10 озер Юты, которые стоят всей той шумихи, которую они создают
Jul 12, 202314 лучших микшеров подкастов на 2023 год
Aug 23, 202330 вещей Walmart, которые будут полезны для вашего сада
Jul 13, 202335 продуктов, которые помогут навести беспорядок в каждой комнате вашего дома
Nov 13, 202343 Игра
Jun 09, 2023Проектирование и оценка высокоэффективных наклонных аддитивных
Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 19477 (2022) Цитировать эту статью
686 Доступов
1 Альтметрика
Подробности о метриках
Мы разрабатываем новый смеситель миллимасштаба (смесительный агрегат с наклонными лопастями, блок TWM) на основе конструкции для аддитивного производства (DfAM). Предлагаемый смеситель с наклонными лопастями в основном спроектирован так, чтобы иметь три отдельных крыла, которые разделяют и объединяют жидкости для эффективного смешивания. Его структура проста для облегчения изготовления: два основных расчетных параметра: угол между тремя крыльями и угол соединения между наклоненными блоками, которые оптимизированы с использованием анализа вычислительной гидродинамики (CFD). В результате анализа CFD мы получаем наилучший комбинированный модуль смешивания из анализа различных комбинаций блоков TWM для высокоэффективного соотношения смешивания. Коэффициент смешения трех объединенных агрегатов достигает около 100%, что подтверждено экспериментом и анализом. Мы считаем, что предлагаемый смеситель миллимасштаба можно использовать в различных химических смесителях и реакторах непрерывного действия для минимизации использования химикатов, которые могут загрязнять окружающую среду.
Смешивание жидкостей — важный процесс в химической технологии1,2, пищевой промышленности3, электронике, горнодобывающей промышленности4 и других. До сих пор было проведено множество исследований по повышению эффективности соотношения смешивания с помощью смесителей различных конструкций3,4. Поскольку развитие различных отраслей промышленности и экологические проблемы поднимаются, процесс смешивания химикатов требует высокой производительности, а также низкого загрязнения и безопасности2,3,4,5,6,7. Например, ППО (оксид полифенилена) является одним из ключевых материалов для антенн связи пятого поколения (5G) с хорошими электрическими характеристиками, низкими диэлектрическими потерями и небольшим изменением диэлектрических характеристик в широком диапазоне частот. Однако при смешивании ППО с помощью смесителя периодического действия, который обычно применяется на химических предприятиях из-за низкой себестоимости производства, существует риск взрыва и трудно получить высокий выход смеси8. Для устранения ограничений смесителей периодического типа было проведено множество исследовательских работ по смесителям непрерывного действия благодаря высокой производительности смешивания, безопасности, простоте управления, масштабируемости и низкому образованию загрязняющих веществ по сравнению с характеристиками смесителей периодического типа9,10. .
Смеситель непрерывного действия имеет некоторые технологические условия, такие как число Рейнольдса (Re), тип жидкости и количество потока жидкости. В зависимости от условий смешивания были предложены различные смесители непрерывного действия; хаотический смеситель11, трехпериодический смеситель с минимальной поверхностью (TPMS)12, смеситель горизонтального и вертикального плетения (HVW)13 и Kenics14. В частности, большое внимание привлек смеситель на основе решетчатой структуры (LSM) из-за его высокой эффективности перемешивания по сравнению с его длиной. Обычно он состоит из сложных пересекающихся стержней или стержней (обычно десять или более), и жидкость смешивается при прохождении через решетчатую структуру. Таким образом, спроектированная форма и структура LSM влияют на производительность смешивания. Концептуальная конструкция LSM была впервые предложена компанией Sulzer в 1960-х годах, когда несколько стержней внутри смесителя выполняют разделение по Бейкеру и рекомбинацию для смешивания жидкостей15. LSM может быть спроектирован так, чтобы иметь широкий диапазон Re от десятков до тысяч потоков жидкости за счет изменения количества и размеров стержней для управления соотношением смешивания.
С момента первой разработки LSM увеличение соотношения смешивания и расширение сферы применения было основным направлением деятельности многих исследователей. Аримонд и др. провели анализ смешивания в области пассивных смесителей, используя смеситель типа Kenics16, а Fradette et al. провели анализ потока для решетчатого смесителя17. Пьянко-Оприч и др. выполнили анализ смешивания двухфазного потока и показали влияние конструкции смесителя с помощью вычислительной гидродинамики (CFD)18, а Li et al. изучал анализ течения неньютоновских жидкостей, чтобы расширить применение LSM19,20. Раулин и др. сравнили производительность нескольких миксеров с помощью CFD-анализа21, а Zalc et al. объяснил принцип перемешивания в ЛСМ по распределению скоростей22. Heniche et al.23 и Liu et al.24 исследовали соотношение смешивания LSM в зависимости от формы единичной структуры. Ганем и др. обобщены предыдущие исследования и собраны характеристики формы, принципы смешивания и области применения LSM25. Хиршберг и др. выполнили изменение формы, чтобы уменьшить повышение давления LSM26, а Шахбази и др. попытались оптимизировать форму LSM с помощью генетического алгоритма27.