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管道静态混合器在过程工业领域的应用范围相对较广,影响到国计民生的方方面面,对其进行优化设计研究意义重大。
对比常用静态混合器的结构特征,说明各自特点以及应用范围。详细解说并剖析了立交盘的结构特点,使用数值模拟方法对立交盘静态混合器进行研究,通过查阅文献了解了前人对静态混合器这一领域的研究方法及状况,采用计算流体力学CFD方法,以DN50管道为例研究了立交盘静态混合器的流场特点,通过使用ANSYS软件分析粒子流线分布揭示了立交盘“分割、汇合-旋转”对流体的独特作用方式,并由尾流旋流特点得出需要设置盘间转角差以充分错流,当转角在90度时,同区域的尾流旋流旋转方向发生反转,错流力度最大。
通过对比数值计算与激光多普勒实验的速度场结果,两者在出口截面的轴线方向上的速度分布曲线一致性较理想,验证了计算模型的有效性。
引入尾流影响长度Le的概念,对流速从0.1到2m/s范围内的流场进行分析,得出Le值在1.3到1.6倍立交盘长范围。据此指导立交盘混合元件在混合器中的设置方式,应有一个1.3到1.6倍立交盘长度的间隔以充分发挥尾流旋流段的有效混合特性。并且发现入口流速越大通过立交盘后尾流影响范围越小的特点。
通过变化立交盘中心片夹角大小,分别对46°和56°两个夹角极值以及对称与否四种情况进行计算,得出了立交盘几何参数变化对应流体力学特性的变化规律,发现进出口中心片夹角的非对称结构有利于强化传热,筛选出了低阻力降和强化传热的最佳立交盘结构。从而使立交盘混合器的应用场合更加有选择性,即阻力降较小的立交盘结构用于强调低流阻的场合,传热性能较高的立交盘结构用于强调强化传热场合。
介绍了新产品中空立交盘的应用领域及前景。