压降与实验值的相对误差在15%以内,表明模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,静态混合器中液液分散过程是分散混合和分布混合共同作用的结果,两种混合经过6～8个混合单元后共同达到充分发展。充分发展后的SMD受表观流速、分散相分率和静态混合器直径三因素影响,且表观流速的影响最为显著;充分发展后的不均匀系数均达0.05以下,表明静态混合器自身具有较好的分布混合性能。     

SK型静态混合器内气-液两相流单气泡运动实验研究

采用单气泡实验对SK型静态混合器内气-液间混合过程进行试验研究,针对主流速度、气泡尺寸、混合元件数量等参数对气-液混合效果差异进行实验研究,并就整个混合过程中的压降波动进行了分析。实验结果表明,SK型静态混合器增大气-液两相相界面,提高气-液两相混合效果,延长气-液停留时间,混合元件数增加压力降增大。     

SK静态混合器中液液两相流的标准欧拉模型和拉格朗日模型

利用计算流体动力学（CFD）模拟SK静态混合器中液液两相流动。采用欧拉模型中的代数滑移混合模型（ASM）,预测通过混合元件的压降、速度场和两相的体积分数分布。拉格朗日方法被用来追踪静态混合器中离散相的运动轨迹,用粒子的运动轨迹来分析混合的停留时间。     

不同元件长径比对液液静态混合的影响

应用FLUENT软件对5种不同长径比的静态混合器进行液液两相混合的数值模拟,得出各混合密度云图、混合不均匀系数Ψ和压力降进行比较分析。进而得出以下结论,当混合元件长径比Ar从1.0逐渐增大到2.0时,从混合密度云图和混合不均匀系数Ψ值来看,在达到预期混合效果即Ψ值达到0.05时,所需的混合元件个数随着长径比Ar的增大而减小。所需混合长度L相差不大,约为混合管直径D的1~1.5倍,混合压降相差大约7倍。所以在混合管直径D不大的情况下,选取Ar=2.0的混合器则更理想,而且单纯依靠入口流速的变化并不能对混合效果产生太大影响。     

液-液混合过程中混合器的研究进展

混合器是一种应用于物料混合过程的重要工具,具有适用范围广、混合均匀、成本较低等优点.混合元件的结构、微通道以及外加动力对混合效果具有重要的影响作用,已经得到了国内外学者的研究与关注.介绍混合器在液-液混合中的应用.首先,根据是否含有活动元件将混合器分为动态混合器和静态混合器,微混合器分为被动式微混合器和主动式微混合器;然后,分析不同类型混合器的混合效果以及适用范围,阐述当前技术存在的优势与不足;最后,提出了高效化、连续化、节能化是未来混合器的发展方向.     

SMX型静态混合器湍流特的数值模拟

以SMX型静态混合器为研究对象,运用计算流体力学软件Fluent对3种结构静态混合器管内湍流流场进行数值模拟.结果表明:SMX型静态混合器的混合元件对流体有切割和分散作用,可使径向速度与周向速度的最大值达到轴向平均表观流速的2～2.5倍;流体流经3、4个混合元件后流动基本达到稳定;混合器前3个混合元件对流体湍动强化作用...     

SK型静态混合器内流体流动与传热数值模拟

利用Pro/e 5.0对SK型静态混合器进行参数化建模,运用ANSYS-CFX软件对混合器内流体的流场进行了模拟;分析了SK型静态混合器内流体的流动特性及混合机理,发现在单个混合元件的L/2长处流体的径向平均速度到达最大值,流体径向旋转方向与所在通道的混合元件螺旋方向相反;另外对静态混合器和空管混合器的传热性能进行了对比模拟,进一步证实了静态混合器具有更好的强化传热效果,为静态混合器的设计与研究工作提供了参考。     

SK型静态混合器湍流速度脉动特性

以SK型静态混合器为研究对象,运用激光多普勒测速仪对管内的速度脉动进行测量。结果表明:湍流时在第1个元件内的轴向速度脉动较小,进入第2个混合元件后轴向脉动均方根可达平均流速的0.5—0.7倍且基本达到稳态;每个元件的入口有1个均方根可达到0.8—1.0倍平均流速的轴向速度脉动尖峰;流体离开混合元件后,各个方向上的速度脉动都迅速衰减,经过1个混合元件长度后脉动速度均方根衰减到平均流速的0.3倍左右,流过4—5个混合元件长度后基本衰减到混合器入口处的速度脉动水平。     

