SL型静态混合器的改进结构与两相流分析_吴青.pdf

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1、第30卷第1期北京工商大学学报(自然科学版)Vol.30No.1622012年1月JournalofBeijingTechnologyandBusinessUniversity(NaturalScienceEdition)Jan．2012文章编号:1671-1513(2012)01-0062-04SL型静态混合器的改进结构与两相流分析122吴青，郝丽燕，任京生(1．北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048;2．首钢工学院，北京100144)摘要:提出了一种SL型静态混合器的改进结构，对其内部结构加以描述

2、，并对其中两相流的流动场进行分析．考虑实际装置结构内部两相流流动状态下参数之间的相互关系，对其进行理论研究．两相流通过改进的静态混合单元受到撞击、形成分离、绕流以及融合，持续加强混合效果．通过对真实湍流流态所做的解析，可为进一步完善SL型静态混合器的改进结构与参数的选择及优化提供依据．关键词:静态混合器;单元结构改进;两相流分析中图分类号:TS223文献标志码:A静态混合器是先进的混合单元装置．因其体积态混合单元构成(见图1)，其单元内部为几层相互小、结构简单、制造容易、安装维护方便，特别是不需直立交叉的薄不锈

3、钢宽横条叶片按X型规律排列要动力驱动，在两相流的混合与吸收操作中可以替叠摞焊接在一起填充在外管内．同层横条相互隔开代传统的动力搅拌混合设备．其中SL型静态混合相同距离且平行，横条排列方向与管壳轴线呈45°，器特别适宜食品行业的油脂加工，可用于处理黏度相邻两层横条互呈90°．而在上下横条之间焊有一4≤10P或伴有高聚合物介质的混合并同时进行传根直不锈钢圆棒(见图2)．热、混合与传热反应的热交换器，加热或冷却黏性产品等单元操作．传统的SL型静态混合器结构简单、成本低，与其它类型的静态混合器相比，两相流的流动能量损失

4、小．但由于其单元结构内部的叶片少、叶片间隔较大，因此混合效果会有所降低，需通过增加单元数量来弥补．为解决此问题，缩短混合器的长度，提高两相流的混合效率，作者对传统的SL型静态混合器的单元结构加以改进．同时对工作时通道内部的湍1．静态混合单元;2．外管．流混合状态进行分析，以便能够进一步确定和改进图1SL改进型静态混合器结构示意Fig．1StructureofimprovedSLtypestaticmixer静态混合单元组件、通道形状以及相关结构，达到优1.2静态混合器流道内流体的流动状态化设计的目的．两相流沿轴

5、向流进静态混合单元后，按单元结1SL型静态混合器的改进结构及流构分为两股流．对于同一层的液流，其中一股主流动状态转过45°进入叶片之间的通道形成无阻碍顺流;另一股反方向拐45°，受到叶片阻挡，只能绕过叶片形1.1SL型静态混合器的改进结构特点成垂直平板绕流．两叶片间隙之后的通道上下空间改进后的SL型静态混合器是由多组改进的静突然扩大，顺流液通过后与相邻液流形成垂直撞击收稿日期:2011-09-28作者简介:吴青，男，副教授，主要从事流体工程、食品机械等方面的研究．第30卷第1期吴青等:SL型静态混合器的改进结构

6、与两相流分析63(υ1u1)(υ1υ1)(υ1w1)1p++=－+x1y1z1ρy12Δ(υ1'u1')(υ1'υ1')(υ1'w1')νυ1－[++]，x1y1z1(w1u1)(w1υ1)(w1w1)1p++=－+x1y1z1ρz12Δ(w1'u1')(w1'υ1')(w1'w1')νw1－[++]．x1y1z1(1)其中u1=u槇1－u1'，υ1=υ槇1－υ1'，w1=w槇1－w1'．式(1)中，u1、υ1、w1分别为x1、y1、z1速度分量的平1．圆

7、棒;2．叶片．均随机值;u1'、υ1'、w'1分别为x1、y1、z1速度分量的平图2SL改进型静态混合单元组件结构均脉动值;u槇1、υ槇1、w槇1分别为x1、y1、z1速度分量的随Fig．2StructureofimprovedSLtypestaticmixingunit混合，随后经过的间隙通道又缩小．绕流液在绕叶机值;u1'、υ1'、w1'分别为x1、y1、z1速度分量的脉动值;ρ为两相流的平均密度;p为两相流的平均压力;ν片时通道缩小，与相邻液流形成垂直冲击，随后流道为两相流的运动黏性系数．再扩大，成为波浪

8、流．不论是顺流还是绕流，在沿同2.2两相流在静态混合单元的顺流分析方向通道至外管壁时受到阻挡，又撞击转向．由于两相流体沿外管轴线进入静态混合单元后，静态混合单元特殊的纵横交错结构，使得两相流在冲到倾斜45°的叶片表面便分成顺流与绕流两流道中时而左旋时而右旋，不断改变流动方向，不仅股．假定两相流在叶片表面一定距离之外的速度将中心液流冲向周边，而且将周边的流体推向中心，分布是均匀的．取两相