超声波静态混合器的性能研究

在油田三采工艺中,经常需要使用静态混合器促进溶液与水的混合以达到驱油的目的,因此静态混合器的混合效率对采油的效率有重要的影响。基于目前常用的静态混合器能耗较高但混合效率不高的情况,研发了一种新型的静态混合器。通过数值模拟方法,研究了空化作用下混合器内流体的流动特性,并通过实验研究对数值模拟结果进行了验证,测定了混合器的性能。结果表明,数值模拟结果与实验结果能够较好地拟合;该静态混合器有较高的混合效率和较好的混合效果;该静态混合器压降满足要求,最佳入口流速约为0.14m/s。     

SK型静态混合器停留时间分布特性研究

结合脉冲示踪法利用计算流体力学方法的雷诺时均方程（RNAS）和重整化群的k-ε湍流模型计算SK型静态混合器内的浓度响应曲线。基于正交实验原理分析流体在不同混合元件长径比、不同监测位置及不同的进口流速下的停留时间分布特性,并计算了平均停留时间和方差来研究各因素之间影响顺序。结果表明,SK型静态混合器内的液体单相流动的轴向返混系数较小且数量级均为10^-2流动状态接近活塞流;平均停留时间随流体流速的增大而减小,随混合器长度和混合元件长径比的增加而增大。     

管式液固静态混合器内流场的数值模拟

针对所开发的管式液固静态混合器设备,采用计算流体力学(CFD)软件Fluent6.2,对管式液固静态混合器流场进行了数值模拟。模拟结果表明:管径的不断变化,加强了设备内流体的混合与湍动,动压能和静压能相互转换,设备管径不断变化造成的能量损失正好增强了流体的湍动程度。结合实验确定管式液固静态混合器加速段最佳流速为1.4～1.6 m.s-1。     

随动式动态混合器掺稀混合性能研究

针对稠油掺稀过程中原混合器混合效果不佳的问题,选择满面式螺旋叶片作为混合元件,增加动力叶轮,以增强叶片对流体的剪切能力和转动频率。基于CFD仿真软件,对影响动态混合器混合效果的叶片螺距和动力叶轮两参数进行数值模拟分析,并以管内稀油体积分布情况作为评价标准,研究混合过程中混合元件几何结构的变化对混合器性能的影响规律。结果表明,叶片螺距过小将阻碍流体在管内流动,导致混合速率降低,过大则会产生流体前窜现象;动力叶轮过少则会降低元件转动频率,过多则会阻碍流体向前流动。最后将优化后的新型随动式动态混合器与原混合器混合性能进行对比,新型随动式动态混合器内稀油体积分布更为均匀,能够更好地增强稠油掺稀混合效果,有利于稠油资源的开采。     

多旋静态混合器强化对流传质场协同分析

为了研究静态混合器强化高粘流体混沌对流传质机理,通过积分中值角定量评价雷诺数和混合构件结构对静态混合器内速度场与压力场协同程度的影响。研究结果表明:静态混合器内速度场与压力场的协同角随着雷诺数的增加而降低;当Re17.8时,随着截面内叶片个数的增加,多旋静态混合器的协同角逐渐增大;FKSM构件较KSM提高速度场与压力场的协同程度达5.9%~11.9%,且其概率密度分布更加集中,最大概率对应的协同角数值比KSM高2.3%~3.5%,旋流叶片的切割分流作用致使轴向相邻2组混合元件过渡处协同角数值较大。     

元件长径比对SK型静态混合器湍流流场的影响

以SK 型静态混合器为对象,运用FLUENT 软件对混合器内湍流流场进行模拟计算分析,并利用激 光多普勒测速仪对其中部分型号混合器内的流场进行测量,研究混合元件长径比对混合器内速度变化特性和湍动 性能影响。结果表明,元件长径比的变化并不改变流体各方向时均速度及湍动能沿轴线的变化趋势及幅值分布规 律,但对幅值大小有影响;元件长径比越小,各方向时均速度沿轴线变化的幅度越大,斜率越高,这一作用在径向速 度上表现最为明显,在轴向速度上表现最弱;随元件长径比减小,流体的湍动程度加大,湍动能赠高,且增加速度较流速变化更为显著。     

SK型静态混合器对原油混合特性影响的数值模拟

静态混合器作为一种新型高效的混合设备,因具有混合效果好、操作简单等优点而被广泛应用于工业生产。将SK 型静态混合器引入原油储罐中,以解决原油密度分布不均匀的问题。利用FLUENT软件,对其三维不可压缩流场进行了数值模拟;采用Eulerian多相流模型,模拟了SK型静态混合器中流体的速度场、密度场、温度场以及压力场。结果表明,在SK型静态混合器的螺旋叶片作用下,原油沿着叶片做方向相反的螺旋运动并呈周期性变化;通过叶片的切割、剪切和旋转作用,原油在出口处几乎混合完全,说明SK型静态混合器具有较好的混合效果,且压力损失较小,可降低能耗成本。     

