靜態(tài)混合器數(shù)值模擬研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、靜態(tài)混合器是水處理中常見的混合裝置，其混合效果的好壞直接關(guān)系著水處理的結(jié)果。本文以靜態(tài)混合器為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬為主要方法，對(duì)內(nèi)置長翼型靜態(tài)混合器進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)其內(nèi)部流場進(jìn)行了分析，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化?；跓o序混合理論，制作了一種新型靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)，對(duì)其性能做了分析。
　　 區(qū)域離散是流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算中重要的一個(gè)步驟。對(duì)內(nèi)置長翼型靜態(tài)混合器區(qū)域離散，即網(wǎng)格劃分時(shí)，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜采用分塊劃分網(wǎng)格的方法，管壁及翼片附近的

2、網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理，最終劃分阿格的數(shù)量為405567。在求解時(shí)，流動(dòng)過程確定為非穩(wěn)態(tài)過程，時(shí)間離散為二階隱式；方程離散采用二階迎風(fēng)格式；湍流模型采用k一ε雙方程模型；流動(dòng)混合過程采用組分輸運(yùn)模型。內(nèi)置長翼型靜態(tài)混合器內(nèi)部流場模擬結(jié)果的分析顯示，翼片后存在著低速、渦旋區(qū)，湍動(dòng)能在翼片后具有較大值，促進(jìn)了混合的發(fā)生，同時(shí)翼片使部分流體向軸心區(qū)流動(dòng)，促進(jìn)了對(duì)流利于均勻混合。用不均勻系數(shù)COV值表征混合效果的優(yōu)劣，獲得了次相質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布，對(duì)稱面

3、xoy面后半段不均勻系數(shù)COV的值與文獻(xiàn)31的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，兩者雖然有些差別，但趨勢相同，吻合較好。
　　 數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好的吻合說明了湍流模型與混合模型的選擇適合靜態(tài)混合器混合效果的分析。進(jìn)而，對(duì)上述內(nèi)置長翼片、垂直入流、傾斜30°靜態(tài)混合器進(jìn)行橫向偏轉(zhuǎn)翼片的優(yōu)化模擬，偏轉(zhuǎn)角度分別為15°、30°、45°.劃分阿格時(shí)，由于偏轉(zhuǎn)后不再具有對(duì)稱性且翼片與管壁間距較小，采用非結(jié)構(gòu)化阿格劃分方法。橫向偏轉(zhuǎn)翼片后的流場模擬表明

4、，其翼片后斷面上出現(xiàn)了周向運(yùn)動(dòng)，而原模型(橫向偏轉(zhuǎn)0。)并沒有周向運(yùn)動(dòng)只有徑向運(yùn)動(dòng)，這種大范圍的對(duì)流將極大地促進(jìn)混合；分別計(jì)算的原模型、偏轉(zhuǎn)15。、30。、45。時(shí)出口斷面的不均勻系數(shù)cOV值呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，偏轉(zhuǎn)角度30。取得最小值，即在偏轉(zhuǎn)30°時(shí)能夠獲得最佳的混合效果;四種角度下軸線上的壓力損失，隨著角度變大逐漸變小。綜合四種角度下混合效果和壓力損失情況得出結(jié)論偏轉(zhuǎn)30°后所獲得的靜態(tài)混合器性能最佳。
　　 靜態(tài)混合

5、器內(nèi)混合元件擺放位置的周期性變化和不平行性，可以使流動(dòng)產(chǎn)生周期性的流向變化，這將極大地促進(jìn)混合效果，即實(shí)現(xiàn)無序混合?；跓o序混合理論，制作了一種新型結(jié)構(gòu)——變徑螺旋帶靜態(tài)混合器，其內(nèi)部混合元件螺旋帶通過大直徑部分與管壁的連接來固定，且直徑不斷變化，并布滿整個(gè)橫斷面，從而能夠在不同位置給予流動(dòng)以擾動(dòng)。對(duì)其混合過程進(jìn)行的模擬表明，出口不均勻系數(shù)COV值，小于0.05達(dá)到了均勻混合，混合效果相對(duì)于內(nèi)置長翼型靜態(tài)混合器提高了10倍：計(jì)算了軸線上