真空注型机动态混合器混合性能模拟研究

在真空状态下,为将混合时间尺度小、粘度较高的不同液体快速均匀混合,提出了一种带有挤压槽轮和搅拌叶轮的动态混合器,介绍了这种动态混合器的结构原理和混合机理。基于FLUENT中的动网格模型、Mixture多相流模型、RNGκ-ε湍流模型及PISO算法,对混合器预混合管道不同出口位置、叶片数量、叶轮转速等不同条件下的两相流混合效果进行了数值模拟,结果表明:预混合管道出口位置不同时,混合效果不同;当叶片数量为16时,混合效果最理想;模拟还表明,增加叶轮旋转速度对混合效果作用明显,但是达到一定转速后,混合效果趋于稳定。在此基础上,通过液体质点运动矢量图、速度流线图和湍动强度分布云图,分析了加速溶液混合均匀的是叶轮二次剪切和混合器中运动部件对流场的湍动作用,选用环氧树脂(E51)与对应的固化剂进行混合并浇注成型,并对制品的硬度进行了测试,实验结果表明该混合器混合性能可靠。     

主辅通道型微混合器的设计与制作

为了实现微量液体的快速均匀混合,设计了一种PDMS双层结构的新型微混合器。研究了混合器的制作方法以及几何尺寸和Re数对混合的影响。依据Fick第一定律介绍了主辅通道型微混合器的设计原理;采用有限元方法对不同几何尺寸及Re数下混合器中液体的速度流场及浓度场进行了数值模拟;数值分析显示,随着主辅通道出口宽度比的减小,通道长度的增加和雷诺数的减小,混合器的混合率增加。最后,依据仿真结果制作了主辅通道深度比为0.71,出口宽度比为1,通道长度为9mm的微混合器并进行了去离子水和红墨水的混合实验。实验结果表明:当Re5时,设计的混合器能实现液体的快速混合,并且混合率随着Re的减小而增大,基本满足低Re数下微量液体快速均匀混合的要求。     

一种高粘度两相流静态混合器混合均匀度的仿真分析

在常见类型混合器的基础上设计了一种新型的高粘度两相流静态混合器。基于Fluent软件分析了预混单元对整体混合效果的影响,并分析了混合单元数量和流体入口速度对混合均匀度的影响。分析结果表明带预混单元混合器的混合效果好于不带混合单元的,还表明当混合单元数量为3时能在不同的入口速度下获得理想的混合效果。在此基础上,根据质点的速度场和流场分布状态,分析并说明了杂乱的速度和流线分布是获得良好混合效果的根本原因。同时,通过仿真分析了粘度对混合效果的影响,结果表明该混合器的混合均匀度随着液体粘度的增大而提高,还表明该混合器对中、低粘度的液体也有良好的混合效果。     

变径变螺距螺旋轴参数化模型及性能仿真

在保证料流均匀的条件下,建立变径变螺距螺旋轴参数化设计的计算模型,给出螺旋轴参数化设计的工程应用实例.然后根据基于面积平均加权函数的混合理论,建立在所设计螺旋轴驱动下物料流动的三维分析模型,通过数值模拟与分析,研究螺旋轴工作转速、螺径/螺距比对物料三维流动和混合均化效果的影响,探讨螺旋轴工作转速与物料输送性能之间的关系,得到螺旋轴流场的面积平均加权函数的分布云图及相应的结论,为变径变螺距螺旋轴的结构设计提供了理论依据.另外利用本研究内容所生产的变径变螺距螺旋轴已在企业中得到应用.     

