收稿日期：２０２１－１２－２３
作者简介：屈海宁（１９８６—），女，陕西宝鸡人，工程师，获硕士学位，主要从事石化、化工、环保领域工程设计工作。
屈海宁
（南京万德斯环保科技股份有限公司技术中心，江苏南京 ２１１１００）
摘要：静态混合器的应用可大幅度提高乙醇和汽油的混合度。通过流体模拟分析软件ＦＬＵＥＮＴＶ１１模拟分析了混合器在汽油中添加乙 醇的混合效果和系统阻力，静态混合器中设置三组混合单元，系统混合度在９．１％～１０．１％，系统阻力为３８．５ｋＰａ；以工艺水为介质试验
系统阻力降。在相同工作流量和试验条件下，模拟分析比试验得出的系统阻力降约高出２
０％。关键词：流体模拟分析软件ＦＬＵＥＮＴＶ１１；静态混合器；系统阻力；乙醇汽油中图分类号：
ＴＥ６２４．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２１）０６－０１７０－０４
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｔａｔｉｃＭｉｘｅｒｉｎＧａｓｏｌｉｎｅＡｄｄｉｔｉｖｅ
ＱｕＨａｉｎｉｎｇ
（ＮａｎｊｉｎｇＷｏｎｄｕｘＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｔａｔｉｃＭｉｘｅｒｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｉｘｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆＥｔｈａｎｏｌａｎｄＧａｓｏｌｉｎｅｇｒｅａｔｌｙ．ＴｈｅｍｉｘｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｎｄｓｙｓｔｅｍｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｍｉｘｅｒａｄｄｉｎｇｅｔｈａｎｏｌｔｏｇａｓｏｌｉｎｅｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｆｌｕｅｎｔＶ１．ＷｈｅｎｔｈｅＳｔａｔｉｃＭｉｘｅｒｃｏｎｔａｉｎｓｔｈｒｅｅｇｒｏｕｐｓｏｆｍｉｘｉｎｇｕｎｉｔｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｉｘｉｎｇｄｅｇｒｅｅｉｓ９．１％～１０．１％（ｖｏｌ）％，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｓ３８．５ｋｐａ；Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｗａｓｔｅｓｔｅｄｗｉｔｈｐｒｏｃｅｓｓｗａｔｅｒａｓｍｅｄｉｕｍ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｗｏｒｋｉｎｇｆｌｏｗｒａｔｅａｎｄｔｅｓｔｃ
ｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｒｏｐｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｉｓａｂｏｕｔ２０％ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｔｅｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＬＵＥＮＴＶ１１；ｓｔａｔｉｃｍｉｘｅｒ；ｓｙｓｔｅｍｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｅｔｈａｎｏｌｇａｓｏｌｉｎｅ 在汽油发油过程中，汽车油箱及油路系统中燃油杂质会出现沉淀和凝结（特别是胶质胶化现象），汽油自身也会出现碳粒积聚的现象。为防止以上现象的发生常采用加入添加剂乙醇的方法，添加剂乙醇注入汽油主管路时的混合效果会影响汽油的性能。目前，工程中采用在装车鹤管前安装静态混合器设备。静态混合器的混合过程是靠固定在空心管道中的混合元件进行的，利用混合元件的作用力，使流体时而左旋时而右旋，不断改变流动混合方向，不仅将中心流体推向周边，同时也将周边流体推向中心，使两股或多股流体产生切割、剪切、旋转和 重新混合，从而达到良好的径向混合效果［３］
