Side-Tee混合器内微观混合行为研究

选用碘化物-碘酸盐体系，利用化学探针法对Side-Tee混合器在较高雷诺数下微观混合效率进行了研究。考察了不同影响参数（如雷诺数、体积流率比、反应物浓度、粘度、管径）对Side-Tee混合器微观混合性能的影响，并用离集指数来表征其微观混合特性。结果表明，雷诺数大于12000后碘化物-碘酸盐反应体系对混合器内微观混合状况不敏感。基于团聚模型，估算出Side-Tee混合器在实验条件下的微观混合时间为3×10^-5～3×10^-4s。表明这一型式的反应器对于快速反应尤其是纳米材料制备过程具有替代传统搅拌槽反应器的优势。

振动混合器内上浮颗粒悬浮特性数值模拟

对振动混合器内颗粒悬浮特性的深入了解,可为该类混合器的结构设计和优化提供依据.借助计算流体力学技术(computational fluid dynamics,CFD),应用欧拉-欧拉双流体模型对上浮颗粒在振动混合器内的悬浮特性进行了数值模拟研究.振动盘的往复运动采用动网格技术进行处理.通过模拟得到了混合器内的流场和颗粒的动态悬浮特性,并将模拟结果与文献试验数据对比验证模型准确性.结果表明,振动混合器内流场的典型特征为在振动盘的上方和下方各形成一循环涡流,涡流强弱随振动盘往复运动周期变化,但涡流方向保持不变,颗粒在混合器内悬浮分别经历均匀性快速变好、略微变好和动态稳定悬浮3个阶段.提高频率和增大振幅均可以使颗粒更快达到稳定悬浮,且悬浮的均匀性更好,但增大振幅会使悬浮的均匀波动性有所变大.增大固含量可使颗粒悬浮的均匀性增加,波动性减小.

基于SiIGBT与SiCFET并联的新型混合器件特性解析及对比研究

对由SiC FET与Si IGBT并联组成的新型混合器件(HY_F)开展研究。首先,分析HY_F的基本结构与工作原理,并搭建HY_F的导通损耗模型、开通损耗模型以及关断损耗模型。其次,基于混合器件的仿真模型,分析HY_F与传统Si IGBT/SiC MOSFET混合器件(HY_M)在不同额定电流等级下损耗与成本的优劣势。仿真结果表明,当额定电流为较小(15 A)时,HY_M能以较低的成本实现更低的损耗;混合器件在额定电流较大(25 A、40 A)时,HY_F能以更低的成本实现更低的损耗。最后,通过实验验证结论的正确性。

空气混合器装置设计与实现

旨在系统探讨空气混合器在暖通空调系统中的关键作用,评估其在提升空气质量和提高系统能效方面的效果与潜力。首先对空气混合器分类,并对其各自的优势和劣势进行详细评估。讨论了混合器性能的多个影响因素,如结构参数、流速和温差、混合空气比例等。论述了数值仿真和多目标优化设计在提升混合器性能中的应用,并指出实验验证在确保设计准确性中的重要性。最后,展望了空气混合器的未来发展趋势,旨在为空气混合器的设计和性能提升提供全面的理论和实践指导。

利用管道混合器萃取四氯乙烯中的游离酸

分析了四氯乙烯生产中产品pH值的现状,提出了采用管道混合器进行萃取来解决产品pH值的方案,并在投入生产前在实验室进行萃取试验。在生产过程中的应用情况表明,管道混合器能提升萃取效果,稳定产品pH值。

静态混合器结构优化设计与流场特性分析

为油田高能效驱油以提高原油产量,针对SK型和SX型静态混合器混合单元结构,通过创新设计和三维建模开发多重螺旋混合单元静态混合器,基于静态混合原理,利用FLUENT数值模拟软件,采用有限体积法,对所开发混合器内流体的流场进行仿真分析,研究该结构静态混合器的流动特性,结果表明,该种静态混合器使流体产生剪切和正反向涡旋作用,流体被充分扰动,混合均匀,满足油田注聚驱油要求,可为油田开发新型高效静态混合器提供一定技术支持。

非牛顿流体在叶片式静态混合器中的传热强化特性

非牛顿流体在化学、食品和材料等领域具有关键作用,但高表观黏度使其通常具有低传热特性。叶片式静态混合器作为一种高效的传热强化设备,在化工过程强化中具有鲜明的技术特色。本文针对非牛顿流体在Kenics静态混合器(KSM)和Lightnin静态混合器(LSM)内的流动和传热特性进行了比较研究。重点分析了体积流量、元件长径比及流体浓度等参数对羧甲基纤维素(CMC)幂律流体的流动及传热影响。结果表明,在相同工况下,随着CMC溶液的体积流量增大,管道内的换热系数和压降均增大。静态混合元件的插入使得换热系数和压降显著提高且Lightnin元件产生的影响更明显。元件长径比和CMC溶液浓度影响流体在管道内的流动和换热。随着长径比的减小,传热性能得到提高,但其增大的阻力系数影响占据主导地位,综合换热性能系数(PEC)降低。溶液浓度的增大使得管道换热能力逐步削弱,并对管道内压降的提升有显著影响,综合换热性能降低。总结得出,在体积流量为4.5×10^(-4)m^(3)/s,质量分数为0.374%、长径比为3.0时,KSM的PEC最大为2.114。

