SK型静态混合器流动特性研究

• 作 者: 张春梅
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 静态混合器 湍流流场 LDA 数值模拟 计算流体力学 雷诺应力模型 压力降

静态混合器作为一种新型高效的混合装置,可以有效地进行化工过程强化,在过程工业中应用越来越广泛,甚至在很多场合有取代传统的搅拌反应器的趋势。本文对其中工业应用较多的SK型静态混合器的单液相流速场进行研究,详实地描述了其高雷诺数下流动特性;提出混合器内压力降的数学模型并作出计算。研究结果为混合器内传质、传热的研究及高效混合器的设计提供有益参考和依据。应用三维激光多普勒测速仪(LDA)对SK型静态混合器内流场进行测试,描述了在流体在混合器轴截面内形成与混合元件扭转方向相同和相反的两种流动的现象,揭示了螺旋坐标系下流体的三维时均速度的大小及分布规律,讨论了流量变化对时均速度及脉动特性参数的影响,表明混合元件的加入使流体的时均特性和脉动特性在径向方向得到增强,流场呈各向异性。同时对该混合器出口的流动特性进行测量,揭示其衰减规律。针对实验测量中出现的误差放大现象,提出采用改变激光探头方位的两次测量法,来提高实验数据的准确性。分别采用四种湍流模型模拟计算了SK型静态混合器内的流场,通过模拟计算结果与实验结果相对比,确立了雷诺应力模型计算结果的可靠性;应用该模型对不同流量下,不同长径比的混合器内流场进行模拟计算,讨论了混合元件数和长径比对流场的影响,并由流速场导出计算了应变速率,建立了流速场与混合效果的联系。提出高雷诺数下SK型静态混合器内压力降的力学计算模型,分别探讨了流体与壁面摩擦产生的沿程阻力损失,混合元件反旋和交叉引起的局部阻力损失,并在理论上求解了沿程阻力损失。