。与此同时，流体自身在相邻混合元件连接处的接口上亦有旋转作用，这种完善
的径向环流混合作用，使流体达到混合均匀的目的［２］
。
本文采用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件，设计混合器三维模型，模拟分析较为合理的混合器结构，通过
流体模拟分析软件ＦＬＵＥＮＴＶ１１软件分析汽油＋乙醇的在各种工作状态下的阻力，在混合器不同结构下的混合效果。并以水为试验介质，通过试验测定混合器的阻力损失。
１ 流体模拟分析
１．１ 混合器的结构设计
静态混合器结构采用法兰端口中间管体的形式，管体内部沿着轴向方向设有多个混合单元体。混合单元体包含１个主
叶片和２个副叶片。２个副叶片交错焊接在主叶片的正反两
面，相邻的２个混合单元体交错连接［５］卫星应急通信系统
。如图１
所示。
１．管体；２．端口法兰；３．主叶片；４．副叶片
图１ 静态混合器内部结构图
１．２ 混合器内部流体流动状态
本文采用流体模拟分析软件ＦＬＵＥＮＴＶ１１软件分析汽油＋
乙醇的在各种工作状态下的阻力［４］
，汽油与乙醇混合的流体状态如图２
所示。
图２ 乙醇－汽油静态混合器流体流动状态图
１．３ 模拟分析
本文考察了混合单元的形式、支管接入形式对混合效果和
混合器阻力的影响［１］
。模拟分析时混合器主管管径为ＤＮ１００，Φ
１１４Ｘ４．０，支管管径为ＤＮ４０，Φ４８Ｘ３．５，介质为汽油和乙醇，汽油流量为９
０ｍ３／ｈ，乙醇流量为１０ｍ３／ｈ等条件不变。制定了４种不同工况进行模拟分析。２．３．１ 工况１
混合器内部不设置混合单元，支管垂直接入主管，沿主管管壁平焊时，
模拟分析效果如下图：
图３
系统阻力分析图
图４
流动状态分析图
图５ 出口混合程度分析图
从图３至图５可知，乙醇平均浓度：１０．０％；乙醇最大浓度：１２．７％；乙醇最小浓度：６．８％；系统阻力：３．２ｋＰａ。２．３．２ 工况２
混合器内部不设置混合单元，支管垂直接入主管，插入至主管中心，
模拟分析效果如下图：
图６
系统阻力分析图
图７
流动状态分析图
图８ 出口混合程度分析图
从图６至图８可知，乙醇平均浓度：１０．０％；乙醇最大浓度：１２．７％；乙醇最小浓度：６．８％；系统阻力：５．６ｋＰａ。２．３．３ 工况３
混合器内部设置２组混合单元，支管垂直接入主管，沿主管管壁平焊，
模拟分析效果如下图：酒店管理系统论文
图９
系统阻力分析图
图１０
流动状态分析图
图１１ 出口混合程度分析图
从图９至图１１可知，乙醇平均浓度：１０．０％；乙醇最大浓度：１０．５％；乙醇最小浓度：８．７％；系统阻力：２８．３ｋＰａ。２．３．４ 工况４
混合器内部设置３组混合单元，支管垂直接入主管，插入至主管中心，模拟分析效果如下图：
图１２
系统阻力分析图
图１３
流动状态分析图
图１４ 出口混合程度分析图
从图１２至图１４可知，乙醇平均浓度：１０．０％；乙醇最大浓度：１０．１％；乙醇最小浓度：９．１％；系统阻力：３８．５ｋＰａ。２．３．５ 混合效果与系统阻力分析
本文对４种不同工况的模拟数据进行了对比，对比结果见表１。
表１ 混合效果与系统阻力
工况混合器单元支管接入主管形式
乙醇浓度／％系统阻力／ｋＰａ
工况１
无混合单元
支管垂直接入主管，沿主管管壁平焊
平均浓度：
１０．０最大浓度：１２．７最小浓度：６．８３．２
工况２无混合单元支管垂直接入主管，插入至主管中心平均浓度：１０．０最大浓度：１２．７最小浓度：６．８５．６