穿孔对穿孔型Kenics静态混合器混合性能的影响

为了提升传统Kenics静态混合器的混合效果,在传统螺旋插入带结构中引入穿孔结构,设计出穿孔型Kenics静态混合器。采用浓度变异系数评估穿孔内径(d)、穿孔间距(S)、混合单元长径比(Ar)对穿孔型静态混合器混合性能的影响。模拟结果表明,设置的穿孔结构会显著改变流体的流动状态,在穿孔处区域产生加速流动,进而提升混合器的混合性能;随着d的增加,流体之间的对流和交换作用逐渐增强,混合效果逐渐增强,但随着d的持续增加,导致混合器内部螺旋通道被破坏,混合效果反而减弱;仅改变S对混合效果没有明显影响;对于相同的混合器长度,Ar的减小导致混合元件数量增加,液体之间的扭转、剪切效果增强,混合器混合效果更好。

Kenics型静态混合器中幂律流体与颗粒混合过程分析

针对Kenics型静态混合器内固体颗粒在幂律流体中的孤岛现象的产生机理进行研究。运用Fluent数值模拟固相颗粒与CMC水溶液在Kenics静态混合器中的混合过程,并利用浓度变异系数(COV)对颗粒分布特性进行量化分析。研究表明:提高流体表观黏度和流体入口速度,颗粒停留时间缩短,COV值降低,混合效果提高。在第4~8个扭旋叶片中间截面上均形成了两对对称的无粒子孤岛,降低流体表观黏度和提高流体入口速度,孤岛边界更清晰。扭旋叶片诱导的内流涡旋和近壁面涡旋有较高的涡量,涡旋中心局域形成无粒子孤岛,相邻叶片交错区域,随着涡旋耗散孤岛消失。

声共振混合器高黏度流体混合的功耗特性研究

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功率,探究了黏度和振动参数改变对混合器功耗特性的影响,并建立了声共振混合器混合功率的预测函数。研究结果表明,在混合过程中,壁面对液相做功的瞬时功率呈现先减少后稳定波动的趋势,而有效功率呈现先增加后稳定波动的趋势,这种不同的变化趋势是由于两者的相位差发生变化所导致的。增加振幅、频率或等加速度下低频大振幅都能够增加瞬时功率和有效功率,并减少液相进入稳定流动阶段所需吸收的外界能量。

考虑驱动电压与开关时序协同调控的Si/SiC混合器件开关策略

硅基(Si)绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)和碳化硅基(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)并联组成的Si/SiC混合器件,已被证实具有SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力、低成本的优势。然而,目前Si/SiC混合器件性能提升的研究并未兼顾效率和可靠性,且存在调控手段单一的劣势。基于此,该文详细分析不同负载电流下驱动电压、开关时序等调控参数对Si/SiC混合器件损耗和电应力的影响,提出一种考虑驱动电压与开关时序协同调控的Si/SiC混合器件开关策略。所提开关策略通过不同电流区间采用驱动电压与开关时序相配合的方式,在保障Si/SiC混合器件可靠性的前提下,提高其运行效率。该文搭建双脉冲测试实验平台与稳态参数测量实验平台对所提开关策略进行验证。实验结果表明,相较于传统开关策略,Si/SiC混合器件采用本文所提开关策略在开通损耗、关断损耗以及导通损耗方面分别减少13%、21%和32%。

薄板式静态混合器混合性能数值模拟

薄板式静态混合器内构件简单、通量高、压降低,可以有效降低稀释水掺混能耗。文中以不均匀系数ψ和管路压降Δp作为评价指标,利用CFD(计算流体动力学),对比分析单直管、单顺流羽状管、单逆流羽状管和双顺流羽状管等4种注水方式的混合效果和压降。研究发现,在注水管安装在L/D=5.3处,单管注入时,注水两侧形成的径向二次流强度Se变化缓慢,稳定的涡旋流在混合器内产生混合“死区”,降低了静态混合器的油水混合速度;当ψ降至0.05时,混合距离超过18D。此混合死区解释了单管注入时分散相注入点附近易出现局部高浓度区。双顺流羽状管注入时,对撞水相产生较高径向二次流强度Se,且迅速降低。快速变化的流场显著减少混合距离,与单管注入相比,ψ降至0.05时混合距离减少76.9%,Δp增加1.5%。

