基于FLUENT的SK型靜態(tài)混合器的數(shù)值模擬

石大留戀

所謂姜態(tài)混合器是指管道中無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件, 而是
以靜止元件改變流體在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài), 使其達(dá)到工
藝要求的設(shè)備。國(guó)外至今己有50余種形式、數(shù)萬(wàn)臺(tái)這
類(lèi)設(shè)備應(yīng)用于各生產(chǎn)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的SV 型、SX
型、SL型、SH 型及SK型系列靜態(tài)混合器, 迄今已有近
萬(wàn)臺(tái)(套)在企業(yè)中應(yīng)用。
1 SK 型靜態(tài)混合器
SK 型靜態(tài)混合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)由扭成180蓜葉片單
元體錯(cuò)開(kāi)90鋜列而成, 適用于化工、石油、制藥、食
品、精細(xì)化工、塑料、環(huán)保、合成纖維、礦冶等部門(mén)的混
合、反應(yīng)、吸收、萃取、配色、注塑、傳熱過(guò)程。對(duì)較小
流量并伴有雜質(zhì)或黏度 103Pa s的高黏性介質(zhì)尤
為適用。最高分散程度 10淜, 液 液、液 固相不
均勻度系數(shù) 5% , 其結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖如圖1所示。流體
在自身動(dòng)能的作用下進(jìn)入交錯(cuò)排列螺旋元件的管道,
在流動(dòng)中流體被迫產(chǎn)生切割、扭曲、分離和混合, 在這
里分流作用方式和徑向混合作用方式同時(shí)進(jìn)行[ 2] 。
11 分流作用
流體流經(jīng)一個(gè)扭旋葉片時(shí), 被葉片分割成兩部
分, 從葉片的兩側(cè)流入。當(dāng)流經(jīng)下一個(gè)葉片時(shí), 再一
圖1 SK型靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖
次被切割。顯然,
流體流經(jīng)n 個(gè)扭旋
葉片, 被切割n 次,
切割的層數(shù)S =
2n
, n 為螺旋元件
的個(gè)數(shù), 圖2 簡(jiǎn)單
顯示混合器內(nèi)物料被切割的情況。
圖2 混合器內(nèi)物料被切割圖
12 徑向混合作用方
式
流體在靜態(tài)混合管
壁向前移動(dòng)的同時(shí), 被
迫沿扭旋葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)
運(yùn)動(dòng), 其旋轉(zhuǎn)軸心為管
中心。除此之外, 流體
還有一種自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 即繞半圓形截面的水力學(xué)中
心作環(huán)形旋轉(zhuǎn)。而且專(zhuān)家們研究發(fā)現(xiàn), 流體的這種自
旋轉(zhuǎn)方向正好同扭轉(zhuǎn)方向相反。正是這種自旋轉(zhuǎn), 使
管內(nèi)任一處的流體在向前移動(dòng)的同時(shí), 不斷沿該處的
半徑方向向管壁移動(dòng), 實(shí)現(xiàn)徑向混合。由于相連的葉
片之間錯(cuò)開(kāi)90夾角, 且扭旋方向發(fā)生改變, 使流體在
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制造工藝/工藝裝備現(xiàn)代制造工程2006年第3期
流入下個(gè)螺旋葉片時(shí)被迫發(fā)生翻動(dòng), 湍動(dòng)程度增加,
加強(qiáng)了混合管的徑向混合作用。圖3所示為流體在管
內(nèi)自旋轉(zhuǎn)示意圖。
圖3 流體在管內(nèi)自旋轉(zhuǎn)示意圖
2 課題背景
本文研究的SK 型靜態(tài)混合器是用于某大型化纖
廠設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化改造, 需要混合的流體為非牛頓流體
PET (聚酯) , 其原先使用的是國(guó)外生產(chǎn)的K enics型混
合器, 國(guó)產(chǎn)的SK 型靜態(tài)混合器與K enics混合器的作
用單元相仿, 現(xiàn)改用國(guó)產(chǎn)的SK 型靜態(tài)混合器, 混合器
管子按工藝采用DN 125, 混合器與其相配。本文分別
比較了三種不同扭轉(zhuǎn)角度葉片的混合效果

風(fēng)之無(wú)形

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