基于空氣與氧氣混合的管道混合器數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、管道混合器作為一種重要的氣-氣混合工具，具有混合劇烈、性能可靠、傳質(zhì)傳熱快、工藝連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。本論文研究內(nèi)容為某企業(yè)委托研究項(xiàng)目，要求在設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)，設(shè)計空氣-氧氣管道混合器，使得在最短的混合長度上，氧氣均勻度滿足要求。
　　論文通過理論分析，研究了單孔直管管道混合器內(nèi)氣體射流軌跡以及射流軸線上氧氣濃度變化規(guī)律。在Fitzgerald、O'Leary等人提出了直管混合器設(shè)計公式的基礎(chǔ)上，考慮到本項(xiàng)目氣體混合的參數(shù)范圍，論文提出了一

2、種新的直管混合器設(shè)計公式d/D=5.4(q/Q)，利用該設(shè)計公式，(1)設(shè)計了單孔直管混合器。(2)在提出多孔射流是多個單孔射流的線性疊加的前提下，設(shè)計了雙孔直管混合器、四孔直管混合器。(3)在分析彎管流動的基礎(chǔ)上，論文提出在直管后增設(shè)彎管的彎管混合器，并設(shè)計了單孔彎管混合器、雙孔彎管混合器和四孔彎管混合器。
　　對三種型式的直管管道混合器進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明，(1)在x/D=2～10區(qū)間內(nèi)，氧氣射流軸心線與主管軸線相切，即濃

3、度最大的點(diǎn)位于圓管的軸心線上，符合幾何中心射流判別準(zhǔn)則，驗(yàn)證了本論文提出的管道混合器設(shè)計公式正確。(2)主管橫截斷面上氧氣濃度均方根的值表明，單孔直管混合器的最大，雙孔直管混合器的次之，四孔直管混合器的最小，即孔數(shù)越多，均方根值越小，因此選用四孔直管混合器，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為:孔徑2.5mm，沿周向均勻布置。
　　論文對四種型式的彎管管道混合器內(nèi)空氣-氧氣混合進(jìn)行了數(shù)值模擬。主管橫截斷面上氧氣濃度均方根的值表明，外側(cè)單孔彎管混合器的最大

4、，內(nèi)側(cè)單孔彎管混合器的次之，雙孔和四孔彎管混合器的最小，因此，選用雙孔或四孔彎管混合器。雙孔混合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)為:孔徑5.0mm，分別布置在彎管的內(nèi)側(cè)和外側(cè);四孔結(jié)構(gòu)參數(shù)為:孔徑2.5mm，沿周向均勻布置。
　　對直管混合器和彎管混合器的混合效果進(jìn)行了比較研究。在x/D=10的斷面上，雙孔直管和彎管混合器氧氣濃度均方根的值分別為1.21％和0.48％，四孔直管和彎管混合器氧氣濃度均方根的值分別為0.34％和0.32％，即彎管管道混合