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叶片式管道清洗器空化射流机理及数值仿真研究

陈东奇  
【摘要】:随着管道输运工业化的推广,管道结垢问题影响越来越严重,严重影响管道输运效率,降低输运能力,因此清洗管道污垢对管道运输推广有着至关重要的意义。目前管道中物理和化学清洗手段存在着危险性高、清洗距离短和污染环境等缺点,空化清洗技术利用空泡破灭瞬间产生的强大冲击力来清洗垢质,是高效、环保的管道清洗技术。论文以叶片式空化清洗器为研究对象,对其清洗机理进行了深入研究,并在此基础上设计了复合型叶片空化清洗器,并搭建了实验测试系统,具体内容如下:采用参数化建模方式简化叶片空化清洗器流场模型建立过程并及对其空化清洗机理进行研究。对叶片空化清洗器流场以面积方式进行等效,利用Matlab软件对等效流场中湍流条件下单空泡溃灭流场特性进行分析,得到了空泡运动变化规律及空泡溃灭时压力脉动、温度和微射流速度等流场特性。在不同参变量条件下,通过Fluent数值仿真软件分析了近壁面空泡溃灭时流场变化规律,获得空泡形态、压力脉动、溃灭时间、微射流速度随溃灭时间的流场变化特性,同时与Matlab结果进行对比分析,结果表明湍流现象会改变空泡溃灭时的压力脉动、温度和微射流速度,提高了清洗效果。设计了一种新型复合型叶片空化清洗器结构。在对空化喷嘴结构参数优化的基础上设计了复合型叶片空化清洗器结构。通过对整体结构的流场数值分析,获得复合型空化清洗器叶片与喷嘴流场耦合及空化区域变化规律。并与单一的纯叶片空化清洗器流场特性进行对比分析,结果显示复合型空化清洗器具有更好的空化效果清洗效果。搭建了空化清洗测试实验系统,通过摄像法和压力分布测试对清洗器检测区域的空化效果进行了测试,观测到不同压力下清洗器空泡的产生及变化规律,同时获得了清洗器流场不同位置处的压力变化特性。


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