张春梅， 陈豪杰， 刘 建

(沈阳化工大学 能源与动力工程学院， 辽宁 沈阳 110142)

液液混合体系广泛存在于液液两相反应、萃取、乳化、悬浮聚合等化工生产过程中，混合效果的好坏将直接影响最终产物的收率和质量，并同时影响全生产过程的设计和能耗等指标.因此，设计高效的液液混合设备具有重要的意义，也一直是人们的研究课题之一.

静态混合器是最近30年发展起来的混合设备，利用混合元件不同结构和排布方式，使流体经过这些结构单元后产生分流、旋转、拉伸、合流等行为，进而达到混合目的[1].与机械搅拌设备相比较具有效率高、能耗低、体积小、投资省、易于连续化生产等优点.SK型静态混合器是最为常见的静态混合器之一，它可以在很宽的雷诺数范围内实现液液两相的混合.其混合元件是螺旋叶片，其扭角、长径比、旋向和排列方式变化形成了这种混合器的多种流道结构，混合效果因之也大不相同.国内外一些学者研究了SK型静态混合器在低雷诺数下的混合特性.例如，K.Dackson等[2]定义了混合效率是最初的界面变形与通过元件的压力降之比，他们将混合元件的长径比从0.1变化到6.4，每个叶片的扭角从0°变化到270°，并使用示踪粒子模拟了两相混合；发现当长径比为0.5、扭角大约为90°时混合效率有最大值，但该结果只适应于Re<7.5的情况.D.M.Hobbs和F.J.Muzzio等[3-7]利用CFD软件对SK型静态混合器低雷诺数情况下流场进行求解，并对影响流动和混合的混合器的结构参数进行优化，认为元件的扭角为120°时的混合与标准的180°扭角的混合相似，不过却比标准的能量效率高.O.Byrde和M.L.Sawley[8-9]模拟了长径比为1.5、有6个混合元件的SK型静态混合器，在雷诺数为100时，扭角从0°～360°，取13个不同的值，结果表明对于非爬行流条件，扭角为180°时为最优.Ling F H和Zang X[10-11]模拟研究了一个插入同一旋向无限长螺旋扭曲元件的管子，发现如果把长径比减小到0.6并保持每个元件扭转180°不变，达到的混合效果与标准的SK混合器是相同的，而且可减少43 %的压力降.姬宜朋等[12]认为，SK静态混合器相邻元件的螺旋方向对混合起决定性作用，对于高雷诺数下，这种混合器的混合效果的研究并不多见.

本文以SK型静态混合器为研究对象，运用CFD计算软件对Re在10 000～21 000范围内的汽油和水混合过程进行了数值模拟，研究了混合元件的四种不同排列方式对混合过程和效果的影响规律.