工况３２组混合单元支管垂直接入主管，沿主管管壁平焊平均浓度：１０．０最大浓度：１０．５最小浓度：８．７２８．３
工况４３组混合单元支管垂直接入主管，插入至主管中心平均浓度：１０．０最大浓度：１０．１最小浓度：９．１
３８．５
通过模拟分析结果可以看出，采用二组混合片的混合器的
阻力与三组混合片相比可降低约２６％，但其混合效果明显差于三组混合片。支管沿主管管壁平焊和插入主管中心两种接入
方式对介质混合度影响不大，当工作流量为１００ｍ３
／ｈ时，系统
2003赤裸天使阻力约增大２
．４ｋＰａ。２ 模拟与工艺试验
本文以水为工艺介质，工艺管道主管管径为ＤＮ１００，
Φ
１１４Ｘ４．０，支管管径为ＤＮ４０，Φ４８Ｘ３．５，混合器结构采用三组混合单元，支管垂直接入主管，沿主管管壁平焊等条件不变。通过考察流量变化对系统阻力的影响，对模拟分析与工艺试验进行了比较。
２．１ 模拟分析
以水为工艺介质，工艺管道主管管径为ＤＮ１００，Φ１１４Ｘ４．０，支管管径为ＤＮ４０，Φ４８Ｘ３．５，混合器结构采用三组混合单元，支管垂直接入主管，沿主管管壁平焊，采用流体模拟分析软
件Ｆ
ＬＵＥＮＴＶ１１软件分析不同流量下的系统阻力，支管垂直接入主管，沿主管管壁平焊，模拟分析结果见表２和图１
５。表２ 混合器阻力降模拟结果
工况流量／（ｍ３／ｈ）压差／ｋＰａ流速／（ｍ／ｓ）Ｔ－０１１０．０００
０．５６５０．３４０Ｔ－０２２０．０００２．２４２０．６８０Ｔ－０３３０．０００３．９７１１．０２０Ｔ－０４
４０．０００
７．４８０
１．３６０
表２（续）
工况流量／（ｍ３
／ｈ）压差／ｋＰａ流速／（ｍ／ｓ）Ｔ－０５５０．０００
１２．０７８１．７００Ｔ－０６６０．０００１７．７４２２．０４０Ｔ－０７７０．０００２２．１２４２．３８０Ｔ－０８８０．０００２９．５６８２．７２０Ｔ－０９９０．０００３８．１１４３．０５９Ｔ－１０１００．０００４６．９２５３．３９９Ｔ－１１１１０．０００５８．４１２３．７３９Ｔ－１２１２０．０００６６．０４９４．０７９Ｔ－１３１３０．０００７８．５３８４．４１９Ｔ－１４
１４０．０００
９２．０９３
４．７５
９
图１５ 流体流量与系统阻力
２．２ 工艺试验
以水为工艺介质，工艺管道主管管径为ＤＮ１００，Φ１１４Ｘ４．
０，支管管径为ＤＮ４０，Φ４８Ｘ３．５，混合器结构采用三组混合单
元，混合器与质量流量计串联，通过调节阀门开度，控制管路流
量，按表３所制定的试验工况进行试验，
记录混合器进出口两端的压差值，试验结果见表４。
表３ 混合器阻力试验工况表
工况
Ｔ－０１Ｔ－０２Ｔ－０３Ｔ－０４Ｔ－０５Ｔ－０６Ｔ－０７Ｔ－０８Ｔ－０９Ｔ－１０工作流量／（ｍ３
／ｈ）
３０４０５０６０７０８０９０１００１１０１２０试验时间／ｍｉｎ
６
６
６
６
６
６
６
６
６
６
表４ 混合器阻力降试验结果
工况
试验Ａ
试验Ｂ
试验Ｃ
试验均值
模拟值
流量／（ｍ３／ｈ）压差／ｋＰａ流量／（ｍ３／ｈ）压差／ｋＰａ流量／（ｍ３／ｈ）压差／ｋＰａ流量／（ｍ３／ｈ）压差／ｋＰａ流量／（ｍ３
／ｈ）压差／
ｋＰａＴ－０１３０３．４６８３０３．７５６２９．９３．９４７２９．９６７３．７２４３０３．９７１Ｔ－０２３９．４６．４０７３９．３６．５２１３９．３６．３３６３９．３３３６．４２１４０７．４８Ｔ－０３５２．２１０．２６４５２．３１０．２２９５２．３１０．３８３５２．２６７１０．２９２５０１２．０７８Ｔ－０４５９．９１３．３６９５９．９１３．３１４５９．９１３．４５７５９．９００１３．３８０６０１７．７４２Ｔ－０５６８．３１７．２４７６８．４１７．２９９６８．４１７．１５９６８．３６７１７．２３５７０２２．１２４Ｔ－０６８３．２２５．４９３８３．２２５．６３１８３．２２５．４５１８３．２００２５．５２５８０２９．５６８Ｔ－０７８９．２２９．１７２８９２９．０８４８９２９．１５５８９．０６７２９．
