CN107670520A - 纽结型的被动式混合器 - Google Patents

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柯梁亮
戴雨静
郭昊
汪久根
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Zhejiang University ZJU
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Zhejiang University ZJU
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种纽结型的被动式混合器。包括连接在入口管道和出口管道之间的纽结型混合管道，所述的纽结型混合管道布置成右手三叶结型或者8字结型的纽结形状；入口管道包括主入口管道和副入口管道，入口管道和副入口管道共同连接到纽结型混合管道的入口端，纽结型混合管道的出口端和出口管道连接；出口管道与主入口管道的中心线共线，主入口管道与副入口管道成90度角垂直布置。本发明能够引起和增强液体在流动过程中的旋流和紊流，使得通过管道的多相液体或液体与粉末能够充分混合，方便制造，结构简单，无管道内部零件，无需外接驱动设备，成本低，混合效率高。

Description

纽结型的被动式混合器
技术领域
本发明涉及了一种混合器，尤其是涉及了一种纽结型的被动式混合器。
背景技术
在果汁、咖啡等饮料产品的生产过程中，需要有混合器进行多种液体、液体与粉末之间的混合操作。在混合器的设计过程中，需要考虑能量损耗、混合效果、设备维护等方面的问题。现在所应用混合器，很多为包含内部旋转叶片或其他内部零件的主动式混合器，存在大量的搅动摩擦热。对于而此类混合器，由于内部金属元件的接触面积较大，可能会影响混合果汁的风味。并且，此类混合器一般会涉及外部供能设备或者液体的动密封问题，使得成本上升、设备维护复杂。如果能够灵活运用流体力学知识，通过特殊的管道结构引起液体内部的特殊流动来混合，那么势必能一定程度上解决上述混合器所存在的缺点。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种纽结型的被动式混合器，能够完成多种液体或者液体与粉末混合。
本发明能引起和增强液体在流动过程中的旋流和紊流，使得通过管道的多相液体或液体与粉末能够充分混合，可通过控制纽结部分的曲率来控制管道的混合效果。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括入口管道和出口管道，包括连接在入口管道和出口管道之间的纽结型混合管道，所述的纽结型混合管道布置成右手三叶结型或者8字结型的纽结形状。
所述的入口管道包括主入口管道和副入口管道，入口管道和副入口管道共同连接到纽结型混合管道的入口端，纽结型混合管道的出口端和出口管道连接。
所述的出口管道与主入口管道的中心线共线，主入口管道与副入口管道成90度角垂直布置。
所述的出口管道、主入口管道和副入口管道的接口处均设置安装座，每个安装座上均设置有四个螺栓安装孔，安装座通过四个螺栓安装孔与外部的输入管道和输出管道相连。
所述的入口管道与纽结型混合管道连接处、纽结型混合管道与出口管道连接处的管道过渡方式均为曲率连续过渡。
所述的纽结型混合管道具有实现液体、液体与粉末的混合功能。
本发明通过纽结型混合管道的特殊结构，使得从两个入口管道进入的液体或者粉末到内部产生旋流、紊流等特殊的流动形式，从而实现两种液体或者粉末的高效混合效果。
混合器的混合效果可根据实际情况采用不同的入口布置方式、纽结型管道曲率半径，也可以通过使用若干个管道串、并联的形式适应不同入口条件、混合要求的情况。
本发明的纽结型混合管道由两段弯曲管道拼合后焊接而成，方便制造。
本发明具有的有益效果是：
本发明能实现发明能实现若干项液体或者液体—粉末之间的混合，为已有的混合需求提供一种快速有效的混合方法。
本发明能够在较小的空间范围内安装、工作，并且维护简单，对不同的工作环境有较高的适应性。
本发明使得混合器的内部设计要求降低，无需内部零件，且密封简单，通过混合管道本身的结构引起液体的旋流、紊流，加强混合效果。
当有不同的混合需求、液流条件时，可通过改变纽结形式、纽结混合管道的曲率半径或者多级串、并联的形式进行匹配，易于形成系列化产品。
本发明的混合器管道整体结构简单，无管道内部零件，无需外接驱动设备，成本低，混合效率高。
附图说明
图1是8字结型的混合器。
图2是右手三叶结型的混合器。
图3是普通S型的混合器。
图4是普通S型的混合器出口酒精浓度分布图。
图5是一种纽结型的被动式混合器出口酒精浓度分布图。
图6是一种纽结型的被动式混合器内部截面矢量图。
