供水管网二次加氯是对传统水厂内消毒工艺的一种合理改进。通过将加氯点以一定的规则分散投到管网中的不同位置,不但减少了前点一次投加的药剂浓度,也保证了后续管网中余氯浓度满足最低要求。现阶段实施的二次加氯系统,基本采用不设混合部件自由扩散形式,造成管网间加药点后药剂分布均匀性和稳定性较差,而市场上普遍采用的管式混合装置水损偏大,对于管网间二次加氯系统建设,特别是加压泵房压力固定的改造工程适用性较差。因此,开发快速、均匀且水损低的水力混合装置,对于我国面临的大量管网多点加药改造工程来说具有较强的现实意义。本研究基于螺旋流混合技术的基本原理,开发能够用于管网二次加氯后药剂快速、低损混合的管式混合装置。以计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)为基础,利用Solidworks建立了DN=100mm的混合装置几何模型,采用Fluent进行仿真模拟计算。通过计算机数值模拟和理论分析相结合的研究方法,探究流体流经混合装置后的混合性能及流动特性,对叶片个数、叶片包角、叶片直线段长度和叶片高度等混合装置关键结构参数对于混合效果和压损的影响进行了考察,并采用正交实验对关键参数进行了优化研究。获得的主要结论如下:1.流体在流经混合装置后能够改变流线,使流体从一维运动变为三维运动,且由于管件内叶片的迎水面与背水面的压力差促使流体从高压区流向低压区,与叶片碰撞后改变了速度方向,形成回流,加快了对流混合,此外在叶片靠近管轴心处,叶片对流体的作用力使水流产生漩涡流动在管道横截面形成漩涡,促进了药剂的径向混合。2.通过单因素实验发现叶片个数为3个时,混合效果较好;叶片包角在20~30°内,提高包角角度能改善混合效果,但当包角角度超过30°后,混合效果趋于稳定;当叶片直线段长度为总长度的0.25~0.5倍时,增加叶片直线段长度能够提高混合效果,继续增加后混合效果随之下降;随着叶片高度的增高,混合效果越好,但压力损失也随之增大。3.通过正交实验分析发现,混合装置内叶片的结构参数对混合效果的影响因素主次顺序为叶片个数>叶片包角>叶片直线段长度>叶片高度,对阻力损失的影响因素主次顺序为叶片个数>叶片高度>叶片包角>叶片直线段长度。较优的组合参数为叶片个数为4个,包角为30°,叶片直线长度为20cm,高度为35mm。4.通过对优化后参数,叶片个数为4个,包角为30°,叶片直线长度为20cm,高度为35mm的混合装置进行数值模拟,发现混合装置出口断面的cov值能达到0.055,混合装置的压力损失为181pa。5.对原混合模型的加药方式进行优化后发现混合效果有较明显的提高,在z=2m处,截面浓度的不均匀系数从0.456降低到了0.369,在z=3m的截面,混合效果也提高了0.067,满足了预期优化目标。6.水流在流经混合装置后能量损失可分为混合装置带来的局部阻力损失、沿程阻力损失和转化成旋转动能。螺旋流态的轴向流速分布具有对数分布的特征,周向流速相对于管轴成对称分布,且随着旋流强度的衰减,周向流速的速度峰值也逐渐降低,径向流速由于受流体紊动的原因,分布较无规律,且径向速度受离心力的影响较大。7.分析了螺旋流混合装置应用在供水管网后水力损失的影响。并对最优混合模型的水力损失进行了计算,通过与传统静态混合器相比,螺旋流混合装置在达到药剂混合均匀时,所造成的水力损失约为空管的1.4倍,更适合用于供水管网中。通过计算得出的压力损失与数值与模拟得出的数据相比较,两者符合较好,表明通过数值模拟来研究螺旋流混合装置是一种可取的方法。研究结果为该类混合装置的优化制造及在管网中实际应用提供了理论指导,以及对今后同类产品的开发、设计提供了参考价值。