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静态混合器是一种应用广泛的工业流体混合设备,由于无机械转动部件,安装和使用方便。其中SMX型静态混合器用于非牛顿流体混合时具有混合效果好、压降低等优点。目前关于剪切稀化流体在SMX型静态混合器内的流动特性以及混合规律的研究较少。同时,关于SMX型静态混合器结构参数对混合效果的影响机制仍不清楚。本文采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法对SMX型静态混合器内剪切稀化流体流动及混合过程进行模拟研究。结合CFD模拟结果,分析SMX型静态混合器内流体流动及混合机理,并研究结构参数对混合效果的影响机制,指导SMX型静态混合器设计应用。
系统研究了SMX型静态混合器内剪切稀化流体的流动规律。相比于牛顿型流体,剪切稀化流体在SMX型静态混合器内的粘度及速度场分布呈现不均一的特点:在层流条件下,速度梯度较小,混合单元内流体的平均粘度较大;在湍流条件下,速度梯度较大,混合单元内流体的平均粘度较小。混合元件内最大速度可达入口速度的2.5倍。随着流速的提高,尽管流体粘度有所降低,但混合器总体压降仍明显增大,因此对于剪切稀化流体的混合应选择层流状态下操作。
系统研究了剪切稀化流体在SMX型静态混合器内的混合规律。增大流速有助于提升流体的混合效果,但流速的增加会导致压降明显增大。综合考虑压降和混合效果,对于黄原胶-水体系以及醪液-浓硫酸体系,给出了适合的入口流速。计算结果表明,流体流经混合元件时,在其内部结构的导向及切割作用下,实现流体的径向流动及汇合。由于板片存在一定的角度,加强了流体的径向混合,进而促进其在径向的均匀分布。
系统研究了SMX型静态混合器结构参数对剪切稀化流体混合效果的影响。随着板片数的增加,加强了流体的分割作用,提高了混合元件内部的速度梯度,有效降低整体粘度,促进流体流动及混合,总体压降不断增大。随着板片宽度的增加,使混合器内剪切稀化流体的速度梯度增大,粘度降低,进而改善混合效果,总体压降变化趋势为先减小后增大。综合考虑压降及混合效果,SMX型静态混合器用于剪切稀化流体混合时的板片数推荐为8~10块,板片宽度推荐值为0.0275~0.03m。
系统研究了SMX型静态混合器内剪切稀化流体的流动规律。相比于牛顿型流体,剪切稀化流体在SMX型静态混合器内的粘度及速度场分布呈现不均一的特点:在层流条件下,速度梯度较小,混合单元内流体的平均粘度较大;在湍流条件下,速度梯度较大,混合单元内流体的平均粘度较小。混合元件内最大速度可达入口速度的2.5倍。随着流速的提高,尽管流体粘度有所降低,但混合器总体压降仍明显增大,因此对于剪切稀化流体的混合应选择层流状态下操作。
系统研究了剪切稀化流体在SMX型静态混合器内的混合规律。增大流速有助于提升流体的混合效果,但流速的增加会导致压降明显增大。综合考虑压降和混合效果,对于黄原胶-水体系以及醪液-浓硫酸体系,给出了适合的入口流速。计算结果表明,流体流经混合元件时,在其内部结构的导向及切割作用下,实现流体的径向流动及汇合。由于板片存在一定的角度,加强了流体的径向混合,进而促进其在径向的均匀分布。
系统研究了SMX型静态混合器结构参数对剪切稀化流体混合效果的影响。随着板片数的增加,加强了流体的分割作用,提高了混合元件内部的速度梯度,有效降低整体粘度,促进流体流动及混合,总体压降不断增大。随着板片宽度的增加,使混合器内剪切稀化流体的速度梯度增大,粘度降低,进而改善混合效果,总体压降变化趋势为先减小后增大。综合考虑压降及混合效果,SMX型静态混合器用于剪切稀化流体混合时的板片数推荐为8~10块,板片宽度推荐值为0.0275~0.03m。