三种不同结构微混合器的性能分析及压损比较

对平面内非对称圆形通道、扇形通道及错位通道3种不同结构类型的微混合器的混合特性进行了数值模拟和分析,讨论在不同雷诺数下,通道几何结构参数对微混合器混合强度及通道压力损失的影响.研究结果表明:在雷诺数大于10时,3种类型微混合器混合强度均随雷诺数增大而增大;在不同雷诺数下,错位通道微混合器混合效果最佳,但其压力损失会相对增大.     

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.     

旋转式气液混合器流场数值模拟与状态分析

为提高不同工况下旋转式气液混合器轴承支承承载力,采用Fluent流体分析软件,对静止与转动工况下混合器内部的气液两相流体进行了流场湍流数值模拟.采用流体体积模型与压力隐式算子分割算法,进行了气液两相混合流体的瞬态流动追踪,分析了相应的流场分布状态.结果表明:静止状态下,混合流体的分层主要受入口流速的影响,流速越大,分层区距离入口越远,各相明显分层,流型由规则的层状流逐渐过渡为波状流,且波形逐渐变大;转动状态下,流场分布主要受离心力作用的影响,入口流速一定时,随着转速的提高,流型由重力方向的分层流逐渐转化为螺旋轴状流,液相贴近壁面,气相靠近回转轴线,圆周方向上呈环状分层.     

微通道入口角度对微液滴生成过程的影响

为研究不同流体物性参数条件下微通道入口角度对微液滴生成过程的影响,采用流体体积(volume of fluid,VOF)法对错流微通道内液滴生成过程进行了三维数值模拟,对液滴生成过程中两相压差及液滴生成周期和尺寸进行了研究.结果表明:拉伸挤压流型下,微液滴尺寸随着通道入口角度增大呈现先减小后增大趋势.表面张力较大或连续相黏度较小时,入口角度为90°的微通道有利于生成较短液滴;表面张力较小或连续相黏度较大时,入口角度为120°的微通道有利于生成较短液滴.对于固定的入口角度,微液滴尺寸随着表面张力系数增大而增大,随连续相黏度增大而减小.当流体物性参数不同时,生成最短液滴的通道结构不同.综合考虑通道入口角度、表面张力系数和连续相黏度,提出了预测拉伸挤压流型下量纲一液滴长度的经验关联式,为微液滴系统的设计和应用提供了指导.     

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。     

雷诺值对T型微混合器中二元流体混合效果的影响

微管内二元流体的混合问题是微流动领域中最基础的问题之一,其应用跨越了当今各个专业领域(如反应,气体吸收,乳化,起泡和调配等的样品制备).T型微管是一种经典的微混合器,本文利用格子玻尔兹曼方法(简称LBM)模拟了该混合器在不同雷诺值条件下的混合效果,并讨论了雷诺值对混合效果影响的条件.     

Y型微混合器结构与工作参数在两相脉动混合中的优化

为提高微尺度下不同反应物的混合效率,针对Y型脉动微混合器结构与工作参数对其混合性能的影响展开优化研究。采用仿真分析对微混合器流道截面尺寸、入口夹角、入口流量及脉动频率进行了优化分析,优选出最佳结构和工作参数,并以此制作试验用系统样机;利用化学反应探针法,通过检测可控合成后的金纳米粒子大小及分布情况,综合评估其混合性能。试验结果表明:Y型脉动微混合器的截面尺寸、流道夹角在入口流量及工作频率一定的条件下存在一个最优值,入口流量及工作频率是一对相互影响的重要工作参数,一定的流量对应一个最佳混合频率。     

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.     

冷热水混合器流动传热特性的数值模拟

目前,中央热水工程向大型自动化和人性化方向发展,工程恒温热水混合器应运而生,它是供水系统专门配套的全自动洗浴水温控制设备。运用CFD软件的RNGk-ε湍流模型对冷热水混合器进行三维数值模拟,研究其内部流场和温度场的变化情况,同时分析了入口直径、入口速度、入口热水温度等因素对混合器内的流场分布及混合效果的影响。研究结果反映了混合器内部的复杂流动,为混合器的设计和改进提供了理论依据。     

超声空化对SK型静态混合器混合效果的影响

以SK型静态混合器为研究对象,通过UFD(用户自定义函数)方法,运用FLUENT软件对混合器内流场进行数值模拟,研究超声空化对混合器混合效果的影响并进行实验验证。结果表明,在超声空化作用下,流体混合地更快、更均匀,混合器的压降稍有增大;在混合器进口处,流体的流速由0.50m/s提高到0.55m/s,流速提高了10%;流体的湍流强度增强,强化作用在第一个混合元件处最为显著,经过第二个混合元件后基本达到稳定。实验中加入超声波与模拟结果基本吻合,超声空化的加入使静态混合器中的流体混合更为均匀,混合效果更好。     

分支型微通道水-油两相流数值模拟

为了研究分支型微通道内水-油两相流动,采用水平集法进行数值模拟.微通道几何参数和流体在壁面滑移程度的变化,对液滴尺寸产生不同影响。随着入口角的增大,液滴长度呈二次变化;离散相通道越宽,液滴长度受入口角影响程度越大;在入口角是60°的通道内,随着滑移尺寸的增加,液滴长度增长程度逐渐减缓,通道内流体受壁面滑移作用的厚度约占主通道的56.3%.对微流体混合系统的优化设计提供了参考.     

