静态混合器是20世纪70年代发展起来的一种新(xīn)型高效化工单元设备。在众多(duō)类型的静态混合器中, 使用(yòng)较為(wèi)广泛的是HEV型静态混合器,这种混合器具有(yǒu)内部结构简单、流动阻力小(xiǎo)、压力损失小(xiǎo)以及加工制造相对容易等特点。為(wèi)了使HEV型静态混合器能(néng)更好地应用(yòng)于工业生产,有(yǒu)必要对其流體(tǐ)力學(xué)性能(néng)进行研究,找到优化其结构的方法,使之掺混效果和经济性提高。
本文(wén)采用(yòng)目前國(guó)际流行商(shāng)用(yòng)CFD软件Fluent6.1,对HEV型静态混合器在不同翼片排列方式下的流场进行了模拟计算,依据模拟结果对它们的性能(néng)进行了分(fēn)析比较。
HEV型静态混合器内置翼片设计
流體(tǐ)流过静态混合器形成的湍流场特性决定了两相流的传质、混合效果,而湍流场变化与混合器的内置翼片结构和排列方式直接相关。翼片有(yǒu)大小(xiǎo)長(cháng)短之分(fēn),先前研究发现長(cháng)翼片对掺混作用(yòng)较大;翼片内置角度对掺混效果有(yǒu)一定影响,角度越大混合强度越大,但翼片角度大也会带来流动阻力大,翼片加工要求高等问题;翼片内置排数是混合效果的重要影响因素, 3排翼片的混合器混合效果比1排和2排的效果提高幅度大,能(néng)够达到混合的初步要求,因此,选用(yòng)内置3排45°角度長(cháng)翼片来分(fēn)析计算翼片的排列方式对H E V型静态混合器掺混效果的影响。
翼片的排列方式会引起不同扰动,造成静态混合器内产生不同的速度场和湍流场,在此,模拟计算HEV型静态混合器内置翼片在顺排和错排两种方式下的混合效果。HEV型静态混合器内置翼片排列结构如图1。
2 建模及网格划分(fēn)
HEV型静态混合器模型三维建模,采用(yòng)長(cháng)径比為(wèi)6,两,个入口第一入口与第二入口的管径比為(wèi)4,3排翼片等距排列,计算网格采用(yòng)四面體(tǐ)的拓扑结构,网格数為(wèi)52万,在翼,片表面及管道壁面处的网格进行了加密处理(lǐ)。整體(tǐ)网格划分(fēn)如图2所示。
控制方程
湍流模型采用(yòng)标准模型,其控制方程包括连续性方程、动量方程、能(néng)量方程、方程和方程, 其通用(yòng)式為(wèi):