Lightnin静态混合器内瞬态流场POD分析及混合特性研究

禹言芳 李中根 孟辉波 刘振江 吴剑华

(沈阳化工大学 辽宁省高效化工混合技术重点实验室， 沈阳 110142)

引 言

静态混合器是一种依靠管道内周期排列的螺旋元件对流体不断的分割、变形、移位及混合的在线、高效混合设备，与搅拌混合器相比，具有结构简单、空间占有率小、停留时间短、耗能低及维修成本低等优点[1-2]，因此广泛应用于精细化工、水处理、制药工业、生物化工等工业过程[3]。

掌握静态混合器内流场的湍流特性规律对现有静态混合器的结构优化及新型静态混合元件的开发具有重要意义[4-6]。Tajima等[7]采用Kenics型静态混合器(KSM)对水和液态CO2生成CO2水合物的混合过程进行实验研究，结果表明湍流状态下随着KSM元件数量增加，液滴尺寸逐渐变小。Jaworski等[8]采用大涡模拟(LES)和非定常雷诺平均NS方程(RANS)两种方法，对KSM内两相流的湍动能和耗散率等参数估计进行了有效性分析。Regner等[9]利用计算流体动力学(CFD)软件分析了层流状态下不同长径比的Lightnin静态混合器(LSM)内的流场结构，研究发现带有曲率的混合元件交错处会产生径向二次流旋涡。本课题组前期采用大涡模拟分析KSM内二次流径向涡的形成诱因及演化过程，从多纵向涡的角度探讨了扭旋叶片对流体力学性能及传热性能的影响机理[10]；并对LSM中高黏度流体的层流流动和混合特性进行数值模拟，发现LSM内高黏度流体的混合性能优于KSM[11]；随后分析了LSM内湍流的传热特性和旋涡演化过程，结果表明半径尺度的强制涡受到LSM混合元件的影响逐渐耗散且被诱导形成两对迪恩涡，强化了LSM的传热性能[6]。……