1、高剪切混合器是一種新型過程強化設(shè)備,局部超高的湍動和剪切作用使其具有強化傳遞限制的快速化學(xué)反應(yīng)過程的巨大潛質(zhì)。本文對中試規(guī)格管線型高剪切混合器流體力學(xué)性能及返混特性進行了實驗測定和計算流體力學(xué)模擬,對于該類新型化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計、選型和優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。
　　首先,利用激光多普勒測速儀測定了中試規(guī)格、雙圈超細齒管線型高剪切混合器(定子后彎斜齒)外圈定子射流區(qū)的徑向和切向速度分量。采用扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器測定了高剪切混合器的功率消耗。對混

2、合器內(nèi)單相流動過程進行了計算流體力學(xué)模擬,考察了不同湍流模型和差分格式對預(yù)測精度的影響。對于高剪切混合器內(nèi)高度三維化、強烈旋轉(zhuǎn)、壁面約束和各向異性流動,大渦模擬比標準 k-ε模型能更準確其內(nèi)部平均流場和二次流動特征。在混合器的定-轉(zhuǎn)子區(qū)域、外圈定子射流區(qū)以及轉(zhuǎn)子緊固螺母附近的射流區(qū),流動都明顯偏離各向同性湍流。
　　其次,基于非理想脈沖示蹤-響應(yīng)實驗與去卷積算法得到超細齒管線型高剪切混合器的本征停留時間分布,并采用大渦模擬與組分輸

3、運相結(jié)合的方法對其進行了預(yù)測。實驗與模擬的停留時間分布曲線在響應(yīng)峰出峰位置以及肩峰等主體特征上相似,各操作條件下平均停留時間吻合良好,表明大渦模擬與組分輸運相結(jié)合的方法準確可靠。高剪切混合器接近于全混流,其內(nèi)部存在明顯的滯留區(qū)。增加轉(zhuǎn)速或流量都有助于提高混合度并能消除微弱的溝流,但是可能產(chǎn)生增強的內(nèi)部環(huán)流。齒合管線型高剪切混合器的幾何參數(shù)對其返混特性有重要影響。具有較大剪切間隙寬度、較大齒尖-基座間距、單圈定-轉(zhuǎn)子或者直齒型定子的高剪切

4、混合器,可能會存在溝流、短路和/或流體夾帶的弊端。
　　最后,實驗測定了不同操作模式下定-轉(zhuǎn)子齒合型與葉片-網(wǎng)孔型高剪切混合器在不同轉(zhuǎn)速、流量和流體粘度下的揚程、泵效率、輸入軸功及功率曲線,建立了弗魯?shù)聰?shù)校正的Kowalski功耗預(yù)測模型。兩種混合器在低轉(zhuǎn)速下泵送能力均較差,增加轉(zhuǎn)速后葉片-網(wǎng)孔型高剪切混合器的泵送性能優(yōu)于齒合型。無轉(zhuǎn)子時,流體流經(jīng)兩種混合器均產(chǎn)生壓力降;處理不同粘度的工作流體時,兩種混合器中定子的局部阻力相近。在