Kenics型静态混合器的结构优化与数值模拟

基于三维有限元数值模拟方法,对应用于高黏聚酯熔体直纺工业丝过程中熔体管道输送的Kenics型静态混合器进行结构优化;对静态混合器内示踪粒子的流动轨迹进行统计学处理,通过停留时间分布、分离尺度、面积伸展率以及时间平均效率表征流动特性与混合性能。结果表明:相比传统静态混合器,当静态混合器的元件旋转角度为120°时,静态混合器的分离尺度降低,分散混合能力增强,拉伸作用增强,混合特性提高;相同管径下元件长径比为0.75时,静态混合器的混合能力较长径比为1.00或1.25时都有明显的提高;随元件长径比增加,混合效果逐渐变差,流动方式趋近于理想平推流动。     

混合元件数对SK型静态混合器流场特性的影响

以SK型静态混合器为对象,运用激光多普勒测速仪对混合器内流场进行测量分析,研究混合元件数对混合器内速度分布和湍动性能影响。结果表明：在扭旋叶片作用下,流体在混合器内的速度会重新分布,湍动会被强化,这一过程主要在前3个混合元件中实现,且湍动逐渐增加,但增加速度逐渐减弱,第1个混合元件强化作用最为显著,进入第4个混合元件后基本达到稳定;当混合叶片数量超过3个以后,对流体湍动的强化基本达到混合器强化能力的极限,继续增加元件数量不能提高流体的湍动程度,但可以维持这种湍动。     

SD型静态混合器压力降的特性分析

借助计算流体力学软件FLUENT5/6,对含有3个流道的螺旋式静态混合器在不同的长宽比和雷诺数下的流动特性进行了数值模拟。模拟结果表明,当螺旋片长宽比为4∶1时该混合器压力降与雷诺数的1.715次方成正比;当雷诺数一定时,压力降与混合元件单元数在双对数坐标下成线性分布规律;压力降随着螺旋叶片长宽比的减小而增大;该混合器的压力降与对应结构的SK型静态混合器基本相同,大约是相同直径和管长的光滑空管压力降的10倍。     

Lightnin静态混合器内气液两相混合与传质强化特性

采用计算流体力学(CFD)耦合群体平衡模型(PBM)研究Lightnin静态混合器(LSM)内气泡分散特性，使用不同的破碎核和聚并核函数系统研究雷诺数(Re)、气相体积分数(α_d)和元件数量对气泡分散行为以及混合效率的影响，采用气液界面积和体积传质系数(k_La)量化LSM和Kenics静态混合器(KSM)内气泡破碎性能以及传质速率，基于变异系数(CoV)和流体微元拉伸率分析LSM和KSM的分布混合性能和分散混合性能。结果表明：Luo聚并模型和Prince模型高估了LSM内气泡的聚并效率，通过Luo-Turbulent模型计算的气泡尺寸与实验数值具有很好的一致性；随着Re和α_d的增大，LSM内气泡的分散行为被进一步强化，在高Re的条件下增大元件数量可以显著提高气液传质效率；CoV曲线表明，LSM具有比KSM更好的分布混合性能，3个LSM元件可以保证混合程度大于95%。LSM的分散混合效率是KSM的1.06～1.16倍；基于压力波动信号时间序列，确定了LSM中流型从过渡区向非均匀区转变的临界表观速度。     

喷射式液液混合器与静态混合器复合应用研究

喷射式液液混合器和静态混合器都是混合过程强化的重要设备。合理设计具有喷射式混合器、静态混合器的复合结构的新混合器,可以解决生产上的难题。新混合器能直接进行两种不同压力流体的混合,使压力较低流体混合后的压力有所提高,保证较好的混合效果,降低能耗,提高经济效益,简化流程。降低投资。     

