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CN111467991A - 一种被动式多流体混合器 - Google Patents

一种被动式多流体混合器 Download PDF

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CN111467991A
CN111467991A CN202010157436.7A CN202010157436A CN111467991A CN 111467991 A CN111467991 A CN 111467991A CN 202010157436 A CN202010157436 A CN 202010157436A CN 111467991 A CN111467991 A CN 111467991A
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CN
China
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cylindrical shaft
fluid mixer
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passive
casing
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CN202010157436.7A
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CN111467991B (zh
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项磊
钟博
杨卫华
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/112—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/21—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders characterised by their rotating shafts
    • B01F27/2123—Shafts with both stirring means and feeding or discharging means

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Abstract

本发明提供了一种被动式多流体混合器，包括壳体和周向旋流发生器，所述壳体为两端开口的中空圆柱；所述周向旋流发生器包括圆柱轴和导流片；所述圆柱轴与壳体同轴设置，所述导流片均匀设置于圆柱轴侧面；所述导流片的宽度为壳体内径与圆柱轴的外径之差；所述圆柱轴沿轴线方向开有通孔；本发明提供的多流体混合器具有结构简单，体积小，加工方便且成本低廉，拆装维护简单等特点，用于各种条件下两种及以上的流体的混合，并且在使用的同时不会受到空间，环境等的影响，大大提升混合效率，并且在混合流体的同时可以对混合器进行加热或冷却，广泛使用各种流体的混合。

