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内置翼片静态混合器的三维流场模拟及结构优化

尹红霞  
【摘要】: 在水处理过程中,静态混合器在混凝的初始阶段起到了越来越重要的作用。本论文主要使用计算流体力学软件FLUENT对内置翼片静态混合器的三维流场情况与液-液两相流混合情况进行数值模拟,并结合湍流理论对速度场、压降、湍动能与混合情况进行了分析。 本文按文献建立了三种翼片下静态混合器的物理模型,比较翼片与管壁不同夹角时内置翼片静态混合器中的速度矢量场和流场变化情况,指出翼片背向水流来流方向时混合器可达到较好的混合效果;在翼片背向水流来流方向时,比较了小、宽、长三种不同翼片的静态混合器的压力降与湍动能,验证了长翼片式内置翼片混合器的混合效果较好,压降较小,是最适合实际应用的混合器类型;然后通过对长翼片混合器在不同流速下的的压降与湍动能比较,指出随流速的变化压降和湍动能的变化规律,又结合出口流速变化情况,选择流速范围为0.8~1.2m/s作为内置翼片静态混合器用于水处理方面时的入口流速。 本文比较了不同的药剂注入形式下接近入口的截面上的药剂体积含率,以及混合完全后的混合器出口处药剂体积含率,指出当加药管与原水管接触面的夹角为时的药剂注入形式的混合效果最好;通过比较同一截面上的药剂体积含率,指出由于翼片的扰流作用,使高速流体由轴心向边壁流动,药剂分布规律是由轴心向边壁扩散,最后在出口处达到完全混合。60 此外,对流动环境中三维圆形垂直浮力射流的实验进行数值模拟,通过速度分布图的比较验证使用Eulerian模型对浮射流(不同密度液-液两相混合)进行模拟的可行性。 最后,结合多种静态混合器的优点对内置翼片式静态混合器进行优化,并对优化后的流场、压降与湍动能的变化与优化前相比较,可知优化后静态混合器混合效果较好,并用两相流混合后药剂在截面上体积含率的变化情况进行了验证。


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