基于MEMS的微流体混合器的研究与进展

介绍了基于MEMS的微流体混合器几年来的研究成果、发展现状和应用前景．微流体控制系统是微机电集成系统(MEMS)一个主要分支,微流体混合器作为微流体控制系统的重要组成部分,可分为静态混合器和动态混合器两类．微流体静态混合器混合机理是以扩散为主,依靠改变混合器中微型管道的几何形状等方法来提高液体的混合效率．而动态混合器原理新颖,在雷诺数较低的情况下仍能实现快速、均匀的混合,适合微型化发展．     

基于格子Boltzmann的混合过程建模与流致振动特性

为了探究静态混合过程中的内流冲击与流致振动特性,提出结合大涡模拟(LES)方法的介观多速度分量格子Boltzmann流固耦合模型.针对静态混合过程伴随强剪切、回流反冲、壁面冲击等特点,以静态混合器为研究对象,对静态混合过程建模,并提出流场-结构场弱耦合求解策略.通过此方法研究静态混合器不同位置位移形变、不同入口速度和不同静态混合器叶片夹角对管壁振动响应的影响.结果表明,叶片作用可以将流体轴向速度转换为切向和径向速度；在入口流速相对较大时,内部流场对静态混合器的振动频率及振幅的影响较为明显；改变混合叶片夹角,会影响流场剪切引流作用,对其纵向位移和轴向位移影响显著,且主要影响低频段.     

SOR微型混合器的设计及实验研究

为实现微尺度条件下流体的均匀混合，按层流混合原理设计了一种三维结构的新型静态微型混合器.通过在微通道内设置周期交叉排列的导流块，在轴向的压力梯度作用下产生横向的流动，从而在微管道内产生对流体的搅拌作用，达到促进混合的目的.运用计算流体动力学方法分析了静态微型混合器内速度场的分布规律，阐述了发生混合的机理.采用罗丹明染料与去离子水的混合试验检测该微型混合器的混合性能，同时分析了微型混合器的混合效果与结构参数、雷诺数的关系.混合试验表明， 交叉导流式Ⅱ型（SOR Ⅱ）微混合器在低雷诺数和高雷诺数条件下都可以获得好的混合效果，而交叉导流式Ⅰ型（SOR Ⅰ）微混合器只能在高雷诺数条件下获得好的混合效果.     

旋流叶片轴向排列对静态混合器混合特性的影响

为了预测旋流静态混合器内非稳态宏观混合特性,基于体积加权混合法则结合脉冲示踪法,在简化模型的基础上,利用计算流体力学的SSTκ-ω湍流模型,通过湍流流场数值计算求解示踪剂的浓度输运方程,得到了不同混合组件和混合元件级数下静态混合器内的浓度响应曲线,比较了MSM、KSM、SSM、RSM 4种旋流静态混合器的强化混合效果.数值模拟表明:KSM型静态混合器流阻Z因子与文献实验对比吻合较好;KSM的强化能力最大,SSM的强化能力最小.根据提出的强化因子评价混合器级数的强化效果,发现径向强化系数与螺旋叶片级数的幂函数呈线性关系.     

三元复合驱注入系统静态混合器结构优化设计

目前三元注入装置静态混合效果差。首先研制了新型结构的静态混合器进混单元,对静态混合器的结构进行优化设计,提出了常规和具有预混作用的两种结构模型,并应用FLUENT软件对静态混合器四相流体掺混现象进行仿真计算．结果表明,研制的进混单元结构合理,能达到较好的混合效果要求．具有预混作用的新型静态混合器模型静态混合效果影响因素少、混合效果好,混合性能更好地适应油田生产的要求．     

静态混合器混合效果的测定方法研究

根据静态混合器连续操作的特点。定义描述其混合效果的混合度表达式，并利用不相溶的两相流体混合后的体积等于它们各自体积之和的原理，建立动态求取各组分体积分数和流量分数的计算方法和实验装置．结果表明：利用该方法测定静态混合器的混合效果避免了多点取样，提高了测量的准确性并减少了实验时间，可以用于混合产品质量的在线检测，并为静态混合器的结构设计和工艺设计提供参考依据．     

不同工况下混流式水轮机叶栅流场的数值模拟

针对混流式水轮机叶栅空蚀和振动问题,基于UG对混流式水轮机转轮叶片进行三维建模,运用CFD方法对不同导叶开度(30%、60%、90%)在不同速度(5 m/s、8 m/s、10 m/s)条件下对叶栅流场进行模拟,主要根据叶道涡和二次流对叶片空蚀和振动问题的影响进行分析.研究结果表明:在额定工况下,高流速流体是引起叶片吸力侧出水边空化的主要原因;在大开度导叶工况下,流道间的叶道涡和在流道出水边形成的二次涡随着流速的增加变得不稳定,使得局部区域空化和振动问题加剧.     