１３７９０３８．１１４Ｔ－０８１０２．２３８．１６２１０２．２３８．０４５１０２．２３８．２５３１０２．２００３８．１５３１００４６．９２５Ｔ－０９１０９．６４３．４７１０９．７４３．４８５１０９．７４３．６８２１０９．６６７４３．５４６１１０５８．４１２Ｔ－１０
１２１．４
５３．５８２
１２１．２
５３．７０２
１２１．２
５３．３６２
１２
１．２６７５３．５４９
科索沃
１２０
６６．０４９
２．３
试验结果与模拟分析结果对比
图１６ 流体流量与系统阻力对比
从图１６中，可以看出模拟工况和实际工况下，在相同工作流量下，混合器的压差分析结果，比试验结果约高出２０％。当
工作流量为１
００ｍ３
／ｈ时，工艺介质为水时，混合器阻力的模拟分析结果是４６．９２５ｋＰａ，实测数据是３８．１６２ｋＰａ，工艺介质为９０％汽油＋１０％乙醇时，模拟分析结果是３８．５ｋＰａ，进而可推算在此工况下，实际阻力约为３１．３ｋＰａ。
３ 结论
本文通过流体分析软件对混合器的压力降和混合效果进行了模拟分析，并通过工艺试验对模拟分析结果进行了验证。
以主管管径ＤＮ１００（Φ１１４×４．０）为例，在流量为１００ｍ３
／ｈ条件下，采用三组混合片的混合器，工艺介质为水时，实测混合器两
端压差为３８．２ｋＰａ。工艺介质为混合汽油时，推算混合器两端压差约为３１．３ｋＰａ。
通过模拟分析结果可以看出，采用二组混合片的混合器的阻力与三组混合片相比可降低约２６％，但其混合效果明显差于三组混合片。支管沿主管管壁平焊和插入主管中心两种接入
方式对介质混合度影响不大，当工作流量为１
００ｍ３
／ｈ时，系统阻力约增大２．４ｋＰａ。综上所述，采用三组混合片的混合器阻力适中，混合效果较好，适宜在乙醇汽油的装车过程中进行应用。
参考文献
［１］李洪亮，马晓建，方书起，等．Ｋｅｎｉｃｓ型静态混合器流动阻力案例分析法
的实验研究［Ｊ］．郑州工学院学报，１９９５，１６（４）：６２－６６．［２］郑四仙．静态混合器简介及选用［Ｊ］．化工生产与技术，
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２００６．［４］董海宏．静态混合器数值模拟研究与结构优化［Ｄ］．西安：
西安建筑科技大学，
２０１１．［５］唐洪涛，洪长嬉．静态混合器的应用设计［Ｊ］．淀粉与淀粉
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）
（上接第１６９页） 图６表明，在电磁阀其他关键参数保持相同的情况下，在绕组线圈匝数增加的过程中，电磁阀磁力随之基本成正比增加。
４ 结论
使用Ｍｅｘｗｅｌｌ软件的仿真分析功能，可以利用电磁阀的二
维模型对其在不同关键参数下的工作特性进行定量的计算。不但能够得出在电磁阀工作过程中的一些
卞仲耘特征，还可以在参数化设计功能中，设置不同的初始工作气隙和绕组线圈匝数，分析其对电磁阀工作时磁力的影响，对注水井井下通道切换关键装置的设计过程中提供了指导性的作用。
参考文献
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仿真可靠性验证［
Ｊ］．机械，２０２０，４７（０１）：３５－４０．［２］徐建中，周国海，姜星星．基于ＭＡＸＷＥＬＬ的电磁阀仿真分
析［Ｊ］．造船技术，２０１５（０１）：９７－１００．［３］辛瑞昊，熊庆辉，王浚哲，等．基于Ｍａｘｗｅｌｌ的电磁阀仿真与
分析［Ｊ］．长春理工大学学报（自然科学版），２０１５，３８（０２）：１１３－１１．（本文文献格式：李佳隆，党瑞荣，刘娟，等．井基于Ｍａｘｗｅｌｌ的电磁阀有限元二维仿真与分析［Ｊ］．山东化工，２０２１，５０（０６）：１６８－１６９＋１７３．）
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