SD型靜態(tài)混合器壓力降的特性分析.pdf

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1、化工機(jī)械2010年SD型靜態(tài)混合器壓力降的特性分析’吳劍華樹陳萬海王宗勇(沈陽化工學(xué)院)摘要借助計算流體力學(xué)軟件FLUENT5／6，對含有3個流道的螺旋式靜態(tài)混合器在不同的長寬比和雷諾數(shù)下的流動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明。當(dāng)螺旋片長寬比為4：1時該混合器壓力降與雷諾數(shù)的1．715次方成正比；當(dāng)雷諾數(shù)一定時，壓力降與混合元件單元數(shù)在雙對數(shù)坐標(biāo)下成線性分布規(guī)律；壓力降隨著螺旋葉片長寬比的減小而增大；該混合器的壓力降與對應(yīng)結(jié)構(gòu)的SK型靜態(tài)混合器基本相同，大約是相同直徑和管長的光滑空管壓力降的lO倍。關(guān)鍵詞靜態(tài)混合器壓力降數(shù)值模擬中圖分類號TQl051．

2、7+l文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0254—6094(20lO)05—0604七5靜態(tài)混合器是一種新型高效節(jié)能的化工單元設(shè)備?，其結(jié)構(gòu)是在圓形管道內(nèi)放置特殊結(jié)構(gòu)的組合元件，依靠流體本身的動力，使難溶或不相溶的物質(zhì)受到流道形狀和截面變化等約束，進(jìn)行分流切割、合流剪切以及旋轉(zhuǎn)攪動等運(yùn)動，最后達(dá)到良好的分散和混合效果。目前靜態(tài)混合器已經(jīng)在化工、石油、環(huán)保、食品以及醫(yī)藥等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用"1。由于國內(nèi)外多位學(xué)者經(jīng)過一定的理論與試驗研究后，對幾種較成熟的靜態(tài)混合器(如SK、SV、sMx型)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，均得出了較好的結(jié)果¨。-。多流道螺旋靜態(tài)混合器是在sK型靜

3、態(tài)混合器的設(shè)計理念上發(fā)展而來的一種新型靜態(tài)混合器(類型以SD為代表)，與sK型靜態(tài)混合器相比，sD型靜態(tài)混合器可產(chǎn)生更加強(qiáng)烈的流體切割作用，流體湍動程度會進(jìn)一步增強(qiáng)，理論上混合效果會得到提高，但一般情況下混合效果的提高往往是以消耗系統(tǒng)壓降為代價的，為確定該靜態(tài)混合器的混合效率(混合效果與混合壓降之比)是否優(yōu)于傳統(tǒng)靜態(tài)混合器，有必要先對其壓力降特性進(jìn)行詳細(xì)分析，同時靜態(tài)混合器的壓力降特性直接關(guān)系到確定新建裝置所需泵的壓頭以及核算技改裝置是否適合于原來流程輸送設(shè)備的能力。為此，筆者擬通過數(shù)值模擬的方法得到該種新型靜態(tài)混合器的壓力降特性，從而為研究開發(fā)該種混

4、合器提供～定的理論基礎(chǔ)。1數(shù)值模型1．1混合器結(jié)構(gòu)SD型靜態(tài)混合器的結(jié)構(gòu)特點是在同一個橫截面上具有多個旋向相同的螺旋片，這些螺旋片構(gòu)成多個螺旋通道，成為一個混合單元，相鄰混合單元的螺旋通道旋向相反且錯開一定角度，從而實現(xiàn)流體的剪切、扭轉(zhuǎn)及混合。為便于混合元件的安裝及定位，所有螺旋片均固定在一根較細(xì)的心軸上，該混合器的剖視結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1SD型靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)圖SD型靜態(tài)混合器幾何及流體參數(shù)如下：混合管內(nèi)徑D68mm心軸直徑d8mm混合器總長l000mm·遼寧省教育廳高校重點實驗室項目(2008s179)?！ぁ莿θA，男，1951年1月生，教授，碩士生

5、導(dǎo)師，黨委書記。遼寧省沈陽市，110142。第37卷第5期化工機(jī)械605進(jìn)(出)口空管段長140mm螺旋片的厚度62mm螺旋片軸向長度￡120mm螺旋片扭轉(zhuǎn)角口1800流體介質(zhì)水(常溫)流體的密度p998．2kg／m3流體的粘度肛1．03mPa·s為了分析混合元件結(jié)構(gòu)對壓力降特性的影響，選取3種規(guī)格的螺旋片，其長寬比分別為4：1、3：l、2：l。在混合器直徑不變的情況下，為保證總的混合長度相同，相應(yīng)長寬比的混合元件分別由6、8、12個混合單元構(gòu)成。每個單元上有3個相同扭轉(zhuǎn)角和軸向長度的葉片組成，葉片相互錯開120。，焊接在直徑為8mm的圓柱心軸上，相鄰

6、混合單元對應(yīng)葉片錯開600。1．2網(wǎng)格劃分使用F1uent中的前處理程序Gambit生成非結(jié)構(gòu)體四面體網(wǎng)格，整個混合器在6單元長寬比4：1時共劃分為2550309個網(wǎng)格單元、444831個節(jié)點；8單元長寬比3：1時共劃分為2919655個網(wǎng)格單元、507325個節(jié)點；12單元長寬比2：1時共劃分為2792186個網(wǎng)格單元、487701個節(jié)點。1．3湍流模型在現(xiàn)有研究文獻(xiàn)中選用較多的是標(biāo)準(zhǔn)危一占模型，雖然這種模型能模擬混合器的流場特性，但它是一種針對高m數(shù)的湍流計算模型，對尺e數(shù)較低的流動以及用于強(qiáng)旋流、彎曲壁面流動或彎曲流線流動時會出現(xiàn)問題，而real

7、izable七．s模型與標(biāo)準(zhǔn)七一8模型的主要區(qū)別是湍流粘度計算公式中引入了與旋轉(zhuǎn)和曲率有關(guān)的內(nèi)容，realizable后噌模型也被有效地用于各種不同類型的流動模擬，包括旋轉(zhuǎn)均勻剪切流、包含有射流和混合流的自由流動、管道內(nèi)流動、邊界層流動以及帶有分離的流動等¨。。前人研究結(jié)果指出sK型靜態(tài)混合器在300150和sL型靜態(tài)混合器在Re>100即進(jìn)入湍流狀態(tài)¨?。針對本混合器與SK型靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)相似以及采用的船數(shù)值范圍為100—12000的特點，綜合前人的研究結(jié)果選用realizableJ

8、}．占模

9、型進(jìn)行模擬。1．4邊界條件及求解器選取在本文的模擬中，邊界條件采取如下設(shè)置：a．進(jìn)口邊界條件。