CN105289347A - 一种阶梯型文丘里混合器 - Google Patents

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Abstract

一种阶梯型文丘里混合器，包括依次相连通的主流流体流入管道、收缩段、喉部、扩张段和混合流体流出管道以及设置在喉部上流入引入流体的引入管，收缩段和扩张段为阶梯型。收缩段的阶梯型结构使主流流体的内部产生涡旋，并在喉部卷吸引入流体，扩张段的阶梯型结构使主流流体与引入流体组成的混合流体的内部产生涡旋，本发明有效地增大了主流文丘里管内流体的扰动强度，改善了混合不均匀的现象，提高了混合效率，使主流流体和引入流体之间的混合效果得到明显的改善。

Description

一种阶梯型文丘里混合器
技术领域
本发明涉及一种混合器，具体涉及一种阶梯型文丘里混合器。
背景技术
文丘里混合器是一种重要的气液或液液混合装置，广泛应用于工程实际之中。常用的文丘里混合器为一个喉部开孔的经典文丘里管，主流流体在经典文丘里管内流过并在喉部产生负压，使引入流体从开孔处被吸入并与主流流体相互冲击、破碎形成混合紊流流体，从而达到混合的目的。但是，现有的文丘里混合器内的扰动强度较小，存在着混合不均匀和混合效率低等问题。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种阶梯型文丘里混合器，能够有效地增大扰动强度，同时破坏了混合流体的边界层，改善了扩张段壁面附近的流场流动，充分减小了边界层对混合效果的影响，避免出现主流流体流速较高，或引入流体流量较大引起的混合不均匀和混合效率低的问题，并且使本发明适用于更广范围的引入流体与主流流体的流量配比。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种阶梯型文丘里混合器，包括依次相连通的主流流体流入管道1、收缩段2、喉部3、扩张段4和混合流体流出管道5以及设置在喉部3上流入引入流体的引入管6，收缩段2和扩张段4均为阶梯型。
所述收缩段2每级阶梯的阶梯高度相同；由收缩段2的入口处至出口处，对于任意两个相邻的阶梯，更靠近喉部3的阶梯的长度为距离喉部3较远的阶梯长度的1.5～1.6倍，其直径沿主流流体流向呈阶梯状减小。
所述扩张段4每级阶梯的阶梯高度相同；由扩张段4的入口处至出口处，对于任意两个相邻的阶梯，更靠近喉部3的阶梯的长度为距离喉部3较远的阶梯长度的1.5～1.6倍，其直径沿主流流体流向呈阶梯状增大。
所述收缩段2和扩张段4的阶梯为6个。
所述主流流体流入管道1、收缩段2、喉部3、扩张段4和混合流体流出管道5和引入管6均为回转体。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明一种阶梯型文丘里混合器突破了以往文丘里管的设计方式，收缩段2和扩张段4设计为阶梯型结构，有效地改善了壁面附近的流场分布，充分减小了边界层对混合效果的影响。
2、本发明一种阶梯型文丘里混合器的收缩段2由若干个阶梯型结构组成，其特殊的阶梯型结构使主流流体在收缩段2的变径处产生一系列涡旋，随着主流流体流速的不断增大，收缩段2产生的涡旋进一步向喉部中心传播，使主流流体更容易转化为湍流流动，从而有效提高了主流流体与引入流体在喉部3附近的混合效率。
3、本发明一种阶梯型文丘里混合器的扩张段4由若干个阶梯型结构组成，其特殊的阶梯型结构使主流流体与引入流体在混合过程中产生一系列涡旋，随着扩张段4的直径呈阶梯状增大，涡旋结构对流体的扰动也不断增大，使主流流体与引入流体的混合更加均匀，强化了主流文丘里管的混合效果。
4、本发明一种阶梯型文丘里混合器的主流流体流入管道1、收缩段2、喉部3、扩张段4、混合流体流出管道5和引入管6均为回转体，便于加工。
附图说明
图1为本发明一种阶梯型文丘里混合器的剖视图。
图2为本发明一种阶梯型文丘里混合器的左视图。
图3为本发明一种阶梯型文丘里混合器收缩段阶梯处的流体流动示意图。
图4为本发明一种阶梯型文丘里混合器扩张段阶梯处流体的流动示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种阶梯型文丘里混合器，包括依次相连通的主流流体流入管道1、收缩段2、喉部3、扩张段4、混合流体流出管道5和喉部3上流入引入流体的引入管6，收缩段2和扩张段4均为阶梯型。主流流体由主流流体流入管道1进入收缩段2，收缩段2的阶梯型结构使主流流体在收缩段2的变径处产生一系列涡旋，随着主流流体流速的不断增大，收缩段2产生的涡旋进一步向喉部中心传播，使主流流体更容易转化为湍流流动，而且主流流体的扰动强度逐渐增大，从而有效提高了主流流体与引入流体在喉部3附近的混合效率。喉部3处形成的负压将引入流体从引入管6吸入喉部3，主流流体在喉部3不仅与引入流体相互冲击、破碎，由于内部存在涡旋，主流流体还会将引入流体卷吸起来，从而使主流流体与引入流体的混合更加充分；主流流体与引入流体形成的混合流体进入阶梯型结构的扩张段4，混合流体在扩张段4的变径处会产生一系列的涡旋，随着渐扩段4的直径呈阶梯状增大，涡旋结构对流体的扰动也不断增大，主流流体与引入流体的混合更加强烈，大大削弱了混合不均匀的现象，提高了混合效率，进一步增强了混合效果。
作为本发明的优选实施方式，如图1所示，收缩段2每级阶梯的阶梯高度相同；由收缩段2的入口处至出口处，对于任意两个相邻的阶梯，更靠近喉部3的阶梯的长度为距离喉部3较远的阶梯长度的1.5～1.6倍，其直径从主流流体流入管道1的右端至喉部3的左端呈阶梯状减小；扩张段4亦呈阶梯型，每级阶梯的阶梯高度相同；由扩张段4的入口处至出口处，对于任意两个相邻的阶梯，更靠近喉部3的阶梯的长度为距离喉部3较远的阶梯长度的1.5～1.6倍，其直径从喉部3的右端至混合流体流出管道5的左端呈阶梯状增大。本发明优选收缩段2和扩张段4的阶梯均为6个。
作为本发明的优选实施方式，如图2所示，主流流体流入管道1、收缩段2、喉部3、扩张段4和混合流体流出管道5、引入管6均为回转体，便于加工。
如图3所示，当主流流体流过收缩段2的某一级阶梯时，主流流体的边缘流冲击收缩段阶梯侧壁8，边缘流分离为向外流动的外边缘流和向内流动的内边缘流，所述外边缘流沿着收缩段阶梯侧壁8和收缩段阶梯上内壁7流动，在向心力的作用下，逐渐向内流动并汇入主流流体的中心流，外边缘流的流动过程中，在收缩段阶梯上内壁7附近会产生一系列涡旋，这些涡旋随着主流流体的流动逐渐向收缩段2的中心传播，增大了主流流体的扰动强度；所述内边缘流又分为两部分，其中远离收缩段阶梯侧壁8的部分直接汇入主流流体的中心流，而靠近收缩段阶梯侧壁8的部分则绕过侧壁8和内壁9构成的拐角，沿着收缩段阶梯下内壁9继续流动，并在侧壁8和内壁9构成的拐角处产生涡旋，进一步增大了主流流体的扰动强度。
如图4所示，当混合流体流过扩张段4的某一级阶梯时，混合流体的边缘流沿着扩张段阶梯下内壁12流动，当流动至内壁12和侧壁11构成的拐角时分为两部分，其中远离扩张段阶梯下内壁12的部分沿着原来的流动方向继续向前流动；而靠近扩张段阶梯下内壁12的部分则绕过内壁12和侧壁11构成的拐角，沿着扩张段阶梯侧壁11继续流动，并在内壁12和侧壁11构成的拐角处产生涡旋，增大了混合流体的扰动强度，增强了主流流体和引入流体之间的混合，之后，上述沿着扩张段阶梯侧壁11流动的混合流体继续流动至扩张段阶梯上内壁10，在向心力的作用下，逐渐向内流动并汇入混合流体的中心流，上述流动过程中，在扩张段阶梯上内壁10附近产生一系列涡旋，这些涡旋随着混合流体的流动逐渐向扩张段4的中心传播，进一步增大了混合流体的扰动强度，强化了混合效果，提高了混合效率。

