振荡流混合器流场模拟研究

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振荡流混合器(Oscillatory Flow Mixer,缩写为OFM)是一种新型的化工过程设备。它有很好的质量、热量传递性能,并且工艺过程容易控制,可以应用在化工生产中的很多领域中去。如粒子的悬浮分离、絮凝工艺、化工反应器等等。因此引起了人们很大的研究兴趣,并且也产生了一些很有意义的研究效果。 随着计算机技术的飞速发展,计算机模拟技术已经逐渐成继实验之后的又一中有效的研究方法。计算流体力学(CFD)模拟计算越来越受到人们的重视,已经广泛应用到化学工程的各个领域当中,为工程研究做出了很大贡献。本文利用CFD技术,对OFM中的流场分布进行模拟研究,探讨对振荡流场具有决定性影响的两个因素——振荡雷诺数和St准数对振荡流场行为的影响。 本文的工作集中在层流流态下,净流量为零时,OFM流场的分布情况。文中分二维和三维情况来对OFM的流场进行模拟。在振荡雷诺数极低的情况下,OFM的流场分布是轴对称的,在此情况下采用二维模拟可以大大地节约模拟计算时间。随着振荡雷诺数的增大,流场呈非轴对称分布,用二维模拟不能得到正确的结果,这时必须采用三维模拟。 在二维模拟中,主要研究了OFM流场随时间变化情况,结果表明,甚至在小振荡雷诺属下,OFM中也存在尺度不断变化的漩涡,从而使得OFM具有良好径向混合能力;在流场分布为轴对称的情况下,不同周期相同相位,流场的分布状况出现周期性重现。 本文首次实现了对OFM流场的三维模拟,并成功地模拟了OFM流场山轴对称转变为非轴对称的现象。通过研究了三维流场随振荡雷诺数的变化情况,发现当斯特劳数为1、振荡雷诺数在200左右时,OFM流场山轴对称分布转化成非轴对称分布。这一结果与前人的实验观察结果相符。在非轴对称情况下,OFM的流场分布在不同周期的相同相位,没有出现周期性重现。 本文的工作为进一步的研究打下了良好基础。
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