Numerical method effect on pressure drop estimation in the Koflo^® static mixer

• Autorzy: Stec M. , Synowiec P. M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ metody numerycznej na estymację spadków ciśnienia w mieszalniku statycznym typu Koflo^®

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Pressure drop determines the power required to pump the fluid through the mixer and enables the selection of proper pumping device. In the presented paper there was an attempt to determine the pressure drops over a static mixer using CFD methods and to validate the developed model upon the vendor’s correlation. The study involved one-phase flow in the turbulent regime (Re = 1000÷5000). The numerical and experimental approach was obtained using the Koflo^® Static Mixer consisted of 12 motionless mixing inserts installed in a pipe. It can be an interesting alternative to the commonly used Kenics type mixers, due to its simpler geometry and much smaller price. In order to perform numerical simulations a suitable model was created and then covered by generated mesh with an optimized number of elements on basis of the Grid Convergence Index (GCI). Turbulence model and other Fluent-solver settings were also selected. Analyzing the resulting data, a good accuracy between the numerical data and pressure drops calculated from manufacturer’s correlation was observed.

PL

Wartość spadku ciśnienia określa moc niezbędną do przetłoczenia płynu przez mieszalnik i umożliwia dobór odpowiedniego urządzenia pompującego. W pracy określono spadki ciśnienia w mieszalniku statycznym metodami CFD oraz dokonano walidacji opracowanego modelu na podstawie korelacji podawanej przez producenta. Rozpatrywano przepływ jednofazowy w reżimie burzliwym (Re = 1000÷5000). Wykorzystano konstrukcję mieszalnika Koflo^®, zawierającą 12 nieruchomych elementów mieszających. Stanowi alternatywę dla powszechnie stosowanych mieszalników typu KENICS, ze względu na prostszą geometrię oraz znacznie niższą cenę. Stworzono odpowiedni model obrazujący geometrię mieszalnika i nałożono siatkę numeryczną posiadającą zoptymalizowaną na podstawie współczynnika GCI (Grid Convergence Index) liczbę elementów. Dokonano także doboru modelu turbulencji i pozostałych ustawień solvera Fluent 15. Analizując uzyskane dane zaobserwowano, że spadki ciśnienia uzyskane na drodze symulacji numerycznych są bliskie wartościom obliczonym w oparciu o wzór producenta.

Słowa kluczowe

EN

static mixer; Koflo®; pressure drop; CFD; turbulent flow

PL

mieszalnik statyczny; Koflo®; spadek ciśnienia; przepływ burzliwy

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Inżynieria i Aparatura Chemiczna
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 2
• Strony: 48--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stec M.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego, Wydział Chemiczny, Politechnika Śląska, Gliwice

autor

Synowiec P. M.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego, Wydział Chemiczny, Politechnika Śląska, Gliwice
• Instytut Nowych Syntez Chemicznych, Oddział Chemii Nieorganicznej „IChN”, Gliwice

Bibliografia

• 1. ANSYS Inc., 2013. ANSYS Fluent Theory Guide. Release 15.0
• 2. Bakker, A., LaRoche R.D., Marshall, E.M., 2000. Laminar flow in static mixers with helical elements. The online CFM Book
• 3. Bayer, T., Himmler, K., Hessel, V., 2003. Don't be baffled by static mixers. How to select and size the correct static mixer. Chem. Eng., 110, 50-57
• 4. Berkman P.D., Calabrese R.V., 1988. The dispersion of viscous liquids by turbulent flow in a static mixer. AIChE J., 34, 602-609. DOI: 10.1002/aic.690340409
• 5. Cybulski, A., Werner. K., 1986. Static mixers - criteria for applications and selection. Int. Chem. Eng., 26, 1, 171-180
• 6. Hobbs, D.M., Muzzio, F.J., 1988. Reynolds number effects on laminar mixing in the Kenics static mixer. Chem. Eng. J., 70, 2, 93-104. DOL10.1016/S0923-0467(98)00065-7
• 7. Hobbs, D.M., Swanson. P.D., Muzzio. F.J., 1998. Numerical characterization of low Reynolds number flow in the Kenics static mixer. Chem. Eng. Sci. 53, 8, 1565-1584. DOI:10.1016/S0009-2509(97)00132-2
• 8. Joshi, P., Nigam, K.P.D., Nauman E.B., 1995. The Kenics static mixer: new data and proposed correlations. Chem. Eng. J., 59, 265-271. DOI: 10.1016/0923-0467(94)02948-2
• 9. Koflo® Corporation advertising materials. Koflo® Static In-line Mixers
• 10. Kumar, V., Shirke, V., Nigam, K.D.P., 2008. Performance of Kenics static mixer over a wide range of Reynolds number. Chem. Eng. J., 139, 284-295. DOI: 10.1016/j.cej.2007.07.101
• 11. Myers, K., Bakker, A., Ryan. D., 1997. Avoid agitation by selecting static mixers. Chem. Eng. Prog., 28-38
• 12. Pahl, M.H., Mushelknautz, E., 1979. Einsatz Und Auslegung statischer Mischer, Chem. Ing. Tech., 51, 5, 347-364. DOI: 10.1002/cite.330510504
• 13. Rahmani, R.K., Keith, T.G., Ayasoufi, A., 2004. Numerical simulation and mixing study of non-Newtonian fluids in an industrial helical static mixer. Proc. ASME Heat Transfer / Fluids Engineering Summer Conference. Charlotte. North California. HT-FED04-56020. DOI: 10.4203/ccp.80.86
• 14. Rauline, D., Tanguy, P.A., Le Blévec, J-M., Bousquet, J., 1998. Numerical investigation of the performance of several static mixers. CJChE, 76, 527-535. DOI: 10.1002/cjce.5450760325
• 15. Roache. P.J. 1994. Perspective - a Method for uniform reporting of grid refinement studies. J. Fluid Eng.-T. ASME, 116, 3, 405-413. DOI: 10.1115/1.2910291
• 16. Singh, M.K., Kang, T.G., Anderson, P.D., Meijer, H.E.H., 2009. Analysis and optimization of low-pressure drop static mixers. AIChE J., 55, 9, 2208-2216. DOI 10.1002/aic.11846
• 17. Thakur, R.K., Vial, Ch., Nigam, K.P.D., Nauman, E.B., Djelveh, G., 2003. Static mixers in the process industry - a review. Trans IChemE, 81, Part A, 787-826. D01:10.1205/026387603322302968
• 18. Wageningen, W.F.C., Kandhai, D., Mudde, R.F., Akker, H.E.A., 2004. Dynamic flow in a kenics static mixer: An assessment of various CFD methods. AIChE J., 50, 8, 1684-1696. DOI: 10.1002/aic.l0178