靜態混合器是20世紀70年代發展起來的一種新型高效化工單元設備。在眾多類型的靜態混合器中, 使用較為廣泛的是HEV型靜態混合器,這種混合器具有內部結構簡單、流動阻力小、壓力損失小以及加工制造相對容易等特點。為了使HEV型靜態混合器能更好地應用于工業生產,有必要對其流體力學性能進行研究,找到優化其結構的方法,使之摻混效果和經濟性提高。
本文采用目前國際流行商用CFD軟件Fluent6.1,對HEV型靜態混合器在不同翼片排列方式下的流場進行了模擬計算,依據模擬結果對它們的性能進行了分析比較。
HEV型靜態混合器內置翼片設計
流體流過靜態混合器形成的湍流場特性決定了兩相流的傳質、混合效果,而湍流場變化與混合器的內置翼片結構和排列方式直接相關。翼片有大小長短之分,先前研究發現長翼片對摻混作用較大;翼片內置角度對摻混效果有一定影響,角度越大混合強度越大,但翼片角度大也會帶來流動阻力大,翼片加工要求高等問題;翼片內置排數是混合效果的重要影響因素, 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,能夠達到混合的初步要求,因此,選用內置3排45°角度長翼片來分析計算翼片的排列方式對H E V型靜態混合器摻混效果的影響。
翼片的排列方式會引起不同擾動,造成靜態混合器內產生不同的速度場和湍流場,在此,模擬計算HEV型靜態混合器內置翼片在順排和錯排兩種方式下的混合效果。HEV型靜態混合器內置翼片排列結構如圖1。
2 建模及網格劃分
HEV型靜態混合器模型三維建模,采用長徑比為6,兩,個入口第一入口與第二入口的管徑比為4,3排翼片等距排列,計算網格采用四面體的拓撲結構,網格數為52萬,在翼,片表面及管道壁面處的網格進行了加密處理。整體網格劃分如圖2所示。
控制方程
湍流模型采用標準模型,其控制方程包括連續性方程、動量方程、能量方程、方程和方程, 其通用式為: