基于实验与CFD方法的Winpak填料混合性能研究

Winpak是一种新型的规整填料.为了探讨其在液液单相混合过程中的应用前景,采用实验与计算流体力学(CFD)方法,对Winpak填料混合性能及其混合强化机制进行了研究.本文设计了包含压降测量以及取样分析的液液单相混合实验装置对Winpak填料混合性能进行测试.通过Standardk-ω湍流模型,建立了液液单相混合过程的CFD模型,并与实验测量结果进行对比,模拟值与实验值达到较好的吻合效果,证明了CFD模型的准确性.随后,通过CFD方法考察了压降以及变异系数(coefficientofvariation,CoV)随流量变化的情况.当液体总流量由1.35 m~3/h提高到3.02 m~3/h时,Winpak填料的压降提高了227.1%,同时CoV值下降了2.8%.CFD计算结果表明随着混合过程压降的提高,混合性能也有相应的提高.Winpak填料内部速度场与浓度场的模拟结果表明,Co V值沿流动方向逐渐下降,而CoV值急剧下降的位置均处于Winpak填料的开窗结构处.对比Winpak填料与板波纹填料的模拟结果,Winpak填料压降平均提高了15.0%,但同时CoV值平均降低了24.1%.对比两种填料同一截面处的径向速度分布模拟结果可以看出,Winpak填料的开窗结构可以在更大的流动区域内产生有利于混合的径向速度,达到强化混合的效果.从而证明了Winpak填料对液液单相混合过程具有促进作用,而Winpak填料的开窗结构是其具有较高混合性能的主要原因.