混合器对SCR脱硝系统内多相多组分流动特性影响的数值研究

为了从流动特性、烟尘运动、氨氮混合等方面综合分析对比SCR脱硝系统内圆盘、管式、V型、三角翼混合器的性能,利用数值模拟方法对SCR脱硝系统内两相流动、组分输运及流阻特性进行了数值计算。计算结果表明:与未安装混合器方案相比,脱硝入口至催化剂上方截面流动阻力增加了9.566%～24.051%,在促进氨氮混合方面,圆盘混合器性能最优,氨氮比均匀性相对提高44.487 9%。热态气固两相流动模拟结果显示,各类型混合器均能提高催化剂入口截面烟尘浓度的均匀性,但在相同迎风面积条件下,圆盘混合器会引起的流动阻力最大。定义了烟尘浓度C_v、氨氮比C_v与压降Δp归一化处理后的差值为混合器性能的衡量标准,圆盘混合器的综合性能最优。     

两种不同截面螺旋管压力损失的比较研究

通过数值模拟详细分析比较了圆形截面螺旋管和矩形截面螺旋管内不同截面的速度场、压强场分布以及这两种截面螺旋管内流体的压力损失随流体速度、管道横截面积、螺旋直径和螺距的变化规律。结果表明两种截面螺旋管的速度场、压力场分布类似,均产生二次回流现象,均随着转角增大,二次流作用加强,且垂直于轴向截面的最大速度向管的外侧移动,并发现从压力损失角度考虑,圆形截面螺旋管流阻性能要优于矩形截面螺旋管。分析了扁度对矩形截面螺旋管压力损失的影响,发现当流体速度较大时,扁度对压力损失的影响明显,并随扁度的增加而单调递增。     

液液混合两相流中内螺旋管道机器人运行性能分析

作为一类重要的无创肠道机器人,目前对螺旋管道机器人的研究都是针对单相液体流,但由于各类流质食物的存在,肠道环境为液液多相流状态。采用计算流体力学(CFD)方法数值,计算内螺旋管道机器人在液液混合两相流中的轴向推进力、流体动压承载量、机器人周向阻力矩和管道内壁所受最大压力等运行性能参数。结果表明:往液体环境管道中加入另一均匀分散的高黏度液体时,随着加入液体体积分数的增大,机器人轴向推进力、流体动压承载量、机器人周向阻力矩和管道内壁所受最大压力均随之增大;当加入的高黏度液体分散不均匀时,随着加入液体体积分数的增大,机器人轴向推进力呈波浪状增大,周向阻力矩也随之增大,但基本都小于高黏度液体均匀分散时的情况。     

发散形通道内的稳定电渗流动

电渗流通过外加电场来驱动液体通过微小通道,同时由于焦耳热效应的存在,也会在流体及通道表面形成热传导现象。应用计算流体力学方法,对矩形发散形微通道内电渗流流动所产生的流场、温度场进行了数值模拟和研究。由于流体的介电常数、电导率、粘性、热导率等属性依赖于温度的变化,焦耳热效应产生的温度场会改变流体的多种属性,并进而影响到流动速度、压力分布等。计算结果表明,焦耳效应在微管道芯片上产生了一个非均匀的热梯度场,并同时影响液体流动。热梯度场的存在在均匀截面通道内可以提高液体的流动速度,但在发散形通道内却不能产生相似的效果,此时的出口速度和体积流速都明显下降,分别达到约16%和60 μl/min。焦耳热效应同时通过降低流速和流动压力减弱了发散形管道的电渗流泵送性能。     

多流道螺旋静态混合器混合性能的数值模拟研究

采用多相流混合模型对层流状态下两种物性接近的流体在多流道螺旋静态混合器内的混合性能进行研究。研究结果表明,流道数增多提高了流体混合速度,缩短了达到相同混合效果所需要的混合元件长度,但同时也增大了系统能量消耗。在混合元件长度要求较长的情况下,从能量消耗角度应优先选用两通道螺旋静态混合
器,而受到设备空间限制等原因混合元件长度需要较短时,应优先选用四通道螺旋静态混合器。     

SK型静态混合器内的流动特性数值研究

基于微尺度流动特征的角度,研究SK型静态混合器内部湍流时的流动规律.利用计算流体力学专业软件并采用雷诺时均方程和标准的k-ε湍流模型对SK静态混合器内的湍流状态下的三维不可压缩流场进行数值模拟.数值计算和研究表明在含有多个SK型螺旋元件的静态混合器内,受元件衔接处的切割作用的流体将在其后的混合元件的3L/8处完成重新汇合;研究了SK型静态混合器的主要参数对流动阻力的影响,从而为静态混合器的优化设计提供了依据.