T型管混合器压降研究

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1、Vol.2SM>・21999・U4华东理工大学学报JournalofEastChinaUniversityofScienceandTechnologyT型管混合器压降研究+HQ呵刘海峰王辅臣”纪利俊吴韬于遵宏・（车応工匚号资源馬环境工程学院•上海200237）提要：采用气■气、液液及气■液系统研究了一类在工业上广泛应用的T型管混合器的压降、发现其压降主要与两股混合物流的动董比有关•与物性基本无关•模拟计算了气液系统的压降■计算结果与实验结果较为吻合，关竇词：T型管混合器；迺降，西相流;费量比中图分箋药硕厂—J在线混合技术通常用于化学反应、传热、混合及气化等

2、过程•可采用的设备很多•例如动态混合器、静态混合器及射流混合器。T型管混合器就是一种典型的射流混合器⑴、主要有45。及90。两种形式。由于其结构简单，能耗相对较低•混合效率较高、防腐、防垢及防堵性能亦较好•适宜于均相或非均相体系的混合•工程应用较广。T型管混合器的混合性能与其圧降密切相关。压降较大时，其混合性能一般较好，但能耗随之增加•压降大到一定程度甚至会影响全系统的负荷；压降较小时•其混合性能一般较差•对后续化学反应等过程不利.目前，有关T型管混合器压降研究的报道较少•特別对气液两相系统，因混合器内流体流动涉及进口段的气液两相流动过程•影响因素震杂，对

3、其压降的研究更少•给工程设计带来诸多因难•因此，研究T型管混合器圧降对工业混合器的设计有重要的指导意义。本文以Texaco渣袖气化技术为背景、采用空气■空气系统、水•水系统及水■空气系统考察了与工业混合器尺寸相当的9（r等直径t型管混合器的压力降及其影响因素，确定了压降的计算模型。1过程分析Texaco气化系统所采用的T型管蒸汽■渣油混合器基本结构如图1。混合器直径d=血=血=分、混合段长度为气相与液相经过混合段混合后进入后序工段。为保证后序工段的操作•气相与液相需达到良好的混合效果。4国家自然科学基金资助项目〈295W233）收稿日期：）998-07-

4、32图1T型管混合器基本结构图Fig.LConstructionofTee-mixer分析混合器压降时采用下述假设：流动是稳态的；忽略混合物流之间热量交换;忽略相变对压降的影响，忽略亜力的影响；忽略在流动横截面上的压力梯度。基于上述假设・T型管混合器压降可分解为如下几个部分：<1）两股物流混合时动1ft交换引起的压降4混合器中垂言进料与混合后流体的运动方向呈90。・在混合的同时该股物流与水平进料进行动#交换•产生加速压降。该部分压降可以通过动童守恒原理得岀，困堆在于如何确定混合器出口的物流速度分布。对于均相系统•一般可用平均速度计算.但对于气■液两相系统，

5、因在流动横截面存在着速度分布及气液两相混合物的密度分布•在速度较高的管中心区域气液混合物的密度较低•气相所占份额相对较奇，而在速度较低的近壁区域密度较奇，液相所占份额相对较奇•所以用整体平均速度一般会引起较大误差，需考虑气液两相间的平均速度差。另一方面，两相进行动量交换时•由于湍流而引起能量耗散、产生耗散压降，该压降难于通过理论计算得岀、需通过实验考察，得出动量交换系数K。（2）沿程阻力损失引起的压降厶门。该部分压降由摩擦造成，当雷诺数足够大时•摩擦系数与流体的物性无关°对于气液两相系统•当质量流率大于2000kg/（m2-s）时可按均相模型计算閃。<3）

6、克服表面张力做功所产生的压降△加，气■液两相系统混合时液相分散需克服我面张力做功.由此产生的压降△池与分散后的平均滴径及气液界面张力有关.总压降“为上述三部分圧降之和■即△p=4pi+Apz十（1）△化已有较为成熟的计算方法・a>3与总压降相比一•般可忽略•因此混合器压降的研究重点应是动量交换引起的压降。对于气液两相系统•动最交换引起的压降与混合后气液两相在水平管内的流动流型密切相关。2实验部分实验装置如图2。对于空气水系统•由压缩机1送出的压缩空气经转子流量计3后沿水平方向进入混合器4•高压泵5送出的水经转子流量计7后沿垂直方向进入混合器•气液混合物经混

7、合器后放空。通过阀门的切换•该装置还可分别用于空气■空气及水水系统混合压降的研究。混合器直径d=16mm・长度可连接等径直管延长•对于空气-水系统•其流动流型，采用有机玻璃混合器模型•以观察两相流动状况。在测定系统压降时采用碳钢混合器模型•并在不同部位开测压孔•安装精密压力表测定压力。实验条件为'空气-水系统代5=34000〜48000,也=100000〜390000；水•水系统:&.=34000〜95000；空代■空气系统旧死=30000〜120000,图2实鲨装置图Fig.2Schematicofexperimentalsystem1—Aircompr

8、essori2—ValxT3—Rotameteri4—Tee-m