靜態(tài)混合器數值模擬研究與結構優(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系著水處理的結果。本文以靜態(tài)混合器為研究對象，采用數值模擬為主要方法，對內置長翼型靜態(tài)混合器進行數值模擬，對其內部流場進行了分析，并對其結構進行優(yōu)化?；跓o序混合理論，制作了一種新型靜態(tài)混合器結構，對其性能做了分析。
　　 區(qū)域離散是流動的數值計算中重要的一個步驟。對內置長翼型靜態(tài)混合器區(qū)域離散，即網格劃分時，由于其內部結構較為復雜采用分塊劃分網格的方法，管壁及翼片附近的

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

3、xoy面后半段不均勻系數COV的值與文獻31的實驗數據對比顯示，兩者雖然有些差別，但趨勢相同，吻合較好。
　　 數值模擬和實驗結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。進而，對上述內置長翼片、垂直入流、傾斜30°靜態(tài)混合器進行橫向偏轉翼片的優(yōu)化模擬，偏轉角度分別為15°、30°、45°.劃分阿格時，由于偏轉后不再具有對稱性且翼片與管壁間距較小，采用非結構化阿格劃分方法。橫向偏轉翼片后的流場模擬表明

4、，其翼片后斷面上出現(xiàn)了周向運動，而原模型(橫向偏轉0。)并沒有周向運動只有徑向運動，這種大范圍的對流將極大地促進混合；分別計算的原模型、偏轉15。、30。、45。時出口斷面的不均勻系數cOV值呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，偏轉角度30。取得最小值，即在偏轉30°時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論偏轉30°后所獲得的靜態(tài)混合器性能最佳。
　　 靜態(tài)混合

5、器內混合元件擺放位置的周期性變化和不平行性，可以使流動產生周期性的流向變化，這將極大地促進混合效果，即實現(xiàn)無序混合?；跓o序混合理論，制作了一種新型結構——變徑螺旋帶靜態(tài)混合器，其內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，并布滿整個橫斷面，從而能夠在不同位置給予流動以擾動。對其混合過程進行的模擬表明，出口不均勻系數COV值，小于0.05達到了均勻混合，混合效果相對于內置長翼型靜態(tài)混合器提高了10倍：計算了軸線上