静设备
石油化工设备技术，2017，38（6）·15· Petro-Chemical Equipment Technology
超声空化对SK型静态混合器
传质传热的影响
罗鸣，于新丽，刘备，杨雪峰，孙铁（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001）
摘要：为了研究超声空化对静态混合器传质传热的影响，以SK型静态混合器为研究对象，运用FLU-ENT软件对混合器内浓度场、温度场进行数值模拟。模拟结果表明：在超声空化的作用下，流体的混合速率有了大幅提升，传质过程得到显著加强；混合流温度实现均一的过程也有所缩短，传热效率得到提高。
关键词：静态混合器越声空化混合传质传热 doi:10.3969/j.issn.1006—8805.2017.06.003
混合是化工生产领域中非常普遍且重要的化
工单元操作，它是用机械或流体动力的方法，使两种或多种物料相互分散而达到一定的均匀程度。静态混合器作为近几十年兴起的混合设备，以其高效、节能、操作简便等优点得到了广泛的应用，特别适用于黏度较大的流体的混合、传热和传质11。但当化工生产过程中对混合的要求更高或混合物流量较大时，就需要增加混合器内部混合元件的数量，这不仅使制造成本增大，也使其混合过程的能耗升高。
国内外已经对SK型静态混合器做了深入的研究。Bakker等2用CFD软件研究了静态混合器内流体的压力降和流速分布等特征。龚斌等3] 研究了混合元件数对SK型静态混合器内速度分布和瑞流强度的影响。赵建华等以实验法测定了空气和水为介质的Kenics静态混合器的压力降，
对超声波的研究证实，超声波对流体的空化
效应可以产生搅拌作用，超生波在液体中产生微冲流能促进两液相面加速互相分散5]，能够显著提高相间的传质过程，提高混合效果。Monnie 等[61研究了在超声波作用下不同液体微观分子规模的混合。马空军等[1研究了超声场强化渗透脱水的传质机理。静态混合器应用的一个重要方面是液液两相混合[8]。本文以水和甲苯为研究对象，为了克服混合效果对混合元件数量的要求，拟将超声空化应用于SK型静态混合器，利用其增强传质的点属混合效率。另外，也有研究表
明超声空化对传热过程也有促进作用。周定伟等9研究了圆管中引人超声空化对强化换热过程造成的影响。在化工生产中，当具有不同的温度的待混合流体要求产物温度均一时，超声空化对传热的强化就可以提高后续反应的质量。
目前，将超声空化应用于静态混合器的研究
还很少，本文将以SK型静态混合器为研究对象进行数值模拟，研究空化模型对SK型静态混合器混合效果、传热作用的影响。
超声波静态混合器数值模型 1
1.1控制方程
超声空化产生的声冲流和冲击波可引起体系
的宏观瑞动，超声波静态混合器内流体呈现液液两相湍流的复杂状态{101，本文选择Mixture混合模型及Realizablek-瑞流模型。
流体流动与传热应满足的守恒型控制方程有连续性方程、动量方程和能量方程[11-12]，空化模型下，还有空化模型的控制方程。
连续性方程：
2e+ 2(u+(pu)+2(=0
re+ 收稿日期：2017-06-22。
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作者简介：罗鸣，男，就读于辽宁石油化工大学机械工程学
院，过程装备与控制工程专业，本科生。 Email:1578757128@qq.com.
基金项目：辽宁省自然科学基金项目（2013020117）2013 ZLG015热管强化传热机理及结构研究；大学生创新创业训练计划项目（201610148019)超声波静态混合器研究与开发，