其中：1、出口管道，2、纽结型混合管道，3、主入口管道，4、副入口管道，5、安装座
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1、2所示，本发明具体实施包括入口管道3、4和出口管道1，其特征是：包括连接在入口管道3、4和出口管道1之间的纽结型混合管道2，所述的纽结型混合管道2布置成右手三叶结型或者8字结型的纽结形状。入口管道3、4、纽结型混合管道2与出口管道1三部分依次直接相连，构成纽结型混合器的主体。
入口管道3、4包括主入口管道4和副入口管道3，入口管道4和副入口管道3共同连接到纽结型混合管道2的入口端，纽结型混合管道2的出口端和出口管道1连接。
出口管道1、主入口管道4和副入口管道3的接口处均设置安装座5，每个安装座5上均设置有四个螺栓安装孔，安装座5通过四个螺栓安装孔与外部的输入管道和输出管道相连。
出口管道1与主入口管道4的中心线共线，主入口管道4与副入口管道3成90度角垂直布置。入口管道3、4与纽结型混合管道2连接处、纽结型混合管道2与出口管道1连接处的管道过渡方式均为曲率连续过渡。
本发明的实施工作过程是：
考虑一般情况下对混合速度的要求为越快越好，默认混合管道中的液体流动方式为湍流。入口管道4作为主入口管道，入口管道3为次入口管道，两入口管道可以通入不同的液体，交汇后的液流雷诺数上升，流动速度加快。
由于混合管道的纽结形状，液体在管道中往复折叠，流动的速度线场趋于混乱，更易进入湍流状态。在进入纽结型混合管道后，由于雷洛数的上升和管道结构，流体内部的紊流加剧，液体之间相互掺混的程度加剧，混合效果上升。若紊流的程度较高，液体流动中还会产生一些细小的涡旋，由此对混合效果又有了进一步的增强。
本发明不适用于流动缓慢的液体的混合，液体在入口处的雷诺数至少应在2000以上。
本发明的实施例如下：
混合器结构具体采用图1所示的8字结型的混合器。
仿真实验情况是主入口通道通入水，副入口通道通入酒精，通入的速度均为1m/s，仿真管道的总长度取为280mm，内径12mm。实验最终通过考查混合器出口的酒精浓度分布状况判断混合器的混合效果，越接近0.5，混合效果越好。
实验结果是：图5为一种纽结型的被动式混合器出口酒精浓度分布图，可以看出酒精在出口截面上的浓度分布状况。在混合效果最差处，酒精的浓度为0.495，并且出口截面酒精浓度的均匀度通过计算为98％，这说明混合的两种液体混合已经较为充分。图6是一种纽结型的被动式混合器内部截面矢量图，各个箭头表示此处液体的速度方向，由此可以判断液体内部旋流的产生。
对比例如下：
对比例混合器结构具体采用图3所示的普通S型混合器，入口和出口之间通过S形管道连接，入口和出口连接到S形管道的两端。
实验结果是：普通S型的混合器出口酒精浓度分布图如图4所示，混合最差处的酒精浓度为0.45，与0.5相差较大，并且出口截面酒精浓度的均匀度为82％，通过对比可以判断8字型的混合器有效地提升了混合效果。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种纽结型的被动式混合器，包括入口管道(3、4)和出口管道(1)，其特征是：包括连接在入口管道(3、4)和出口管道(1)之间的纽结型混合管道(2)，所述的纽结型混合管道(2)布置成右手三叶结型或者8字结型的纽结形状。
2.根据权利要求1所述的一种纽结型的被动式混合器，其特征是：
所述的入口管道(3、4)包括主入口管道(4)和副入口管道(3)，入口管道(4)和副入口管道(3)共同连接到纽结型混合管道(2)的入口端，纽结型混合管道(2)的出口端和出口管道(1)连接。
3.根据权利要求2所述的一种纽结型的被动式混合器，其特征是：
所述的出口管道(1)与主入口管道(4)的中心线共线，主入口管道(4)与副入口管道(3)成90度角垂直布置。
4.根据权利要求1所述的一种纽结型的被动式混合器，其特征是：
所述的出口管道(1)、主入口管道(4)和副入口管道(3)的接口处均设置安装座(5)，每个安装座(5)上均设置有四个螺栓安装孔，安装座(5)通过四个螺栓安装孔与外部的输入管道和输出管道相连。
5.根据权利要求1所述的一种纽结型的被动式混合器，其特征是：
所述的入口管道(3、4)与纽结型混合管道(2)连接处、纽结型混合管道(2)与出口管道(1)连接处的管道过渡方式均为曲率连续过渡。
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TW200902427A (en) * 2007-07-13 2009-01-16 Univ Nat Cheng Kung Micromixer
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