刘 晨,崔 醒,尹德明,曹万秋,孙胜仁

(沈阳铝镁设计研究院有限公司,辽宁 沈阳 110001)

静态混合器是一种没有运动部件的混合设备,通过在管道内加入静止元件(如叶片),使流体不断地分流、撞击、旋转、合流,从而实现对流体的充分混合。静态混合器被誉为是一种“虽然非常简单,却能发挥巧妙作用”的工业元件,广泛应用于化工、石油、医药、食品、环保等行业。

在氧化铝生产过程中,静态混合器应用于赤泥的沉降分离工序,其主要作用是对高固含的底流和低浓度的溢流进行充分混合,二者混合后的均匀程度直接影响了赤泥的沉降分离效率。随着氧化铝厂单线产能的提高及矿石成分的变化,底流固含不断提高,对静态混合器的混合能力提出了更高要求。

本文提出一种混合能力强、压力损失小、易于加工及维护的静态混合器,并采用计算流体动力学(ComputationalFluidDynamic,CFD)的方法对其进行数值模拟及尺寸优化。

1 模型与计算方法

1.1 物理模型

现有静态混合器由四扇半圆形叶片组成,其三维模型如图1(a)所示。叶片沿管道轴向均匀分布,相邻叶片间夹角90°。本文所提出的静态混合器由两种形状各异、大小不同的叶片组成,其三维模型如图1(b)所示。

图1 静态混合器三维模型

基于实际工况,对静态混合器的三维模型进行合理简化,忽略中心固定轴及叶片厚度对流场的影响,将叶片视为无厚度壁面,建立计算流体域如图2所示,其中图2(a)为现有静态混合器;图2(b)为新型静态混合器。溢流为铝酸钠溶液,底流为赤泥颗粒与铝酸钠溶液组成的固液混合物。……