开缝式SK型静态混合器与可调涡旋静态混合器的性能数值优化

时间:2017-7-20 8:56:00 来源:本网 添加人:admin

  热力发电聂欣,甄忠元,吕明(杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州对开缝式SK型和可调涡旋2种新型静态混合器的结构参数进行数值模拟优化,并与传统SK型静态混合器进行比较。结果表明,间隙直径比为0. 58的开缝式SK型静态混合器为优结构;叶片圆心角为120曲率半径为400mm的三叶片涡旋发生器组成的可调涡旋静态混合器性能优;可调涡旋静态混合器与开缝式SK型静态混合器的混合效果均优于传统SK型静态混合器,且可调涡旋静态混合器的混合速度更快。

  静态混合器;开缝式SK型;可调涡旋型;混合度;压力损失;数值优化国内外研究者对静态混合器的混合机理、流动阻力以及传热系数等进行了大量的研究,同时许多新型结构的静态混合器不断被开发出来。CFD方法可模拟复杂问题,因而被用于静态混合器的模拟研究中。本文采用CFD的方法对提出的开缝式SK型静态混合器与可调涡旋静态混合器的结构参数进行了优化,并比较了定型后2种新型静态混合器与传统式SK型静态混合器的混合效果。

  静态混合器是一种内部无转动部件,通过管内的固定元件,使流体混合的设备。流体在流经静态混合器时,受混合元件的约束,产生分流、合流、旋转,使流体达到充分地混合。静态混合器不仅具有结构简单,操作成本低的优点,而且能适合任何雷诺数、任何粘度的流体,同时可通过改变混合元件数来满足不同混合强度的要求,混合效果好,因而广泛用于液-液、液-气、液-固、气-气的混合、萃取、反应等工艺过程。

  基金项目:国家自然科学基金(11472095,0909031);浙江省自然科学基金项目(Y5080271)通过旋转轴可以调节旋流叶片切平面与水流方开缝式SK型静态混合器的混合元件是在传统SK型静态混合器混合元件的基础上,将螺旋叶片一分为二,在中间留有空隙,其结构如所示。由此可见传统SK型静态混合器同一混合元件内部的流体完全被混合叶片分割开,各自在2个完全不相通的流道内流动,而开缝式SK型静态混合器使混合叶片两侧本来完全分离的流道在中心处相通。间隙宽度与混合器直径D之比称为间隙直径比W/D.传统SK型静态混合器的间隙直径比为0.本文采用数值模拟的方法确定开缝式SK型静态混合器优的间隙直径比值。

  以浙江某水厂所用直径为0.41m、混合单元长度为0.729m的传统SK型静态混合器为研究对象(代号为B),同时选取了另外3种不同长径比的SK型静态混合器(代号分别为A、C、D),以便得出间隙直径比与混合器性能之间具有普遍意义的关系曲线。4种混合器几何尺寸见表1.每种静态混合器均有3个混合单元。

  1静态混合器结构设计1.1开缝式SK型静态混合器结构SK型静态混合器是使用比较广泛的一种混合器,其结构如所示。其由若干个混合单元组成,每个混合单元内布置有绕轴旋转180的螺旋片,相邻两部分板片交叉90且旋向相反。流体从入口处被分割成2股,每股沿通道流动,旋转过180之后,又被分割成2股,以相反方向旋转,然后流出第1个单元。之后依次流过其他混合单元后达到充分混合。

  表1 4种SK型静态混合器几何尺寸类型直径/m长度/m长径比1.2可调涡旋静态混合器结构可调涡旋静态混合器是为了解决水处理过程中静态混合器混合强度不能随着实际工况改变而变化所设计,其由布置在直径为410mm圆管内的旋流叶片、叶片固定装置、中心支架、密封装置与叶片角度调节机构组成。涡旋发生器的叶片是整个可调涡旋静态混合器为核心的部件,其形状为扇形曲面,扇形的内、外圆半径分别为30mm和200mm,叶片圆心角为。叶片曲面为圆柱面,其法向曲率半径为r.向的夹角(叶片旋转角度),并使用固定螺栓进行固定。它们可使水流产生切向旋流,造成强湍流扰动,同时,由于叶片壁面边界对水流粘滞力的影响,造成大量的小尺度涡旋,加速涡旋扩散,使得药剂在水中迅速混合均匀。当水处理负荷、水质、药剂种类与加药量变化时,可以调节可调涡旋发生器的叶片角度来控制流动的旋流强度以对混合过程进行调节。

  通过优化叶片圆心角0的度数,法向曲率半径r与叶片数量达到结构优化的目的。优化时首先确定可调混合器内部设有3个涡旋发生器,并且2个涡旋发生器之间的距离为400mm,设定涡旋发生器的叶片圆心角为60°,叶片为扇形平面即其法向曲率为0,分别对叶片数为2、3、4、6、12的可调涡旋静态混合器进行数值模拟。

  2控制方程与计算方法以酒精与水为混合介质,参照该水厂全负荷时的运行参数,水从混合器入口进入,进口流量1200mVh,酒精通过5根内径为3.3cm的加药管均匀加入,进口流量为0.4m3/h.流体属性见表2.流体介质水酒精流动处于湍流状态下,湍流模型采用标准的模型,混合模型采用组分传输模型,组分守恒方程为:其中,Y为酒精的质量分数,D为酒精在水中的质扩散系数,S为源项。本混合模型不涉及化学反应,无源项,因此公,尹红霞。内置翼片静态混合器的三维流场模拟及结构优化。哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.张春梅,吴剑华,龚斌。SK型静态混合器流体湍流阻力孟辉波,禹言芳,吴剑华。SK型静态混合器内的流动特性数值研究。机械设计与制造,2007(9)孟辉波,吴剑华,侯海瑞,等。SK型静态混合器内的三维流场数值模拟。沈阳化工学院学报,2005杭州电子科技大学。一种开缝式静态混合管:中国,杭州电子科技大学。种可调旋流混合管:中国,陶文铨。数值传热学。西安:西安交通大学出版社,2011陈景仁,Sheng Y,胡晓强,等。湍流模化的现状及发展趋势。力学进展,1992(3)

暂时没有留言

我要留言
看不清楚,换一个
精彩推荐

采埃孚高度自动化叉车实现自主观察、思考和…

柳工叉车南非经销商喜迁新店面

柳工智能AGV叉车助力“中国智造”

杭叉无人驾驶AGV,又推新品利器

本周资讯排行榜
更多>>视频分享