T型管混合器壓降研究

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1、Vol.2SM>?21999?U4華東理工大學(xué)學(xué)報JournalofEastChinaUniversityofScienceandTechnologyT型管混合器壓降研究+HQ呵劉海峰王輔臣”紀(jì)利俊吳韜于遵宏?（車応工匚號資源馬環(huán)境工程學(xué)院?上海200237）提要：采用氣■氣、液液及氣■液系統(tǒng)研究了一類在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的T型管混合器的壓降、發(fā)現(xiàn)其壓降主要與兩股混合物流的動董比有關(guān)?與物性基本無關(guān)?模擬計算了氣液系統(tǒng)的壓降■計算結(jié)果與實驗結(jié)果較為吻合，關(guān)竇詞：T型管混合器；迺降，西相流;費(fèi)量比中圖分箋藥碩廠—J在線混合技術(shù)通常用于化學(xué)反應(yīng)、傳熱、混合及氣化等

2、過程?可采用的設(shè)備很多?例如動態(tài)混合器、靜態(tài)混合器及射流混合器。T型管混合器就是一種典型的射流混合器⑴、主要有45。及90。兩種形式。由于其結(jié)構(gòu)簡單，能耗相對較低?混合效率較高、防腐、防垢及防堵性能亦較好?適宜于均相或非均相體系的混合?工程應(yīng)用較廣。T型管混合器的混合性能與其圧降密切相關(guān)。壓降較大時，其混合性能一般較好，但能耗隨之增加?壓降大到一定程度甚至?xí)绊懭到y(tǒng)的負(fù)荷；壓降較小時?其混合性能一般較差?對后續(xù)化學(xué)反應(yīng)等過程不利.目前，有關(guān)T型管混合器壓降研究的報道較少?特別對氣液兩相系統(tǒng)，因混合器內(nèi)流體流動涉及進(jìn)口段的氣液兩相流動過程?影響因素震雜，對

3、其壓降的研究更少?給工程設(shè)計帶來諸多因難?因此，研究T型管混合器圧降對工業(yè)混合器的設(shè)計有重要的指導(dǎo)意義。本文以Texaco渣袖氣化技術(shù)為背景、采用空氣■空氣系統(tǒng)、水?水系統(tǒng)及水■空氣系統(tǒng)考察了與工業(yè)混合器尺寸相當(dāng)?shù)?（r等直徑t型管混合器的壓力降及其影響因素，確定了壓降的計算模型。1過程分析Texaco氣化系統(tǒng)所采用的T型管蒸汽■渣油混合器基本結(jié)構(gòu)如圖1?；旌掀髦睆絛=血=血=分、混合段長度為氣相與液相經(jīng)過混合段混合后進(jìn)入后序工段。為保證后序工段的操作?氣相與液相需達(dá)到良好的混合效果。4國家自然科學(xué)基金資助項目〈295W233）收稿日期：）998-07-

4、32圖1T型管混合器基本結(jié)構(gòu)圖Fig.LConstructionofTee-mixer分析混合器壓降時采用下述假設(shè)：流動是穩(wěn)態(tài)的；忽略混合物流之間熱量交換;忽略相變對壓降的影響，忽略亜力的影響；忽略在流動橫截面上的壓力梯度。基于上述假設(shè)?T型管混合器壓降可分解為如下幾個部分：<1）兩股物流混合時動1ft交換引起的壓降4混合器中垂言進(jìn)料與混合后流體的運(yùn)動方向呈90。?在混合的同時該股物流與水平進(jìn)料進(jìn)行動#交換?產(chǎn)生加速壓降。該部分壓降可以通過動童守恒原理得岀，困堆在于如何確定混合器出口的物流速度分布。對于均相系統(tǒng)?一般可用平均速度計算.但對于氣■液兩相系統(tǒng)，

5、因在流動橫截面存在著速度分布及氣液兩相混合物的密度分布?在速度較高的管中心區(qū)域氣液混合物的密度較低?氣相所占份額相對較奇，而在速度較低的近壁區(qū)域密度較奇，液相所占份額相對較奇?所以用整體平均速度一般會引起較大誤差，需考慮氣液兩相間的平均速度差。另一方面，兩相進(jìn)行動量交換時?由于湍流而引起能量耗散、產(chǎn)生耗散壓降，該壓降難于通過理論計算得岀、需通過實驗考察，得出動量交換系數(shù)K。（2）沿程阻力損失引起的壓降厶門。該部分壓降由摩擦造成，當(dāng)雷諾數(shù)足夠大時?摩擦系數(shù)與流體的物性無關(guān)°對于氣液兩相系統(tǒng)?當(dāng)質(zhì)量流率大于2000kg/（m2-s）時可按均相模型計算閃。<3）

6、克服表面張力做功所產(chǎn)生的壓降△加，氣■液兩相系統(tǒng)混合時液相分散需克服我面張力做功.由此產(chǎn)生的壓降△池與分散后的平均滴徑及氣液界面張力有關(guān).總壓降“為上述三部分圧降之和■即△p=4pi+Apz十（1）△化已有較為成熟的計算方法?a>3與總壓降相比一?般可忽略?因此混合器壓降的研究重點(diǎn)應(yīng)是動量交換引起的壓降。對于氣液兩相系統(tǒng)?動最交換引起的壓降與混合后氣液兩相在水平管內(nèi)的流動流型密切相關(guān)。2實驗部分實驗裝置如圖2。對于空氣水系統(tǒng)?由壓縮機(jī)1送出的壓縮空氣經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計3后沿水平方向進(jìn)入混合器4?高壓泵5送出的水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計7后沿垂直方向進(jìn)入混合器?氣液混合物經(jīng)混

7、合器后放空。通過閥門的切換?該裝置還可分別用于空氣■空氣及水水系統(tǒng)混合壓降的研究。混合器直徑d=16mm?長度可連接等徑直管延長?對于空氣-水系統(tǒng)?其流動流型，采用有機(jī)玻璃混合器模型?以觀察兩相流動狀況。在測定系統(tǒng)壓降時采用碳鋼混合器模型?并在不同部位開測壓孔?安裝精密壓力表測定壓力。實驗條件為'空氣-水系統(tǒng)代5=34000?48000,也=100000?390000；水?水系統(tǒng):&.=34000?95000；空代■空氣系統(tǒng)舊死=30000?120000,圖2實鯊裝置圖Fig.2Schematicofexperimentalsystem1—Aircompr

8、essori2—ValxT3—Rotameteri4—Tee-m