1、旋流靜態(tài)混合器作為一種新型化工過程強(qiáng)化設(shè)備，廣泛適用于石油化工、食品加工、化學(xué)工業(yè)等精細(xì)化工中間體和大宗有機(jī)化工原料的單元混合操作。與傳統(tǒng)的攪拌槽反應(yīng)器相比，靜態(tài)混合器大幅度提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，降低工業(yè)生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品收率和質(zhì)量，減少廢棄物排放，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但到目前為止，對其瞬態(tài)流動(dòng)特性的理論探討以及對工業(yè)生產(chǎn)過程的指導(dǎo)遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期的水平。本文分析了SK型混合器內(nèi)高粘度流體的運(yùn)動(dòng)特性；通過對SK型靜態(tài)混合器的瞬態(tài)流

2、場實(shí)驗(yàn)測量，重點(diǎn)研究了混合器內(nèi)瞬態(tài)流場的混沌和分形特性；利用計(jì)算流體力學(xué)軟件考察含有不同混合組件的靜態(tài)混合器的流動(dòng)阻力和宏觀混合傳質(zhì)特性，用以指導(dǎo)這種混合器的優(yōu)化和放大。
　　 基于流體動(dòng)力學(xué)、非線性動(dòng)力學(xué)及Ottino理論，建立了高粘度流體在SK型靜態(tài)混合器內(nèi)的流體流動(dòng)模型。分析雙極坐標(biāo)系下二維Navier-Stokes方程流函數(shù)的邊值問題，并建立了相應(yīng)的流體微分運(yùn)動(dòng)方程。用Poincare映射方法對靜態(tài)混合器內(nèi)蠕動(dòng)流的動(dòng)力學(xué)

3、行為進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。給出了系統(tǒng)響應(yīng)隨管壁轉(zhuǎn)動(dòng)頻率變化的最大Lyapunov指數(shù)曲線圖、典型的Poincare截面圖和相圖。初步判定：高粘度流體在SK型靜態(tài)混合器內(nèi)軸截面的徑向二次流動(dòng)存在混沌特性。
　　 為揭示高雷諾數(shù)下SK型靜態(tài)混合器非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)特性，利用激光多普勒測速儀對SK型靜態(tài)混合器的瞬時(shí)速度場進(jìn)行測量。采用功率譜、最大李雅譜指數(shù)、相平面識別混合器內(nèi)瞬時(shí)速度時(shí)間序列的混沌特性?；诟盗⑷~變換對SK型靜態(tài)混合器速度波動(dòng)信

4、號進(jìn)行時(shí)域分解，利用自相關(guān)函數(shù)和互信息函數(shù)研究了各個(gè)頻率段信號的線性相關(guān)和非線性相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)研究表明：SK型靜態(tài)混合器內(nèi)速度波動(dòng)時(shí)間序列具有混沌特性；功率譜函數(shù)隨頻率的增加呈冪函數(shù)衰減；瞬時(shí)速度脈動(dòng)主要能量集中在3.9Hz以下，62.5Hz以上的信號線性無關(guān)，75Hz以上的信號不存在非線性和線性相關(guān)性。
　　 利用湍流高階矩參數(shù)平坦因子和偏斜因子分析了靜態(tài)混合器內(nèi)脈動(dòng)速度的概率密度函數(shù)分布以及與正態(tài)分布的定量差別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

5、SK型靜態(tài)混合器湍流主體區(qū)的的傾斜因子S在-2.79和3.12之間波動(dòng)，平坦因子數(shù)值主要分布在3～9.5之間并且F＞3和F＜3的區(qū)域呈片狀間歇性分布，證明了SK型靜態(tài)混合器速度分布偏離高斯分布程度大并且存在擬序結(jié)構(gòu)。
　　 為了探討靜態(tài)混合內(nèi)非線性、非均勻性和混沌特性機(jī)理，利用高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對SK型靜態(tài)混合器管壁處脈動(dòng)壓力進(jìn)行測量。結(jié)合小波變換模極大值理論對采集的不同進(jìn)口流量下壁壓波動(dòng)時(shí)間序列用Daubechies二階小波提取

6、1～7尺度下的特征信號，并分別對提取的信號進(jìn)行R/S分析。通過對壓力波動(dòng)信號不同尺度下的細(xì)節(jié)信號與概貌信號研究發(fā)現(xiàn)，在不同的尺度下表現(xiàn)出不同的分形結(jié)構(gòu)，且隨著進(jìn)口流量的增大，分形結(jié)構(gòu)的變化趨勢基本一致。此外，該系統(tǒng)不僅存在確定性非周期成分，而且不同尺度的旋渦之間的能量交換，導(dǎo)致混沌的產(chǎn)生。各尺度信號的能量分布表明，壓力波動(dòng)信號主要體現(xiàn)了宏觀尺度的漩渦級串的相互作用。
　　 為了預(yù)測旋流靜態(tài)混合器內(nèi)非穩(wěn)態(tài)宏觀混合特性，利用脈沖示蹤

7、法和計(jì)算流體力學(xué)相結(jié)合，基于正交實(shí)驗(yàn)原理研究示蹤劑在不同雷諾數(shù)下、混合元件長徑比及監(jiān)測位置處的停留時(shí)間分布特性。分析操作條件對平均停留時(shí)間和徑向強(qiáng)化系數(shù)的影響順序，比較了MSM、KSM、SSM、RSM四種旋流靜態(tài)混合器的強(qiáng)化混合效果。結(jié)果表明：SK型靜態(tài)混合器內(nèi)的液體單相流動(dòng)的軸向返混系數(shù)較小且數(shù)量級為10-2，流動(dòng)狀態(tài)接近活塞流；極差計(jì)算結(jié)果表明對停留時(shí)間分布影響順序?yàn)椋哼M(jìn)口流速＞混合元件的長徑比＞監(jiān)測位置；而監(jiān)測位置對混合元件的徑向