發(fā)布時間：2022-01-01 11:37

　　設(shè)計了一種內(nèi)置周期性擋板T-型微混合器,并采用ANSYS軟件對其進(jìn)行建模與仿真.主要針對不同擋板排數(shù)、高度、間距、角度、寬度、混合單元數(shù)和不同雷洛數(shù)對微混合器出口處溫度的影響進(jìn)行了對比分析,并采用田口分析方法,減少試驗次數(shù),根據(jù)信噪比大小找尋最優(yōu)混合器結(jié)構(gòu).仿真結(jié)果表明:對于混合效率的影響,W₃（擋板高度）>W₁（擋板寬度）>W₂（相鄰擋板水平距離）>θ（擋板角度）,雙排正向>雙排反向>單排>無擋板;對壓降的影響,W₃（擋板高度）>θ（擋板角度）>W₁（擋板寬度）>W₂（相鄰擋板水平距離）,雙排正向>雙排反向>單排>無擋板;因此選定W₁=60μm; W₂=500μm; W₃=100μm;θ=45°,擋板排數(shù)為雙排正向,混合單元數(shù)4為最優(yōu)設(shè)計參數(shù).該結(jié)構(gòu)在雷洛數(shù)達(dá)到150時,達(dá)到完全混合. 

【文章來源】：湖北民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,38(02)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

內(nèi)置周期性擋板結(jié)構(gòu)的微流道俯視示意圖

由圖3可知，混合效率在0<Re<50區(qū)間，成負(fù)相關(guān)關(guān)系．在0<Re<10之間，混合效率隨著雷洛數(shù)的增大，下降比較平緩，且混合效率均在95%以上，在10<Re<50之間混合效率隨著雷洛數(shù)的增大，迅速下降，混合效率由97%下降至71%;在50<Re這個區(qū)間，混合效率與雷洛數(shù)成正相關(guān)關(guān)系，混合效率逐漸回升，在Re=150時，混合效率達(dá)到94%.平均壓降對于一個微混合器來說也是至關(guān)重要的，通過實驗?zāi)M得出，不同雷洛數(shù)和混合壓降之間的關(guān)系如圖4所示．

由圖3和圖5可知，當(dāng)雷洛數(shù)在0～0.3時，微混合器內(nèi)流體流動為完全的層流狀態(tài)，兩種工質(zhì)之間的混合完全靠分子之間的擴散作用，流道的長度能夠使兩者之間充分混合，故混合效率高達(dá)97%以上;當(dāng)雷洛數(shù)在1～10時，混合器內(nèi)部產(chǎn)生了一些渦結(jié)構(gòu)，但此時這種渦結(jié)構(gòu)對流體的影響甚微，兩種工質(zhì)之間的混合仍然是靠分子間的擴散作用和擋板的節(jié)流作用;當(dāng)雷洛數(shù)進(jìn)一步增加，雷洛數(shù)在10～50時，由于流體的速度增加，流體在混合器內(nèi)部停留的時間縮短，導(dǎo)致混合器的混合效率逐漸降低，同時由于雷洛數(shù)的增大，混合器內(nèi)部產(chǎn)生大量的渦結(jié)構(gòu)，但此時渦結(jié)構(gòu)不占流體混合的主導(dǎo)作用;當(dāng)雷洛數(shù)接著增加到60以上時，雖然此時流體在混合器內(nèi)部的停留時間進(jìn)一步縮短，但混合器內(nèi)部產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的渦結(jié)構(gòu)，并且此時渦結(jié)構(gòu)在已經(jīng)逐漸的占據(jù)了主導(dǎo)地位，導(dǎo)致流體之間接觸面不斷地扭曲、拉伸、剪切和重疊，兩種工質(zhì)之間的接觸面積大大增加，故混合效率不斷提升，雷洛數(shù)在50以上后，混合器內(nèi)部渦結(jié)構(gòu)慢慢的出現(xiàn)分離渦，出現(xiàn)席卷流，進(jìn)一步提升流體的混合效率，當(dāng)Re達(dá)到150時，混合器的混合效率達(dá)到94%.由圖6和圖7可知，內(nèi)部存在擋板的微混合器，混合效率M和平均壓降ΔP都要高于沒有擋板的微混合器，例如Re=80時，相比于不帶擋板的微混合器而言，單排擋板的混合效率高出8.09%，壓降高出2662.3 Pa;雙排反向擋板(雙排反向擋板為在雙排正向的基礎(chǔ)上將一側(cè)的擋板反向)的混合效率高出41.59%，壓降高出16 911.56 Pa;雙排同向擋板的混合效率高出46.09%，壓降高出24 052.2 Pa．對于混合效率和平均壓降的影響大小關(guān)系，雙排正向擋板>雙排反向擋板>單排擋板>無擋板，故選定最優(yōu)排數(shù)為雙排正向．

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于ANSYS ICEPAK的混合擾流微通道冷板的研究與優(yōu)化[J]. 吳軍榮,秦海波,戴燕.  赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(09)
[2]基于ANSYS Workbench的履帶式路緣石滑模機履帶支撐架有限元分析[J]. 張坤,盧宇,陳立東,郭廣亮,賈國清,吳宇.  河北科技師范學(xué)院學(xué)報. 2019(03)
[3]基于ANSYS的地下停車庫升降平臺設(shè)計與分析[J]. 李培,周道鴻,葛園園.  赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(08)
[4]內(nèi)置阻塊和擋板微混合器的性能[J]. 何秀華,王巖,高凌峰.  排灌機械工程學(xué)報. 2018(12)
[5]一種擋板結(jié)構(gòu)被動式微混合器的設(shè)計與仿真[J]. 劉洋,毛海央,范文兵,楊瀟楠,黃成軍,程潔,王瑋冰.  微納電子技術(shù). 2018(04)
[6]內(nèi)置周期擋板的T-型微混合器[J]. 何秀華,顏杰,王巖.  光學(xué)精密工程. 2015(10)
[7]T型微混合器內(nèi)液相混合的數(shù)值模擬[J]. 齊文哲,郭凱,趙明恩,黃哲慶,劉春江,劉伯潭.  化學(xué)工程. 2015(03)
[8]三種不同結(jié)構(gòu)微混合器的性能分析及壓損比較[J]. 夏國棟,吳宏杰,李健,崔珍珍,周明正.  北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2013(03)
[9]T型混合器內(nèi)湍流混合的多尺度模擬[J]. 馬連湘,畢榮山,鄭世清.  化學(xué)反應(yīng)工程與工藝. 2008(02)
[10]帶擋板T型混合器性能的數(shù)值模擬[J]. 劉明侯,李蕾,張先鋒,汪東,陳義良.  中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報. 2008(04)

碩士論文
[1]內(nèi)置阻塊T型微混合器內(nèi)流動與混合特性研究[D]. 顏杰.江蘇大學(xué) 2016



本文編號：3562295