摘要：【目的】 混合是混凝过程的关键环节，会显著影响混凝效果。静态管道混合器是重要的混合设施，具有种类多、混合方式不同、型式各异等特点，且混合效率与结构参数密切相关。但静态管道混合器的结构及其优化仍缺少有效的表征方法与评价手段。本文旨在建立一种静态管道混合器结构参数与混合效率的协同优化方法，为水处理混凝工艺中混合器的设计与性能优化提供理论依据。【方法】 本文构建了DN200型多级耦合静态管道混合器三维模型，采用计算流体动力学（CFD）方法分析了药液体积分数分布与流场变化规律，系统考察了内外腔径比、加药导流槽数、导流槽扭转角和导/汇流部件长度等关键结构参数对速度梯度（G值）和药液体积分数变异系数（CoV值）的影响，并采用灰色关联分析法综合量化G值与CoV值以评价混合效率。【结果】 结构参数对混合效率的影响程度大小依次为导/汇流部件长度、加药导流槽数、导流槽扭转角、内外腔径比，导/汇流部件长度和加药导流槽数为混合效率的关键影响参数。最优结构参数组合如下：内外腔径比为200 mm∶340 mm、加药导流槽数为6个、导流槽扭转角为180°、导/汇流部件长度为75 mm，对应的灰关联度为0.762 3、G值为548 s-1、CoV值为0.084 7，在出口处药液体积分数达到3.2%~4.0%，在1级与2级混合段均形成了顺时针方向旋流，其中内腔中心流速为0.82~1.64 m/s，内腔周边流速为0.40~0.82 m/s，G值显著增加。【结论】 本文结合CFD模拟与灰色关联分析，定量分析了结构参数与混合效率的构效关系，混合效率与CoV值与G值总体呈现负相关关系，仅以G值或CoV值无法有效表征混合效率的变化规律，需建立灰关联模型以综合表征G值与CoV值的变化规律对混合效率的影响。本文为不同型式静态管道混合器的结构参数优化与混合效率改善提供了有效的评价方法。

关键词：静态管道混合器；混合效率；结构参数；计算流体动力学(CFD)；评价方法

基金资助：国家自然科学基金(52370002)

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