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...     

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.     

基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器

为改善微尺度下流体的混合效果,提高微混合器的混合效率,设计制造了一种基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器。该微混合器以双腔串联压电泵为驱动源,结合Y型多拐角螺旋式三维流道,基于PMMA封装键合工艺,在一定温度、压力条件下键合而成。应用CAE软件对结构进行了仿真优化设计,优选出最佳结构参数,最终确定外形尺寸为50mm×35mm×7.2mm。在实验室内进行了脉动和混合效果实验,实验结果表明:当频率为50Hz,输出流量约为1mL/min时,流道内脉动效果明显;压电微泵脉动混合技术和多拐角流道结构促进微流体混合,是一种融合了主、被动混合器特点的新型微混合技术。     

局部加密的正弦波纹微通道强化传热的数值研究

文中提出了一种局部加密的新型正弦波纹微通道,采用数值模拟的方法研究局部加密位置(上游、中部、下游)对波纹微通道流动换热性能的影响.结果表明,较矩形直通道,波纹微通道的传热性能显著提高,底面最大温差大幅降低.这主要归结于波纹形状的弯曲壁面使流体产生扰动,促进了流体混合;波纹微通道增加了对流换热面积,增强了对流换热效果.局...     

T型管内两相流分配特性数值模拟

T型管内气液两相流分配不均易导致换热器偏流和受热不均。为了优化T型管内气液两相流流动,以FLUENT为模拟软件,以流体流动参数和管子几何结构为研究变量,对T型管内流体流动进行数值模拟。发现流体入口液相体积分数越大,入口速度越小,液滴粒径越小,越利于流体均布;同时支管衔接处采取弯管结构较直管结构优越,其中入口速度对流体分布影响最明显,速度相差3个数值即可优化两个出口液相体积分数比差10%左右。结果表明,相应改变流体流动参数和管子几何结构能有效优化T型管内流体流动。     

微凸台阵列型重整微反应器的传热传质特性

针对带微凸台阵列结构的重整制氢微反应器的流体传热传质问题,建立微通道传热传质理论模型.采用计算流体力学软件Fluent对不同微凸台阵列结构和排布方式微通道的流体传热传质进行数值模拟,并研究在低雷诺数条件下不同微通道结构对微通道摩擦系数和努塞尔数的影响.结果表明,随着气体入口速度增大,通道摩擦系数减小,努塞尔数增加;当气体入口速度相对较小时,反应器微凸台阵列高度及横向中心间距的差异对努塞尔数影响不大;当气体入口速度相对较大时,随着微凸台阵列纵向和横向中心间距的增加,摩擦系数减小,随着微凸台高度的增加（除1.3 mm以外）,摩擦系数和努塞尔数均先增后降.研究成果为带微凸台阵列结构重整制氢微通道反应器的设计和制造提供理论依据.     

微喷管过渡区流动的DSMC模拟研究

微喷管性能的好坏关系到微推进器能否提供所需的准确推力及能否具有较高的推力效率,因此微喷管的研究对提高微型推进器的性能起重要作用.针对高温气流的特点,在运用直接模拟蒙特卡罗方法模拟微喷管流动过程中,考虑由于非平衡性而发生的内能松弛等问题,引入分子内能激发和松弛概率,对不同入口压力及温度下高温流体的拉伐尔喷管流场进行了数值模拟,模拟结果表明随着入口流体温度的升高,微喷管的推力效率也随之增长,在低压下入口压力的增大有助于提高微喷管的工作效率,而高压下入口压力的变化对微喷管性能的影响并不显著.     

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。     

双入口压电泵的流体混合仿真分析与验证

为简化微流体混合器的结构,在单腔体有阀压电泵的基础上,设计了一种新型的双入口压电泵。对双入口压电泵的结构及工作过程进行了分析,得出双入口压电泵可以实现两种流体的主动混合。为进一步研究双入口压电泵在进行流体混合时的混合形态,利用Fluent软件,对双入口压电泵工作过程中,泵腔内的流场形态进行模拟仿真,得出结论:双入口压电泵工作时,两个入口吸入的流体在泵腔内不发生混合,在出口单向阀处混合后输出。为验证仿真结果,对双入口压电泵进行流体混合试验测试,测试结果表明:双入口压电泵在工作时,泵腔内两种流体的交界面清晰,并不进行混合,在出口处混合后输出,与仿真结果一致。进一步测试了在不同驱动频率下,双入口压电泵的两入口吸入量占泵出量的百分比,得出结论:双入口压电泵的两入口吸入量占泵出量的百分比随着驱动频率的变化而发生变化,可以通过调节双入口压电泵的驱动频率来控制混合后流体的性质。