元件排列方式对液液静态混合的影响

以静态混合器为研究对象,应用FLUENT软件对4种排列方式的混合器的液液两相混合浓度场进行数值模拟,计算得出混合不均匀系数ψ和压力降,并进行比较分析.结果表明:在Re=10 000~21 000范围内,经由10个混合元件混合,不均匀系数由低到高依次为异旋叉排型(模型二)、同旋叉排型(模型四)、同旋顺排型(模型三)和异旋顺排型(模型一),前两种不均匀系数达到0.05以下,混合效果良好.由此看来,对混合效果提升起到最大作用的是分流,其次是转置,其压降是空管的25~130倍;同样达到ψ≤0.05时,同旋叉排的压降仅为异旋叉排的1/3左右,可作为优先选择的排列方式.当混合元件长径比Ar在1.0~2.0变化时,ψ值达到0.05所需混合长度L约为混合管直径D的1~1.5倍,而混合压降却相差7倍左右.     

稠油掺稀井下静态混合器数值仿真研究(50)

为了进一步了解静态混合器内部流场分布情况及混合器单元数量对混合降黏效果的影响,利用Realizable的k-ε模型结合Levich漩涡扩散模型,对SK型静态混合器中稠油-稀油两相流的三维流场进行模拟,分析混合器单元数量的敏感性.模拟结果显示,新的仿真模型加入混合器后使混合程度有所提高;湍动强度不会随着混合单元的数量增加而无限增加.建议将2个周期的混合单元作为1组,将3组混合单元一起使用.     

稠油掺稀井下静态混合器数值仿真研究

为了进一步了解静态混合器内部流场分布情况及混合器单元数量对混合降黏效果的影响,利用Realizable的k-ε模型结合Levich漩涡扩散模型,对SK型静态混合器中稠油-稀油两相流的三维流场进行模拟,分析混合器单元数量的敏感性。模拟结果显示,新的仿真模型加入混合器后使混合程度有所提高;湍动强度不会随着混合单元的数量增加而无限增加。建议将2个周期的混合单元作为1组,将3组混合单元一起使用。     

Kenics型静态混合器流动阻力的实验研究

本文分析了ｋｅｎｉｃｓ型静态混合器的工作原理，分别以空气和水为实验介质，测定了静态混合器中的流动阻力，得出了单相流体流动摩擦系数ｆ与雷诺数的关联式（测量范围Ｒｅ＝７１１──１５４７７）──７５４７７）以及气──液两相流体流动阻力的计算方法（适用范围：气相雷诺数ＲｅＧ＝７１１──４７４６，液相雷诺数ＲｅＤ＝１２８９──１５４７７），和文献中所报道的结果基本相。文中还分析了静态混合元件对流动阻力的影响。     

强化两相混合的超临界技术制备聚乳酸微粒

针对商品化聚乳酸微球粒径分布较宽难于适用气溶胶给药要求的不足,采用水力空化混合强化超临界流体辅助雾化技术(SAA-HCM)制备聚乳酸(PLA)超细微粒.该技术主要特点是通过在超临界流体和液相进料处引入水力空化混合器,强化两相间的混合.考察SAA-HCM过程混合器压力、温度、沉淀器温度、进料中CO2与液体溶液质量流量比和溶液质量浓度等操作参数对微粒形态和粒径分布的影响,成功制备出球形度较好,粒径分布较窄(1～3μm)的PLA微球.经XRD和DSC分析显示,与原料PLA相比,微球晶型及热曲线变化不大,但结晶度下降.同时把操作参数与相行为进行关联,探讨了影响颗粒形貌的机理.对比超临界流体辅助雾化法(SAA)的实验结果表明,水力空化的引入能有效强化混合器内的两相传质,混合更好,能制备出适用于气溶胶给药要求的超细微粒.     

三维阶梯结构微混合器设计、制作及性能分析

为改善微纳尺度下流体的混合效果,在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基底材料上,设计制造了一款新型三维阶梯结构微混合器.混合器由一个T-型进样沟道和6个三维阶梯混合单元组成,采用超精密雕刻机在PMMA基片制作微米级结构,利用有机溶剂混溶浸泡法,在低温常压条件下键合得到.数值仿真结果表明:混合器效率受到台阶结构尺寸和流体速度的影响,当0.1≤Re≤5时,混合腔横截面的浓度方差σ0.1,接近充分混合;当流速在1~20 m L/h范围内时,将混合器用于微量溶液p H的调节取得了理想的结果.