Description

一种被动式多流体混合器
技术领域
本发明属于混合器技术领域，特别涉及一种被动式多流体混合器。
背景技术
混合器的是将不同性质的物体掺混在一起的机器，使不同物料混合充分。
目前市场上的混合器大体可分为主动式与被动式两类。
一般而言，主动式混合器结构复杂，一般采用电机等额外动力带动转子搅拌混合流体以增加扰动，达到混合均匀的目的。这一类混合器使用时受到很多限制，例如混合器在使用时必须通电；混合器使用时必须正放；混合同时不能加热或者冷却；混合器使用时受到本身尺寸约束。
被动式混合器，目前已研制了分层式、T型、C型等多种被动式混合器，这些混合器大多是依靠混合通道的复杂性对混合流体增加扰动达到混合的目的，这种方法混合通道较长且混合效率低，流阻损失大，结构相对复杂，维护不方便。
发明内容
发明目的：本发明提出一种被动式多流体混合器，该混合器具有结构简单，体积小，加工方便且成本低廉，拆装维护简单等特点，用于各种条件下两种及以上的流体的混合，并且在使用的同时不会受到空间，环境等的影响，大大提升混合效率，并且在混合流体的同时可以对混合器进行加热或冷却，广泛使用各种流体的混合。
技术方案：一种被动式多流体混合器，包括壳体和周向旋流发生器，所述壳体为两端开口的中空圆柱；所述周向旋流发生器包括圆柱轴和导流片；所述圆柱轴与壳体同轴设置，所述导流片均匀设置于圆柱轴侧面；所述导流片的宽度为壳体内径与圆柱轴的外径之差；所述圆柱轴沿轴线方向开有通孔。
进一步地，所述导流片横截面为矩形；其中，所述矩形导流片沿圆柱轴轴向长度K满足K∈[7d，13d]，所述导流片厚度δ∈[0.3d，0.5d]，d为圆柱轴通孔内径。
进一步地，所述导流片横截面为扇环；其中，所述导流片半径r∈[20d，30d]，d为圆柱轴通孔内径。
进一步地，所述导流片与圆柱轴轴线夹角α∈[20°,70°]。
进一步地，所述导流片数量优选为5-20个。
进一步地，所述壳体内径为[8d，12d]，壳体外径为[8.3d，12.5d]，壳体长[30d，50d]，其中d为圆柱轴通孔内径。
进一步地，所述圆柱轴外径ψ∈[3d，7d]，圆柱轴长度l∈[8d，14d]，其中d为圆柱轴通孔内径。
进一步地，所述周向旋流发生器上端面距离壳体入口的距离S∈[10d，25d]，其中d为圆柱轴通孔内径。
有益效果：本发明采用的技术方案与现有技术方案相比，具有以下效果：
本发明结构简单，易加工，成本低，核心部分为周向旋流发生器，可同时混合2种或2种以上流体。并且可以在混合同时加热或者冷却被混合流体。本发明所利用特殊的旋流和回流结构，待混合流体流入入口，一部分流体由导流片作用后，由于流通面积的减少，流体加速；又因为导流片的作用，流体流动方向发生改变产生周向漩涡，流体扰动非常剧烈。另一部分流体流经中空圆柱，由于流通面积的减少，流体加速，在流出中空圆柱时，由于中空圆柱实体下游流体不流动，在此处会产生逆压力梯度，从而会产生轴向回流。在周向漩涡与轴向回流的共同作用下，流体充分混合。
附图说明
图1为本发明提供的被动式多流体混合器结构图；
图2为本发明提供的壳体结构图；
图3为本发明提供的周向旋流发生器结构图；
图4为本发明提供的圆柱轴结构示意图；
图5为本发明提供的单个导流片结构示意图；
图6为本发明提供的扇环形导流片结构示意图；
图7为本发明工作时流体运动示意图。
附图标记说明
1-入口；2-出口；3-壳体；4-圆柱轴；5-导流片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示的一种被动式多流体混合器，包括壳体3和周向旋流发生器。壳体3为两端开口的中空圆柱。周向旋流发生器包括圆柱轴4和导流片5。圆柱轴4与壳体3同轴设置，导流片5均匀设置于圆柱轴侧面。导流片5的宽度为壳体4内径与圆柱轴的外径之差。圆柱轴沿轴线方向开有通孔。
导流片可以选择横截面为矩形或者扇环状。当导流片横截面为矩形时，导流片沿圆柱轴轴向长度K满足K∈[7d，13d]，导流片厚度δ∈[0.3d，0.5d]；当导流片横截面为扇环时，导流片半径r∈[20d，30d]，d为圆柱轴通孔内径。
导流片与圆柱轴轴线夹角α∈[20°,70°]，数量优选为5-20个。
如图2所示，壳体尺寸方面满足壳体内径为[8d，12d]，壳体外径为[8.3d，12.5d]，壳体长[30d，50d]，其中d为圆柱轴通孔内径。
如图4所示，圆柱轴外径ψ∈[3d，7d]，圆柱轴长度l∈[8d，14d]，其中d为圆柱轴通孔内径。
工作时，待混合流体流入入口，一部分流体由导流片作用后，由于流通面积的减少，流体加速；又因为导流片的作用，流体流动方向发生改变产生周向漩涡，流体扰动非常剧烈；另一部分流体流经中空圆柱，由于流通面积的减少，流体加速，在流出中空圆柱时，由于中空圆柱实体下游流体不流动，在此处会产生逆压力梯度，从而会产生轴向回流，在周向漩涡与轴向回流的共同作用下，流体充分混合，如图7所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种被动式多流体混合器，其特征在于，包括壳体和周向旋流发生器，所述壳体为两端开口的中空圆柱；所述周向旋流发生器包括圆柱轴和导流片；所述圆柱轴与壳体同轴设置，所述导流片均匀设置于圆柱轴侧面；所述导流片的宽度为壳体内径与圆柱轴的外径之差；所述圆柱轴沿轴线方向开有通孔。
2.根据权利要求1所述的一种被动式多流体混合器，其特征在于，所述导流片横截面为矩形；其中，所述矩形导流片沿圆柱轴轴向长度K满足K∈[7d，13d]，所述导流片厚度δ∈[0.3d，0.5d]，d为圆柱轴通孔内径。
3.根据权利要求1所述的一种被动式多流体混合器，其特征在于，所述导流片横截面为扇环；其中，所述导流片半径r∈[20d，30d]，d为圆柱轴通孔内径。
4.根据权利要求2-3中任意一项所述的被动式多流体混合器，其特征在于，所述导流片与圆柱轴轴线夹角α∈[20°,70°]。
5.根据权利要求2-3中任意一项所述的被动式多流体混合器，其特征在于，所述导流片数量优选为5-20个。
6.根据权利要求1所述的一种被动式多流体混合器，其特征在于，所述壳体内径为[8d，12d]，壳体外径为[8.3d，12.5d]，壳体长[30d，50d]，其中d为圆柱轴通孔内径。
7.根据权利要求1所述的一种被动式多流体混合器，其特征在于，所述圆柱轴外径ψ∈[3d，7d]，圆柱轴长度l∈[8d，14d]，其中d为圆柱轴通孔内径。
8.根据权利要求1所述的一种被动式多流体混合器，其特征在于，所述周向旋流发生器上端面距离壳体入口的距离S∈[10d，25d]，其中d为圆柱轴通孔内径。
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