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。     

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型静态混合器流体湍流时传热性能的研究

为了获得SK型静态混合器的传热性能,将不可压缩流体在静态混合器中的螺旋形运动分解成直线运动和旋转运动,依据普兰特-台劳模型运用传热学的理论分别求解两种运动端流情况下的传热效率,进行叠加后得到SK型静态混合器湍流时努塞尔特准数理论计算式,再考虑到推导过程中的各种近似而用修正系数加以修正.以水为实验介质对SK型静态混合管的传热性能进行了实验测量,在一定的雷诺准数和普兰特准数范围内测得努塞尔特准数理论计算式的修正系数.     

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。     

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。     

SV型静态混合元件排列方式对SCR系统竖直烟道混合效果的影响

借助计算流体力学的方法,对某电厂所采用的大型SCR脱硝系统竖直烟道内流体流动进行数值模拟,根据数值模拟结果分析SV型静态混合元件排列方式对烟道内速度场、浓度场以及系统压降的影响。结果表明,混合器元件的排列方式对其混合效果有一定的影响,综合考虑,顺排排列方式更有利于实际生产。     

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。     

SV型静态混合器数值模拟湍流模型选择

利用Fluent软件分别采用标准k??模型、Realizable k??模型和RNG k??型对SV型静态混合器的湍流流速场进行了模拟,得到时均速度、湍动能和湍流强度,与实验值进行对比,计算了数值计算结果与实验值之间的标准差。结果表明:三种数值模型对时均流速的预测差别不大,而对于湍动能和湍流强度的预测,Realizable k??模型的标准差是其它两个模型的50%左右,是最适合SV型静态混合器的湍流模型。     

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。     

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。     

幂律流体在Kenics型静态混合器中流动特性分析

为了探究Kenics型静态混合器内扭旋叶片剪切作用对幂律流体流动的影响,利用旋转流变仪测量了浓度为0.5wt%, 0.7wt%, 0.9wt%的羧甲基纤维素(CMC)水溶液的流变参数,采用数值模拟与实验研究了扭旋叶片作用下幂律流体流动阻力和剪切稀化特性。对流场研究表明,扭旋叶片诱导产生了内流涡旋、绕流涡旋和近壁面涡旋,有效强化了静态混合器内流体流动的剪切作用。受多个纵向涡旋分布的影响,扭旋叶片局域流场中周向45°位置速度最高,周向30°位置涡量与剪切应力最高而黏度最低。径向0.4倍半径位置速度最高,0.7倍半径位置黏度最高。静态混合器有效提高了流体的二次流流动速度和剪切应力,降低了幂律流体的黏度和流动阻力系数。     

The numerical simulation of a new double swirl static mixer for gas reactants mixing

For the nitrogen oxide removal processes, high performance gas mixer is deeply needed for the injection of NH₃ or O₃. In this study, a new type of double swirl static mixer in gas mixing was investigated using computational fluid dynamics (CFD). The results obtained using Particle Image Velocimetry (PIV) correlated well with the results obtained from simulation. The comparisons in pressure loss between the experimental results and the simulation results showed that the model was suitable and accurate for the simulation of the static mixer. Optimal process conditions and design were investigated. When L/D equaled 4, coefficient of variation (COV) was <5%. The inlet velocity did not affect the distributions of turbulent kinetic energy. In terms of both COV and pressure loss, the inner connector is important in the design of the static mixer. The nozzle length should be set at 4 cm. Taking both COV and pressure loss into consideration, the optimal oblique degree is 45°. The averaged kinetic energy changed according to process conditions and design. The new static mixer resulted in improved mixing performance in a more compact design. The new static mixer is more energy efficient compared with other SV static mixers. Therefore, the double swirl static mixer is promising in gas mixing.     