叶片排列角度对三螺旋静态混合器混合效果的影响

三螺旋结构静态混合器是一种新型的多螺旋流道静态混合器，其扭旋元件能够将混合管内流体分成多股支流，产生相反的螺旋流动，促进流体混合，为探究每个扭旋元件相邻叶片的排列角度对混合效果的影响规律，利用计算流体力学(CFD)中的Fluent软件，在低雷诺数状态下，对5种静态混合器进行数值模拟。结果表明，在低雷诺数状态下，每个扭旋元件相邻叶片间夹角θ在0°～60°范围内变化时，叶片对流体的切割、分流作用不同，随着θ的减小，混合效果增强；流体流经θ=0°的静态混合器3个扭旋元件时，分离强度下降至0.073,达到较好的混合效果；当θ=0°～30°时，静态混合器能耗随着θ增大而降低，当θ=30°～60°时，静态混合器能耗变化较小。     

SMV型静态混合器流速场的实验测定

通过使用激光多普勒测速仪测量 SMV 型静态混合器的流速场,可以得到不同混合元件数下的时均速度场、湍流强度场。静态混合器流体流型基本上符合 SMV 混合元件的层状结构,不同混合元件数下时均速度场、湍流强度场比较相似。湍流强度随着混合元件数增加而增大,其中在混合元件由1个增加到2个时,湍流强度增幅达到0.61至0.74倍。     

液滴行为与液-液混合设备

总结了液-液非均相混合过程中的液滴运动速率计算模型,分析了液滴破碎及合并的机理。在结合各种工业应用的基础上,总结了搅拌釜、射流混合器、静态混合器、撞击流混合器及纤维液膜混合器等五种混合设备的混合原理及研究现状。展望了液-液混合设备的研究前景。     

新型静态混合器压力降研究

在SK型静态混合器的基础上提出了三种组合螺旋形式的静态混合器,利用专业CFD计算流体力学软件Fluent对这三种静态混合器内流场进行了数值模拟,得到了不同流速下的压力降数值,绘制了压力降随速度的变化曲线,并针对三种静态混合器和特定的介质给出了压力降与速度的关联式。     

液-液相变溶剂混合过程的数值模拟

基于相变溶剂的研究和分析,设计出液-液相变溶剂捕集CO_2的工艺流程和装备,针对工艺流程中吸收CO_2后分相贫液与解吸再生溶剂在循环使用周期中的混合问题,建立了SD型静态混合器物理模型。依据MEA-正丙醇水溶液相变溶剂体系物性参数,采用Mixture多相流模型和标准k-ε湍流模型进行数值计算,分析两相流在SD型静态混合器内流动特性。研究结果表明,该混合装置具有实现MEA-正丙醇水溶液混合均匀的可行性,为液-液相变溶剂捕集CO_2工业应用中液体混合过程的装置选用与设计提供参考和理论依据。     

四叶片组合静态混合器湍流传热性能的数值模拟分析

采用Fluent计算软件对四叶片组合静态混合器内湍流换热进行数值模拟并与SK型静态混合器进行对比,结果表明,在104≤Re≤105范围内,前者的传热效率比后者提高约20%. 运用场协同理论对结果进行了分析,新型静态混合器传热效率较高的主要原因为,在一个截面上有4个旋向与叶片旋向相同、旋涡半径近似等于叶片半径的纵向涡及4个旋向与叶片旋向相反、旋涡半径小于叶片半径的纵向涡,这些纵向涡能强化换热;与SK型静态混合器相比,新型静态混合器管内温度梯度基本相同,管内中心区二次流流速一定程度降低,而近壁区二次流流速差别较小,但速度场与热流场的协同程度得到明显改善.     

静态混合器强化Ce~(3+)臭氧氧化再生反应研究

为了研究混合强化对于Ce~(3+)氧化再生过程的促进作用,以SK与SMV型两种静态混合器为对象,采用CFD模拟方法,通过流场、浓度场分析,考察了不同反应器形式、尺寸、操作条件等对反应器内物料流动以及反应转化率的影响,并将静态混合器的反应结果与传统鼓泡塔进行了比较分析。结果表明,SK与SMV型两种静态混合器对于该反应的宏观反应速率较鼓泡塔均有显著提升,这种强化作用主要源于描述气液传质阻力的八田数减小,从而使气液反应由传质与反应共同控制转化为反应控制。根据模拟计算结果,在温度为340 K的优化操作条件下,两种静态混合器的Ce3+转化率均可以在短时间内达到100%,满足处理要求。