混合過(guò)程的特性和放大效應(yīng)的CFD模擬.pdf

1、混合是工業(yè)生產(chǎn)中最常用、最重要的操作之一,在動(dòng)量傳遞、傳質(zhì)和傳熱以及反應(yīng)過(guò)程中都需要采取強(qiáng)化混合的措施以達(dá)到最佳的效果。目前,生產(chǎn)大規(guī)?；讶怀蔀榛どa(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì),然而裝置放大后產(chǎn)生的放大效應(yīng)會(huì)使得化工生產(chǎn)的大規(guī)?；嬖诤艽箫L(fēng)險(xiǎn)。因此,對(duì)混合設(shè)備中混合過(guò)程進(jìn)行研究,弄清混合特性,研究放大效應(yīng),對(duì)混合設(shè)備的優(yōu)化與放大具有重要的意義。
　　本文對(duì)三種混合設(shè)備混合的穩(wěn)態(tài)過(guò)程進(jìn)行模擬研究,同時(shí)對(duì)混合設(shè)備進(jìn)行放大,考察放大后可能存在的放大

2、效應(yīng)。
　　首先,本文應(yīng)用 FLUENT軟件和平面激光誘導(dǎo)技術(shù)對(duì)噴射混合器進(jìn)行研究,得出以下結(jié)論:
　　(1)運(yùn)用Realizableε-k湍流模型研究了噴射混合器的流體力學(xué)特性與混合過(guò)程,獲得了速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、濃度場(chǎng)的分布信息。模擬結(jié)果表明,在噴射器混合段和擴(kuò)散段前部存在湍流核心區(qū)域,在此區(qū)域內(nèi)速度、湍動(dòng)能、湍流耗散率數(shù)值最高,物料的混合主要發(fā)生在此區(qū)域。
　　(2)考察射流與引射流體的速度比和引射流體進(jìn)料與初始方向

3、對(duì)噴射器內(nèi)速度分布形式的影響,以研究速度分布的偏轉(zhuǎn)對(duì)噴射器器壁的沖刷。結(jié)果表明,隨著速度比從4變化到到0.25,發(fā)現(xiàn)噴射器內(nèi)速度分布形式從下凹形變化到上凸形,速度核心向遠(yuǎn)離次流進(jìn)料口一側(cè)偏轉(zhuǎn),且引射流量越大偏轉(zhuǎn)越嚴(yán)重,對(duì)器壁的沖刷作用大。同時(shí),當(dāng)引射流體進(jìn)料角度從0°變化到45°,發(fā)現(xiàn)速度核心從向遠(yuǎn)離次流進(jìn)料口偏轉(zhuǎn)變?yōu)橄虼瘟鬟M(jìn)料一側(cè)偏轉(zhuǎn),且當(dāng)角度為24°時(shí)速度分布無(wú)明顯偏移,此時(shí)對(duì)器壁的沖刷作用最小。
　　(3)運(yùn)用 PLIF實(shí)驗(yàn)

4、手段獲得噴射器內(nèi)濃度場(chǎng)分布,并研究了操作參數(shù)對(duì)噴射器混合性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)固定射流流量時(shí),噴射器內(nèi)濃度達(dá)到均勻所需的距離隨著引射流量的降低而縮短;當(dāng)固定引射流體流量時(shí),所需的距離隨著射流流量降低而增加,濃度核心有明顯偏移;速度比恒定時(shí),所需距離隨著引流和射流的絕對(duì)速度的增加而縮短。因此,當(dāng)射流/引流比值較大時(shí),有利于混合。
　　(4)用數(shù)值模擬手段對(duì)噴射器進(jìn)行放大研究,結(jié)果表明放大后噴射器存在放大效應(yīng)。放大效應(yīng)是放大前后,設(shè)

5、備內(nèi)某些場(chǎng)不能重復(fù)同樣的結(jié)果。在本文中,噴射器的放大效應(yīng)主要體現(xiàn)在放大后湍流耗散率與渦量在數(shù)值上與放大前有明顯的差別,放大后這兩個(gè)量的數(shù)值明顯減小,完全混合所需的實(shí)際距離增加,而放大后速度與湍動(dòng)能變化不明顯。對(duì)于無(wú)擴(kuò)散角度的噴射器,其放大效應(yīng)也同樣體現(xiàn)在湍流耗散率、渦量在放大后降低,混合距離在放大后增加,放大后的混合效果有所降低。
　　其次,本文應(yīng)用 Standardε?k湍流模型對(duì) SK型靜態(tài)混合器的流體流動(dòng)和混合進(jìn)行模擬研究,

6、計(jì)算結(jié)果表明,靜態(tài)混合器內(nèi)流場(chǎng)分布與混合元件的形狀有關(guān),速度、湍動(dòng)能等的分布具有周期性,對(duì)水和鹽水以及水和甲苯的混合均有很好的效果。同時(shí),對(duì) SV型、SX型及 HEV型靜態(tài)混合器的混合特性的模擬結(jié)果表明,SX型靜態(tài)混合器的混合效果最佳,HEV型靜態(tài)混合器的混合效果最差。對(duì) SK型靜態(tài)混合器進(jìn)行放大研究,發(fā)現(xiàn)放大后存在放大效應(yīng),主要體現(xiàn)在湍流耗散率與渦量數(shù)值降低,并且完成混合所需的實(shí)際距離增加。
　　最后,應(yīng)用多重參考系(MRF)的