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...     

SV型静态混合器湍流阻力的初步研究

为了获得流体在SV型静态混合器中湍流流动时的流动阻力规律,提出一种新的含有SV型静态混合器重要几何结构参数的流体阻力计算模型。对于不可压缩流体,将其在SV型静态混合器中的运动分解成沿管壁与轴线方向平行和沿混合元件凹槽方向的直线运动。运用流体力学理论,分别求解出流体作2种运动时所产生的湍流流体阻力的计算式,并计入相邻混合元件交接部分的局部阻力,然后进行叠加得到流体阻力理论计算式。以水为实验介质,对SV型静态混合器流体湍流阻力进行了实验测量,与理论结论进行比较分析,得出摩擦因子λ与Re-0.2呈线性关系的结论。     

新型静态混合器的三维流场数值模拟

利用专业的计算流体力学(CFD)软件FLUENT的对具有两块稀释孔板的新型静态混合器内的三维可压缩湍流流场进行数值模拟.采用标准,κ-ε双方程湍流模型,得到混合器内流场、湍动能、压降及混合浓度场的变化等.通过计算压力降可满足工艺要求,混合相对均匀.     

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。     

水力旋流器湍流数值模拟及湍流结构

采用湍流代数应力模型对水力旋流器内湍流场进行了数值模拟,数值计算结果验证了实测数据。用数值计算与实验研究相结合的方法深入揭示了旋流器内的湍流结构,结果表明,旋流器内湍动能分布呈两边高中间低的不对称鞍形;湍动勇耗散率分布与湍动能的分布有十分相似的规律;溢流管端以下内旋流区域中湍流压力脉动强度以及压力相对脉动强度均很大。     

静态混合器传质性能研究

用亚硫酸钠 -空气氧化法研究SV型静态混合器气 -液传质特性 ,通过反应器模型假设和物料衡算 ,建立了描述静态混合器传质过程的模型 ,并通过实验验证了模型的正确性。测定了SV型静态混合器的传质系数K和有效比表面积a的值 ,研究了气、液流速与K、a的关系 ,得到了湍流条件下K、a与流体力学条件的关联方程。     

叶片式静态混合器多相流动特性的数值分析

基于加氢反应流出物空冷器(REAC)系统的油、气、水三相物性参数,建立了叶片式静态混合器物理模型,并采用Mixture多相流模型和Realizable k-?湍流模型进行CFD数值计算,分析叶片式混合器内多相流动特性。模拟所得到的混合器进出口压降与实验值吻合较好,验证了计算结果的可靠性。研究结果表明:在混合区域内,多相流流速提高,湍流强度明显增强,并且在最下方叶片的底部会形成较大尺度的漩涡。通过分析管道各截面的水相分率和不均匀系数φ可知,水相分率的不均匀性在混合后得到了明显改善。在2~6 m×s~(-1)的流速范围内,流速的改变不会对混合效果造成影响。采用无量纲参数λ定义混合器出口距离L与混合器长度l的比值,计算发现,当λ≥3时,流体水相分率的不均匀系数不再发生明显改变。混合器出口管道壁面会形成剪切应力较大的区域,接近碳钢材料冲蚀破坏的临界值,需考虑在混合器出口增加不锈钢衬套,防止壁面冲刷减薄。     

静态混合器气液两相流压降的数值模拟及实验研究

气泡流经过静态混合器的压降问题涉及到舰船动力系统性能的好坏。在分析了气泡平均驰豫时间的基础上,结合k ε湍流模型,利用平衡流模型模拟静态混合器内形成的稀疏湍流气泡流,得到了混合器内两相流流场。空气—水系统的压力降实验表明,计算流体力学模拟能够很好地预测SMV型静态混合器内气泡流的压降,是静态混合器设计的有效手段。     

SMV静态混合器的几何结构对流场参数的影响

为了研究非标准型SMV静态混合器在管道内部的流动规律和流场参数,建立了管道内SMV静态混合单元的三维模型。基于Fluent软件,对管道内部SMV静态混合单元的特性进行数值模拟研究。确立了单元长度L、折弯角度φ等几何参数对管道进出口压降ΔP,管道平均湍动能TKE,湍动能压力比B的关系。通过分析结果表明,SMV静态混合器的几何参数对其流场湍动效果具有重要影响,单元长度L、交错角θ与湍动能呈现正相关。     

Kenics型静态混合器和GK型静态混合器流场的数值模拟及比较

采用计算流体动力学(CFD)的方法,分别计算了Kenics型静态混合器和GK型静态混合器内的流场。数值模拟的结果表明,Kenics型静态混合器内流场的湍动强度大于GK型静态混合器的,导致了Kenics型静态混合器的流体阻力和传热系数大于GK型静态混合器的。GK型静态混合器的压力降大约只是Kenics型静态混合器压力降的0.554~0.579倍,但两者的传热膜系数相差不大。GK型静态混合器具有较强的综合性能。     

文氏棒塔干板压降的数值模拟

分别应用3种湍流模型(标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型)模拟了不同气体动能因子下的文氏棒塔干板压降,通过对比数值模拟结果与实验结果发现,标准k-ε湍流模型和Realizable k-ε湍流模型计算结果与实验结果比较接近,RNG k-ε湍流模型计算结果误差较大。利用标准k-ε湍流模型研究了不同规格文氏棒塔板的干板压降,得出了棒径和棒间距对干板压降的影响关系,分析干板阻力系数的影响因素并通过数值分析方法拟合出了文氏棒塔干板阻力系数的计算公式。     