Claims (5)

1.一种阶梯型文丘里混合器，包括依次相连通的主流流体流入管道(1)、收缩段(2)、喉部(3)、扩张段(4)和混合流体流出管道(5)以及设置在喉部(3)上流入引入流体的引入管(6)，其特征在于：所述收缩段(2)和扩张段(4)为阶梯型。
2.根据权利要求1所述的一种阶梯型文丘里混合器，其特征在于：所述收缩段(2)每级阶梯的阶梯高度相同；由收缩段(2)的入口处至出口处，对于任意两个相邻的阶梯，更靠近喉部(3)的阶梯的长度为距离喉部(3)较远的阶梯长度的1.5～1.6倍，其直径沿主流流体流向呈阶梯状减小。
3.根据权利要求1所述的一种阶梯型文丘里混合器，其特征在于：所述扩张段(4)每级阶梯的阶梯高度相同；由扩张段(4)的入口处至出口处，对于任意两个相邻的阶梯，更靠近喉部(3)的阶梯的长度为距离喉部(3)较远的阶梯长度的1.5～1.6倍，其直径沿主流流体流向呈阶梯状增大。
4.根据权利要求2或3所述的一种阶梯型文丘里混合器，其特征在于：所述收缩段(2)和扩张段(4)的阶梯为6个。
5.根据权利要求1所述的一种阶梯型文丘里混合器，其特征在于：所述主流流体流入管道(1)、收缩段(2)、喉部(3)、扩张段(4)、混合流体流出管道(5)和引入管(6)均为回转体。
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