基于热网络分区等效策略的Si/SiC混合器件耦合热参数辨识方法

由硅(Si)绝缘栅双极型晶体管(IGBT)与碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)并联构成的混合器件可打破单一Si基器件和SiC基器件的局限性,实现损耗和成本间的有效均衡。结温估计对于Si/SiC混合器件的可靠运行至关重要,然而,目前针对热监测的研究往往需满足热稳态平衡和功率损耗可测两大条件,在实际变流器中实用性较低。基于此,该文以零输入响应法为切入点,首先,对Si/SiC混合器件热结构特性进行分析,详细阐述零输入响应法直接应用于混合器件时所带来的高阶热约束条件难以表征的问题;其次,通过对SiIGBT与SiC MOSFET进行热网络分区处理实现模型的降阶,构建出壳温降温曲线时间常数与热参数之间的约束关系,提出了基于热网络分区等效思想的混合器件耦合热参数辨识方法,所提方法简化了功率损耗测量步骤与热平衡态条件,在并联器件耦合热参数辨识研究中具有简单、通用、流程化高的应用优势;最后,通过实验验证了该文所提方法的准确性和有效性。

基于SMX静态混合器的天然气掺氢流动影响研究

为了获取均匀的天然气掺氢混合气,确保掺氢燃气管道稳定、安全输送,采用数值模拟与试验相结合的方法研究了天然气与氢气在SMX静态混合器中的掺混特性及影响因素,详细分析了掺混单元数量、运行工况和掺氢体积比等因素对掺混性能的影响。研究结果表明,氢气与天然气的混合主要依赖于混合单元不断改变流动状态,实现左旋和右旋相互交替,达到均匀混合。流动损失主要取决于静态混合器内流动速度,综合考虑SMX静态混合器的压力损失和混合均匀度性能指标,采用4个掺混单元、进口气流速度10 m/s是一个优选方案。此外,增大掺氢体积比和加长流经混合器出口下游管道长度均有利于提升氢气和天然气掺混均匀度,要结合燃气管道的具体情况来确定掺氢体积比的合理范围。

基于非道路用柴油机选择性催化还原混合器优化及验证研究

为了解决装载机空间小、筒式后处理无法布置的问题,提出一种U型非道路用的柴油机选择性催化还原器(selective catalytic reduction,SCR)系统混合器优化及结晶性能验证方案。首先,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件,对建立的3种柴油机U型SCR系统典型混合器结构模型进行了3种典型工况条件下湍流运动、速度场和氨(NH_(3))分布均匀性等性能的数值仿真分析,研究了不同混合器结构对NH_(3)分布及NO_(x)转化效率的影响。基于仿真结果分析,部分结构设计方案可以加速液滴破碎、水解和雾化过程,提高NH_(3)的分布均匀度,并提高SCR系统在新鲜状态下的NO_(x)转化效率,但这些方案更容易产生并累积结晶,从而导致SCR系统的NO_(x)转化性能下降。因此提出了一种组合导流装置、扰流板、出气孔板等设计的柴油机U型SCR系统混合器方案优化新方法,获得一款同心、内外筒式静态混合器结构,搭载装载机发动机结晶试验失效时长大于28.0 h。

PLIF研究腔室宽高比对十字型混合器流动与混合影响

在10<Re<500时,采用平面激光诱导荧光技术(PLIF)研究了4种腔室宽高比r(r=0.5、1.0、1.5和2.0)的十字型混合器内的流动与混合特征。结果表明:不同腔室宽高比的十字型混合器内均出现了分离流、稳态吞噬流、脉动流和非稳态吞噬流等4种流型。对于稳态吞噬流,r<1.0的腔室内流场由3个共旋涡主导,而r≥1.0的腔室内中心涡和卫星涡旋转方向相反。对于脉动流,在r>1.0的腔室内,中心涡周期性收缩和扩张,且整个腔室内流体脉动,而在r=0.5和1.0的腔室下游出现涡环脱落特征。对于非稳态吞噬流,r=1.0的腔室内发生了旋涡合并和破碎现象,而r=0.5的腔室内中心涡和一侧卫星涡发生周期性合并,未观察到涡破碎;对于r>1.0的腔室,腔室内中心涡经历增长、变形和破碎过程。基于时间平均离析强度(IOS)对腔室内流体混合效果进行了量化,并揭示了混合机制。腔室宽高比的增大,促使吞噬流和脉动流的临界雷诺数显著降低,导致低雷诺数下腔室内流体混合强化。

