T-型微混合器的优化与仿真
发布时间：2022-01-01 11:37
设计了一种内置周期性挡板T-型微混合器,并采用ANSYS软件对其进行建模与仿真.主要针对不同挡板排数、高度、间距、角度、宽度、混合单元数和不同雷洛数对微混合器出口处温度的影响进行了对比分析,并采用田口分析方法,减少试验次数,根据信噪比大小找寻最优混合器结构.仿真结果表明:对于混合效率的影响,W3（挡板高度）>W1（挡板宽度）>W2（相邻挡板水平距离）>θ（挡板角度）,双排正向>双排反向>单排>无挡板;对压降的影响,W3（挡板高度）>θ（挡板角度）>W1（挡板宽度）>W2（相邻挡板水平距离）,双排正向>双排反向>单排>无挡板;因此选定W1=60μm; W2=500μm; W3=100μm;θ=45°,挡板排数为双排正向,混合单元数4为最优设计参数.该结构在雷洛数达到150时,达到完全混合.
【文章来源】：湖北民族大学学报(自然科学版). 2020,38(02)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
内置周期性挡板结构的微流道俯视示意图
由图3可知，混合效率在0<Re<50区间，成负相关关系．在0<Re<10之间，混合效率随着雷洛数的增大，下降比较平缓，且混合效率均在95%以上，在10<Re<50之间混合效率随着雷洛数的增大，迅速下降，混合效率由97%下降至71%;在50<Re这个区间，混合效率与雷洛数成正相关关系，混合效率逐渐回升，在Re=150时，混合效率达到94%.平均压降对于一个微混合器来说也是至关重要的，通过实验模拟得出，不同雷洛数和混合压降之间的关系如图4所示．
由图3和图5可知，当雷洛数在0～0.3时，微混合器内流体流动为完全的层流状态，两种工质之间的混合完全靠分子之间的扩散作用，流道的长度能够使两者之间充分混合，故混合效率高达97%以上;当雷洛数在1～10时，混合器内部产生了一些涡结构，但此时这种涡结构对流体的影响甚微，两种工质之间的混合仍然是靠分子间的扩散作用和挡板的节流作用;当雷洛数进一步增加，雷洛数在10～50时，由于流体的速度增加，流体在混合器内部停留的时间缩短，导致混合器的混合效率逐渐降低，同时由于雷洛数的增大，混合器内部产生大量的涡结构，但此时涡结构不占流体混合的主导作用;当雷洛数接着增加到60以上时，虽然此时流体在混合器内部的停留时间进一步缩短，但混合器内部产生了一系列复杂的涡结构，并且此时涡结构在已经逐渐的占据了主导地位，导致流体之间接触面不断地扭曲、拉伸、剪切和重叠，两种工质之间的接触面积大大增加，故混合效率不断提升，雷洛数在50以上后，混合器内部涡结构慢慢的出现分离涡，出现席卷流，进一步提升流体的混合效率，当Re达到150时，混合器的混合效率达到94%.由图6和图7可知，内部存在挡板的微混合器，混合效率M和平均压降ΔP都要高于没有挡板的微混合器，例如Re=80时，相比于不带挡板的微混合器而言，单排挡板的混合效率高出8.09%，压降高出2662.3 Pa;双排反向挡板(双排反向挡板为在双排正向的基础上将一侧的挡板反向)的混合效率高出41.59%，压降高出16 911.56 Pa;双排同向挡板的混合效率高出46.09%，压降高出24 052.2 Pa．对于混合效率和平均压降的影响大小关系，双排正向挡板>双排反向挡板>单排挡板>无挡板，故选定最优排数为双排正向．
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS ICEPAK的混合扰流微通道冷板的研究与优化[J]. 吴军荣,秦海波,戴燕. 赤峰学院学报(自然科学版). 2019(09)
[2]基于ANSYS Workbench的履带式路缘石滑模机履带支撑架有限元分析[J]. 张坤,卢宇,陈立东,郭广亮,贾国清,吴宇. 河北科技师范学院学报. 2019(03)
[3]基于ANSYS的地下停车库升降平台设计与分析[J]. 李培,周道鸿,葛园园. 赤峰学院学报(自然科学版). 2019(08)
[4]内置阻块和挡板微混合器的性能[J]. 何秀华,王岩,高凌峰. 排灌机械工程学报. 2018(12)
[5]一种挡板结构被动式微混合器的设计与仿真[J]. 刘洋,毛海央,范文兵,杨潇楠,黄成军,程洁,王玮冰. 微纳电子技术. 2018(04)
[6]内置周期挡板的T-型微混合器[J]. 何秀华,颜杰,王岩. 光学精密工程. 2015(10)
[7]T型微混合器内液相混合的数值模拟[J]. 齐文哲,郭凯,赵明恩,黄哲庆,刘春江,刘伯潭. 化学工程. 2015(03)
[8]三种不同结构微混合器的性能分析及压损比较[J]. 夏国栋,吴宏杰,李健,崔珍珍,周明正. 北京工业大学学报. 2013(03)
