空化射流双倾角叠片式清洗器流场模拟与结构优化

摘要

随着工业的不断发展，管道结垢问题一直是影响管道输送能力的重大问题之一，因此迫切需要提出一种高效且适应能力强的管道清洗方法。空化射流清洗管道的方法对于解决管道污垢清洗问题有重大的帮助与研究意义。本文通过fluent模拟，对基于空化射流原理的清洗器在管道中静止与运动（三维模型与二维模型结合）的情况进行了模拟，同时基于模拟结果对不同管径下清洗器如何设计提供了思路，主要研究内容如下： （1）清洗器初始放入管道的模拟：将清洗器视为静止，模拟发现水不断流入清洗器过程中，首先在清洗器的第一组叶片上产生空化现象，随着水流继续流入第二组叶片，第一组叶片的空化开始消失，第二组产生空化，并且随着时间的推移，水流完全流过清洗器，空化现象只产生在第二组叶片上。以速度入口为5m/s的结果为例，稳定流动时的产生空化的最大水蒸气相百分数为0.96，流场的水蒸气体积为1.410-6m3，而且随着入口速度的增大，最大气含率不断增大趋于稳定，最大值约为0.97，水蒸气的体积随着入口速度不断增大。 （2）清洗器在管内平动的模拟：模拟结果发现清洗器在管内运动时，清洗器的两组叶片均有空化产生，相比静止的时刻，水蒸气的范围很大。对于不同入口速度的结果，整体满足入口速度越大，产生的水蒸气范围也越大的规律，二维模型入口速度为4m/s、4.5m/s、5m/s、5.5m/s、和6m/s对应的平均水蒸气面积分别为1.12×10-3 m2、1.24×10-3 m2、1.62×10-3 m2、1.83×10-3 m2和2.33×10-3 m2。由结果可以得出，清洗器运动过程中，入口速度越大，产生的水蒸气范围越大，与静止的结果一致。 （3）清洗器在弯管内转动的模拟，清洗器在转动时，在180°、90°和45°弯管中均会产生空化滞后现象，即内弯部分的水蒸气产生的部分在清洗的后边。在转弯过程中，水蒸气的面积随着运动先增大后减小，180°弯管、90°弯管以及45°弯管水蒸气面积最大值为9.65×10-4m2、1.06×10-3m2以及5.75×10-4 m2。 （4）对于不同管径下清洗器如何设计提出了等比例缩放以及控制入口缝隙不变两种设计思路。以水蒸气体积和空化区域长度为评价标准，得出了以管半径35mm的清洗器结构为基础，当管半径大于35mm时，采用等比例扩大的设计思路设计清洗器结构更为合理，而当管半径小于35mm时，采用控制缝隙不变的设计思路设计清洗器的结构更为合理。为清洗器的设计提供了依据。

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