空气涡轮火箭发动机燃烧室异形尾缘波瓣混合器掺混、燃烧特性研究

为了促进空气涡轮火箭发动机(ATR)燃烧室内涵富燃燃气与外涵空气之间的掺混,提高燃烧室燃烧效率,本文通过对波瓣进行尾缘修形设计,探究C形尾缘结构对波瓣下游流动及燃烧特性的影响规律。研究发现:(1)在波瓣混合器尾缘增加C形结构,会诱导产生多源副涡结构;(2)径向高度越高,径向速度梯度越大,造成副流向涡和副展向涡的强度和尺度越大;(3)由于受到C形尾缘结构诱导的副流向涡和副展向涡的影响,燃烧室展向截面温度分布出现“串状”局部高温区,燃烧得到强化;(4)当燃烧室距离与波瓣直径<1时,内、外涵气流掺混强烈,热混合效率、燃烧效率以及总压损失迅速增大;(5) C形尾缘结构数量与燃烧效率不成单调递增关系,当C形结构数量≤2时,副涡强化掺混起主导作用,燃烧效率随着副涡量的增大而增大;当C形结构数量≥3时,出口面积增大导致的涡量衰减起主导作用,燃烧效率随着副涡量的增大而减小。

用于泡沫混凝土制备的静态混合器模拟研究

泡沫混凝土作为新兴的轻质绿色建材近10年来发展迅速,具有广阔的应用前景。在泡沫混凝土的制备工艺中,浆体搅拌与泡沫混合环节是决定泡沫混凝土性能的关键因素。但“重发泡,轻混泡”的问题长久存在,混泡工艺的理论研究和设备发展都有所欠缺。因此,设计一种符合泡沫混凝土物料性能,能够实现连续化高效生产的专用混合器非常必要。本工作综合考虑混合器的特性,选用静态混合器作为泡沫混凝土的混合装置,采用数值模拟的方法对泡沫浆体混合过程进行仿真计算,建立不同结构参数下的静态混合器三维实体模型,分别通过仿真模拟研究元件个数、管道内径、元件夹角和加料口位置等不同参数对水泥浆体和泡沫混合情况的影响。结果表明,当元件的切割作用与流体分布垂直时,更有利于混合;混合器的管内径越小,混合速度越快,密度分布越均匀,但同时设备耗能更高;元件数量与最终产品的混合效果呈正相关;加料管口与混合元件的距离越小,越有利于均匀混合。综上所述,在θ=90°、D=60 mm、n=10、L=20 mm的条件下,最终可以制备出混合均匀、密度为1400 kg/m^(3)的泡沫混凝土。本研究可为新型泡沫混凝土混合装置的研发提供参考和支持。

Kenics型静态混合器对含水原油均质化效果影响数值模拟

目的针对含水原油在输送过程中水分分布不均匀或大量聚集的现象,将Kenics静态混合器引入到含水原油输送过程中,并对其均质化效果进行分析。方法采用FLUENT软件对管道内流场进行模拟,并用变异系数和液滴平均粒径对均质化效果进行评价,分析了混合单元排列方式、扭角、长径比和数量对均质化效果的影响。结果使用排列方式为异向叉排、扭角为240°、长径比为0.5、数量为10个的Kenics静态混合器不仅能使油水两相分布均匀,还能获得更小的液滴平均粒径,从而实现更好的均质化效果。结论排列方式为异向叉排时均质化效果最好;随着扭角的增大,管线出口的变异系数和液滴平均粒径呈下降趋势;随着长径比的减小和数量的增多,出口的变异系数值趋于相同,但能获得更小的液滴平均粒径。通过均质化处理后,可以使取样样本更加准确地体现储罐原油的含水率,避免造成油品交接纠纷,保证油品外输任务的完成。

基于Fluent模拟的管式涡轮动态混合器结构及应用参数优化

管式涡轮动态混合作为市政给水处理领域新型混合方式,其研究与应用尚处于起步阶段,缺乏对工艺参数选择的明确指导。为此,研究基于管式动态混合器的工艺分析,运用Fluent软件模拟了不同转速、流量、涡轮扇叶偏转角、涡轮与管道直径比以及安装位置条件下的絮凝过程中管内水流流场。通过获取的速度矢量图和迹线图,能够更有效地优化管式动态混合器的结构参数,并探寻其实际应用的最佳工况。研究结果表明,转速和流量应进行合理配置,实际操作过程中100 r/mim的转速能在保证混合效果的同时实现能量节约。在偏转角方面,大角度扇叶偏转更优,过小的角度反而会增加水流阻力并导致动能损失。前端扇叶处的局部涡旋丰富性对于药剂与液体的充分搅拌至关重要。因此,在管道占比方面,70%的比例表现更佳,较小的比例在大、小流速及转速下均不利于前端涡旋的形成。上述研究为管式涡轮动态混合器在市政给水处理领域的应用提供了重要的理论依据和实践指导。