[9]T型混合器内湍流混合的多尺度模拟[J]. 马连湘,毕荣山,郑世清. 化学反应工程与工艺. 2008(02)
[10]带挡板T型混合器性能的数值模拟[J]. 刘明侯,李蕾,张先锋,汪东,陈义良. 中国科学技术大学学报. 2008(04)
硕士论文
[1]内置阻块T型微混合器内流动与混合特性研究[D]. 颜杰.江苏大学 2016
本文编号：3562295
【文章来源】：湖北民族大学学报(自然科学版). 2020,38(02)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
内置周期性挡板结构的微流道俯视示意图
由图3可知，混合效率在0<Re<50区间，成负相关关系．在0<Re<10之间，混合效率随着雷洛数的增大，下降比较平缓，且混合效率均在95%以上，在10<Re<50之间混合效率随着雷洛数的增大，迅速下降，混合效率由97%下降至71%;在50<Re这个区间，混合效率与雷洛数成正相关关系，混合效率逐渐回升，在Re=150时，混合效率达到94%.平均压降对于一个微混合器来说也是至关重要的，通过实验模拟得出，不同雷洛数和混合压降之间的关系如图4所示．
由图3和图5可知，当雷洛数在0～0.3时，微混合器内流体流动为完全的层流状态，两种工质之间的混合完全靠分子之间的扩散作用，流道的长度能够使两者之间充分混合，故混合效率高达97%以上;当雷洛数在1～10时，混合器内部产生了一些涡结构，但此时这种涡结构对流体的影响甚微，两种工质之间的混合仍然是靠分子间的扩散作用和挡板的节流作用;当雷洛数进一步增加，雷洛数在10～50时，由于流体的速度增加，流体在混合器内部停留的时间缩短，导致混合器的混合效率逐渐降低，同时由于雷洛数的增大，混合器内部产生大量的涡结构，但此时涡结构不占流体混合的主导作用;当雷洛数接着增加到60以上时，虽然此时流体在混合器内部的停留时间进一步缩短，但混合器内部产生了一系列复杂的涡结构，并且此时涡结构在已经逐渐的占据了主导地位，导致流体之间接触面不断地扭曲、拉伸、剪切和重叠，两种工质之间的接触面积大大增加，故混合效率不断提升，雷洛数在50以上后，混合器内部涡结构慢慢的出现分离涡，出现席卷流，进一步提升流体的混合效率，当Re达到150时，混合器的混合效率达到94%.由图6和图7可知，内部存在挡板的微混合器，混合效率M和平均压降ΔP都要高于没有挡板的微混合器，例如Re=80时，相比于不带挡板的微混合器而言，单排挡板的混合效率高出8.09%，压降高出2662.3 Pa;双排反向挡板(双排反向挡板为在双排正向的基础上将一侧的挡板反向)的混合效率高出41.59%，压降高出16 911.56 Pa;双排同向挡板的混合效率高出46.09%，压降高出24 052.2 Pa．对于混合效率和平均压降的影响大小关系，双排正向挡板>双排反向挡板>单排挡板>无挡板，故选定最优排数为双排正向．
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS ICEPAK的混合扰流微通道冷板的研究与优化[J]. 吴军荣,秦海波,戴燕. 赤峰学院学报(自然科学版). 2019(09)
[2]基于ANSYS Workbench的履带式路缘石滑模机履带支撑架有限元分析[J]. 张坤,卢宇,陈立东,郭广亮,贾国清,吴宇. 河北科技师范学院学报. 2019(03)
[3]基于ANSYS的地下停车库升降平台设计与分析[J]. 李培,周道鸿,葛园园. 赤峰学院学报(自然科学版). 2019(08)
[4]内置阻块和挡板微混合器的性能[J]. 何秀华,王岩,高凌峰. 排灌机械工程学报. 2018(12)
[5]一种挡板结构被动式微混合器的设计与仿真[J]. 刘洋,毛海央,范文兵,杨潇楠,黄成军,程洁,王玮冰. 微纳电子技术. 2018(04)
[6]内置周期挡板的T-型微混合器[J]. 何秀华,颜杰,王岩. 光学精密工程. 2015(10)
[7]T型微混合器内液相混合的数值模拟[J]. 齐文哲,郭凯,赵明恩,黄哲庆,刘春江,刘伯潭. 化学工程. 2015(03)
[8]三种不同结构微混合器的性能分析及压损比较[J]. 夏国栋,吴宏杰,李健,崔珍珍,周明正. 北京工业大学学报. 2013(03)
[9]T型混合器内湍流混合的多尺度模拟[J]. 马连湘,毕荣山,郑世清. 化学反应工程与工艺. 2008(02)
[10]带挡板T型混合器性能的数值模拟[J]. 刘明侯,李蕾,张先锋,汪东,陈义良. 中国科学技术大学学报. 2008(04)
硕士论文
[1]内置阻块T型微混合器内流动与混合特性研究[D]. 颜杰.江苏大学 2016
本文编号：3562295
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