SK型静态混合器流体湍流阻力的研究

为了获得流体在SK型静态混合器中湍流流动时的流动阻力规律,提出一种新的流体阻力的计算模型。在流体不可压缩的假设前提下,将流体在SK型静态混合器中的螺旋形运动分解成轴向直线运动和环向旋转运动。在流体作湍流流动时,运用流体力学理论,分别求解出流体作2种运动时所产生的流体阻力的计算式,然后进行叠加得到SK型静态混合器湍流时流体阻力理论计算式。以水为实验介质,对SK型静态混合器流体湍流阻力进行了实验测量,回归出实验公式。与理论结论进行比较分析,得出流动摩擦系数与雷诺数的负0.25次幂呈线性关系的结论。     

摇瓶反应器中流体流动的CFD数值模拟

针对250 ml摇瓶在回转式摇床上的流体流动,基于VOF模型、RNG k-ε湍流模型结合建立了描述摇瓶液体的流体动力学模型,并利用计算流体力学软件FLUENT和动网格技术对其进行了数值模拟。考察了不同转速和不同装液量条件的摇瓶内液体的流动状态,液相形状变化,液面高度,气液接触面积,液体总表面积的变化。模拟计算结果给出不同操作条件对湍流参数（湍流强度、湍动能、湍动能耗散率）和溶氧传质系数的影响,获得了湍动能耗散率与摇瓶转速和装液量之间的关联式。     

仿柳叶形静态混合器的流动及混合特性

对仿柳叶形静态混合器内混合气流进行了速度场与浓度场的试验研究,结果表明该混合器内速度场与浓度场偏差均达到了非常理想的效果（优于国家标准偏差值）。同时采用CFD软件对该静态混合器内的流场进行了数值模拟,试验与模拟的数值结果以及两者的浓度云图分布都有着较好的一致性。随后的研究结果表明：在混合元件尾迹区域出现了纵向涡和发卡涡来促进混合;在经过混合元件区域时因为湍流动能耗散率增加形成的高湍流动能耗散率区能够使物质交换更加频繁;整个静态混合器的流动阻力也主要发生在该区域,随之出现的返混现象也在一定程度上加强了混合效果。     

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.     

亚格子湍动能模型及循环流化床气固湍流特性分析

以气相大涡-颗粒相二阶矩双流体模型为框架,基于单相流亚格子湍动能推导方法,考虑固相影响推导气相亚格子湍动能方程,建立了适用于气固两相流动的气相亚格子湍动能模型;同时考虑气相亚格子湍动能与颗粒相速度脉动二阶矩之间的脉动能量传递,补充了气固相间脉动能量作用模型。模拟了循环流化床内气固两相湍流流动过程,模拟结果与实验数据吻合较好,并较未考虑湍流模型的模拟结果更接近实验值。比较了不同亚格子湍流模型对颗粒运动的影响,与Smagorinsky亚格子涡黏模型相比,亚格子湍动能模型能够更好地模拟两相流的湍流特性。分析了气体表观速度对湍流作用的影响。研究表明,随着气体表观速度的增加,气相亚格子湍动能和亚格子能量耗散逐渐增加,径向分布的非均匀性增强。     

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。     

用于多射流撞击式喷嘴的湍流模型比较研究

为获得多射流撞击式喷嘴数值模拟研究中常用湍流模型的适用性和准确性,通过数值模拟分析了常用湍流模型计算的速度场,并与自行搭建的冷态测试实验台上测量的实验数据进行比较。结果表明:S-A模型过高地估计了交叉撞击流和主射流流动的湍流耗散,使得多射流交叉撞击形成的主射流更为平缓且更快衰减为平推流。RNG k-ε模型和标准k-ω模型计算的多射流经过交叉撞击后形成较强的主射流,RNG k-ε模型过度预测了主射流的衰减,而标准k-ω模型对主射流衰减的预测不足。标准k-ε模型、Realizable k-ε模型、SST k-ω模型和RSM模型均能较好地预测轴向速度分布情况,考虑到计算量和计算稳定性,推荐采用标准k-ε模型和Realizable k-ε模型用于多射流撞击式喷嘴湍流流动的数值计算。     

液-液旋流分离器内流动特性的大涡模拟

基于柱坐标系下的瞬态N-S方程,采用标准Smagorinsky-Lilly模型,对旋流分离器内的单相流动特性进行了大涡模拟研究,获得了旋流分离器内的瞬时流场、时均速度与湍动能分布,并将结果与雷诺应力模型(RSM)及实测结果进行了对比。结果表明,大涡模拟方法可以得到旋流分离器内的瞬态流场,且能够反映更多的流场细节;对时均速度的预测与实测数据吻合良好,精度优于RSM模型;对湍动能的模拟与RSM方法差异显著,但其结论更符合以往理论分析与实测的结果。相比采用时均方法的RSM模型,大涡模拟方法对此类旋流湍流具有更好的模拟能力。     

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。