The numerical simulation of a new double swirl static mixer for gas reactants mixing

For the nitrogen oxide removal processes, high performance gas mixer is deeply needed for the injection of NH₃ or O₃. In this study, a new type of double swirl static mixer in gas mixing was investigated using computational fluid dynamics (CFD). The results obtained using Particle Image Velocimetry (PIV) correlated well with the results obtained from simulation. The comparisons in pressure loss between the experimental results and the simulation results showed that the model was suitable and accurate for the simulation of the static mixer. Optimal process conditions and design were investigated. When L/D equaled 4, coefficient of variation (COV) was < 5%. The inlet velocity did not affect the distributions of turbulent kinetic energy. In terms of both COV and pressure loss, the inner connector is important in the design of the static mixer. The nozzle length should be set at 4 cm. Taking both COV and pressure loss into consideration, the optimal oblique degree is 45°. The averaged kinetic energy changed according to process conditions and design. The new static mixer resulted in improved mixing performance in a more compact design. The new static mixer is more energy efficient compared with other SV static mixers. Therefore, the double swirl static mixer is promising in gas mixing.     

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。     

静态混合器在含酚废水萃取中应用研究

使用Ｎ５０３－煤油萃取剂萃取含酚废水。总结了ＳＫ，ＳＶ两种静态混合器及组合方式的应用研究，从萃取效率，传质系数、能耗三方面确定了静态混合条件，在建立的实验装置中，确定ＳＶ混合器为最佳混合器，对实验参数进行了关联，结果发现ＳＫ，ＳＶ的传质系数Ｋ与雷诺数Ｒｅｄ１．５６成正比；ＳＫ，ＳＶ的传质系数Ｋ与能耗ΔＥ０．７成正比，并且提出利用一只静态混合器进行多级萃取的工艺过程。     

Development of positron emission particle tracking for studying laminar mixing in Kenics static mixer

Positron emission particle tracking (PEPT) is a flow visualisation technique that has found application in a wide range of processes. In this work, PEPT has been used to study laminar flow of a high viscosity Newtonian and non-Newtonian fluid in a Kenics static mixer (KM). Through analysis of the trajectories of many hundreds of passes of the tracer particle through the mixer, it is possible to compute the overall flow field and to visualise how the fluid twists and folds as it passes along the mixer. Eulerian velocity maps plotted for the Newtonian and non-Newtonian fluids showed that the length required for the flow to develop is shorter for the non-Newtonian fluid than the Newtonian. The stretching and folding mechanism of mixing was observed by grouping the trajectories into clusters according to whether the trajectory passes to the left or right of the blade at the transition between elements. Those trajectories making the same L–R–L decision tended to remain in the same striation through two or three elements until that striation became stretched and folded back on itself, sandwiching other layers. It is clear that the PEPT data is rich and powerful. We are hopeful that the techniques we develop for the flow and mixing in the Kenics mixer will be applicable to studying more complex laminar flows.     

Ross LPD型静态混合器内湍流传热与混合强化特性

在湍流状态Re=2640~17600下,采用恒热通量传热实验与数值模拟相结合的方法,系统研究Reynolds数Re和交错角对Ross LPD型静态混合器内湍流流动与传热性能影响,采用Nusselt数、Darcy摩擦系数、综合传热系数、速度场与温度梯度和压力梯度协同角等参数评价混合器内传热强化性能;基于CFD与LPT相耦合分析混合器内流体微元拉伸率。研究结果表明：SST k-ω模型预测Ross型静态混合器湍流阻力及传热结果与实验结果具有很好一致性;Ross混合器流场内形成与流场尺度较为接近的纵向涡,其涡心在圆形截面与半圆形截面中心间周期性迁移,横截面内湍流分散混合效率是Kenics的3.36~1.72倍;当Re>7040时,Ross LPD综合传热性能明显优于KSM;当叶片夹角为30°时,综合传热性能系数具有最大值;Ross LPD内插件具有高效低阻的技术优势和结构改进潜力。     

新型静态混合器湍流特性数值模拟

结合新型静态混合器的结构特点,利用CFD软件采用标准的k-ε湍流模型对新型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。通过研究新型静态混合器脉动速度分布的对称性及其间歇性发现:新型静态混合器内3个方向速度分量的偏斜因子和平坦因子分布具有周期性;x和z2个方向的速度概率密度分布存在较小不对称性且其平坦因子数值在2.3—5.7变化,径向偏斜因子的数量级均较轴向小1个数量级。采用新的数据处理方法计算和分析得到了不同长径比下新型静态混合器湍流流动阻力统一特性曲线及其关联式。