混合過程的特性和放大效應的CFD模擬.pdf

1、混合是工業(yè)生產中最常用、最重要的操作之一,在動量傳遞、傳質和傳熱以及反應過程中都需要采取強化混合的措施以達到最佳的效果。目前,生產大規(guī)模化已然成為化工生產的發(fā)展趨勢,然而裝置放大后產生的放大效應會使得化工生產的大規(guī)?；嬖诤艽箫L險。因此,對混合設備中混合過程進行研究,弄清混合特性,研究放大效應,對混合設備的優(yōu)化與放大具有重要的意義。
　　本文對三種混合設備混合的穩(wěn)態(tài)過程進行模擬研究,同時對混合設備進行放大,考察放大后可能存在的放大

2、效應。
　　首先,本文應用 FLUENT軟件和平面激光誘導技術對噴射混合器進行研究,得出以下結論:
　　(1)運用Realizableε-k湍流模型研究了噴射混合器的流體力學特性與混合過程,獲得了速度場、壓力場、濃度場的分布信息。模擬結果表明,在噴射器混合段和擴散段前部存在湍流核心區(qū)域,在此區(qū)域內速度、湍動能、湍流耗散率數值最高,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料與初始方向

3、對噴射器內速度分布形式的影響,以研究速度分布的偏轉對噴射器器壁的沖刷。結果表明,隨著速度比從4變化到到0.25,發(fā)現噴射器內速度分布形式從下凹形變化到上凸形,速度核心向遠離次流進料口一側偏轉,且引射流量越大偏轉越嚴重,對器壁的沖刷作用大。同時,當引射流體進料角度從0°變化到45°,發(fā)現速度核心從向遠離次流進料口偏轉變?yōu)橄虼瘟鬟M料一側偏轉,且當角度為24°時速度分布無明顯偏移,此時對器壁的沖刷作用最小。
　　(3)運用 PLIF實驗

4、手段獲得噴射器內濃度場分布,并研究了操作參數對噴射器混合性能的影響,結果發(fā)現,當固定射流流量時,噴射器內濃度達到均勻所需的距離隨著引射流量的降低而縮短;當固定引射流體流量時,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,所需距離隨著引流和射流的絕對速度的增加而縮短。因此,當射流/引流比值較大時,有利于混合。
　　(4)用數值模擬手段對噴射器進行放大研究,結果表明放大后噴射器存在放大效應。放大效應是放大前后,設

5、備內某些場不能重復同樣的結果。在本文中,噴射器的放大效應主要體現在放大后湍流耗散率與渦量在數值上與放大前有明顯的差別,放大后這兩個量的數值明顯減小,完全混合所需的實際距離增加,而放大后速度與湍動能變化不明顯。對于無擴散角度的噴射器,其放大效應也同樣體現在湍流耗散率、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,本文應用 Standardε?k湍流模型對 SK型靜態(tài)混合器的流體流動和混合進行模擬研究,

6、計算結果表明,靜態(tài)混合器內流場分布與混合元件的形狀有關,速度、湍動能等的分布具有周期性,對水和鹽水以及水和甲苯的混合均有很好的效果。同時,對 SV型、SX型及 HEV型靜態(tài)混合器的混合特性的模擬結果表明,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 SK型靜態(tài)混合器進行放大研究,發(fā)現放大后存在放大效應,主要體現在湍流耗散率與渦量數值降低,并且完成混合所需的實際距離增加。
　　最后,應用多重參考系(MRF)的