立交盘静态混合器的流场研究

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1、立交盘静态混合器的流场研究陆寒冰，刘春江，刘辉,袁希钢（天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室天津300072）摘要：采用激光多普勒测速仪（LDA）测定了新型立交盘静态混合器内流体的三维速度，得到Re在87到1746范围内流体流经混合器的流场变化，同时采用计算流体力学的方法进行模拟,两者吻合较好。实验和计算均表明：在装有两个混合元件的圆管中选取六个截面，轴向速度最大值在不同截面出现的位置不同，但数值上差别不大；而径向速度在通过混合器元件之后，数值明显增大。立交盘的出口截面矢量图显示四个大的漩涡，可引起强烈的

2、湍动。轴向和径向的速度等值线图显示出与混合器结构相对应的周期性。关键字：立交盘混合器，流场，LDA，CFDCharacterizationofflowbehaviorinanovelstaticmixerLUHanbing,LIUCuanjiang,LIUhui,YUANXigang(StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract：Thevelocityfliedinanovelstat

3、icmixer-Crossoverdisc(COD)isobtainedexperimentallyvialaserDoppleranemometry(LDA)andnumericallyviacomputationalfluiddynamics(CFD)forNewtonianfluidswithconstantdensityandviscosityintherangeofRefrom87to1746.Theexperimentaldataandthenumericalpredictionsisingooda

4、greementinmostcases.Bothexperimentandcalculationshowthatthehighestaxialvelocitiesoccurindifferentpositionsatsixdifferentsectionsinthetubewithtwomixersfixed,butthedifferencesbetweenmagnitudesofvelocitiesarenotlikelylarge.Thetransversevelocitiesinoutletsection

5、ofthemixerarefoundtobesignificantlyhighercomparingwiththevelocitiesintheinletsection.Foureddieswhichcanarosestrongturbulenceareobservedasaformofvectorinoutletsectionsoftwomixers.Analysisofvelocityfliedindicatesaspatiallyperiodicflowwhichmatchestheperiodicity

6、ofthemixergeometry.Keywords:CODstaticmixer;velocityfiled,LDA,CFD引言所谓静态混合器就是借助流体管路的不同结构，得以在很宽的雷诺数范围内进行流体的混合，而又没有机械式可动部件的流体管路结构体。自静态混合器问世以来，国内外已经商品化的静态混合器有几十种，其中应用最为广泛的有美国的凯尼斯（Kenics）型，瑞士的苏尔士(Sulzer)SMX和SMV型，日本的东利Hi型[1]。立交盘静态混合器是一种新型的静态混合器，本文将对其流动性能进行研究。无论是Ken

7、ics型还是SMX，SMV型静态混合器，国内外学者的相关报道都很多。以前的研究工作集中在以下几个方面：压降[2,3],停留时间分布[4]，功率耗散[5]，传热[6]，传质[7]，当然更多的是混合性能[8-10]的研究。但是关于静态混合器内部流动性能[11,12]的实验研究很少，原因是绝大多数静态混合器的结构复杂，导致深入混合器内部的实验研究不仅耗时而且对测量手段的要求很高。因此，相关的研究主要集中在数值模拟方面。Muzzio在中低雷诺数下计算了SMX型静态混合器中的流动特性，认为在雷诺数小于1时，流动情况不随雷

8、诺数变化，而由于惯性力的存在，在较高的雷诺数下，情况完全不同。激光多普勒流速仪（LDA或LDV）是一种综合了光学、激光、光电检测和信号处理以及试验流体力学等多学科知识而发展出的非接触流速测量技术。其原理性实验于1964年完成，发展至今已成为一门比较成熟的测量技术[13]。现在，这一技术已经广泛应用到各种场合的研究中：鼓泡塔，螺旋管，搅拌器，燃烧等。本文利用LDA测量了静态混合器内部的流