叶片式空化射流清洗器的结构参数设计及数值仿真研究

【摘要】：随着工业化的发展,管道结垢现象一直是影响管道输送能力、使用周期的一个重大问题,迫切需要研究一种能适宜复杂管路系统的清洗方式。本文以单、双折弯叶片式空化射流清洗器为研究对象,采用理论分析、数值计算和试验研究相结合的方法研究空化清洗过程,分析清洗器的清洗机理、优化清洗器结构参数及空化模型,通过试验检测空化溃灭的强弱指导实际工程清洗作业。对单、双折弯清洗器进行了流场数值仿真及正交试验参数优化。分析单折弯清洗器流场的速度、压力及含气量的流场特性分布,研究发现单折弯清洗器的叶片数对空化影响较大,其次是叶片厚度,叶片折弯角度影响较小;双折弯清洗器的下折弯角对空化的影响较大,其次是上下叶片的高度比,叶片数影响较小。以清洗器的空化长度为优化目标研究单、双折弯清洗器清洗效果和清洗机理,正交试验参数影响结果和流场仿真结果一致。经过优化单、双折弯清洗器的空化长度分别提高了 163%、180%,双折弯清洗器的空化长度比单折弯清洗器提高了 67%。改进了空化射流清洗试验装置,通过高速相机法、亚甲基蓝分光光度计法及应力应变法对空化强度进行了测试。高速摄像机法捕捉到双折弯清洗器具有更好的空化效果。双折弯清洗器消耗的亚甲基蓝比单折弯多14%,也间接验证了双折弯空化清洗器具有更好的空化效果。应力应变测试结果表明在清洗器空化位置处应变数值最大,证明在该位置附近产生空化并伴随空泡的溃灭。入口压力越大,空化现象越明显,应变值越高。