钢丝绳压缩空气除湿设备设计及其流场模拟

摘要

随着国家电网建设的快速发展，作为野外张力架线施工中的主要受力传导部件-编织类钢丝绳得到广泛应用。由于钢丝绳工作环境相对恶劣，容易粘结泥沙等污物，产生锈蚀，重复使用往往出现磨损、疲劳甚至断丝等破坏，无法有效保证其安全性，对牵张设备、工作人员和沿途线路区域的安全造成影响。本文以亟需清洁保养的牵引钢丝绳为研究对象，对钢丝绳除湿、沥油装置进行研发，并对除湿风刀空气流场进行研究。主要工作如下:
　　 (1)针对牵引用钢丝绳重复使用安全性低的难题，分析对钢丝绳清洁检测保养的要求及除湿工作的重要性，综述了国内外在钢丝绳清洁检测保养和气体流场方面的研究现状，提出钢丝绳清洁检测保养系统开发和除湿风刀气体流场研究中仍存在的问题，确定论文的主要研究内容。
　　 (2)以编织类钢丝绳为研究对象，依据张力架线对钢丝绳的要求，确定钢丝绳清洗检测保养系统应实现的功能，完成钢丝绳清洗检测保养保养系统总体方案设计;针对钢丝绳的结构特点，提出除湿装置的功能要求，完成除湿装置的开发设计。
　　 (3)在分析除湿风刀气流特性和流动特点的基础上，建立了除湿风刀气体流场的控制方程，选择RNGk-ε湍流模型，采用基于非结构化网格的有限体积法，通过SIMPLE算法求解N-S方程，为进行除湿风刀气体流场的数值模拟提供理论依据。
　　 (4)推导出吹扫压力作为衡量除湿效果的重要指标，选取对除湿效果影响较大的四个因素-射流角、收缩角、出口高度和长宽比进行正交试验方案设计，构建除湿风刀流场几何模型，利用FLUENT软件进行数值模拟，分析模拟结果，得到正交因素对除湿效果的影响程度，确定了正交因素的最优组合;针对入口压力和喷射距离对除湿效果的影响，采用单因素法进行了模拟研究，确定了入口压力和喷射距离对除湿效果的影响程度。
　　 (5)参与完成了除湿装置的制造、装配和调试，对除湿装置进行了实验研究，确定入口压力、喷射距离和正交水平组合对钢丝绳除湿效果的影响，实验结果验证了理论分析的正确性。
　　 本课题得到了校企合作项目“绿色环保型牵引绳清洁检测保养一体化设备开发”的支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究的背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 钢丝绳清洁检测保养系统

1．2．2 除湿及保养装置

1．2．3 计算流体动力学及其应用

1．2．4 压缩空气流场模拟及实验研究

1．2．5 目前仍存在的问题

1．3 本文研究的目的和意义

1．4 本文主要研究内容

第二章 钢丝绳除湿装置设计与开发

2．1 钢丝绳清洁检测保养一体化设备总体方案

2．2 钢丝绳除湿装置设计开发

2．2．1 钢丝绳除湿装置功能要求及设计方案

2．2．2 钢丝绳除湿装置总体结构及关键零部件设计开发

2．3 本章小结

第三章 钢丝绳除湿风刀气体流场数学建模

3．1 喷射除湿气流特性及其流动特点

3．1．1 喷射除湿气流特性

3．1．2 喷射除湿气流流动特点

3．2 风刀气体流场基本控制方程

3．3 风刀气体流场湍流模型的选择

3．3．1 湍流模型分类

3．3．2 RNGκ-ε湍流模型

3．4 除湿风刀空气流场数值计算方法

3．5 SIMPLE算法

3．6 本章小结

第四章 钢丝绳除湿风刀气体流场模拟与分析

4．1 钢丝绳除湿风刀气体流场试验指标及正交试验设计

4．1．1 钢丝绳除湿风刀气体流场正交试验优化指标

4．1．2 钢丝绳除湿风刀气体流场正交试验设计

4．2 计算流体力学软件FLUENT

4．3 钢丝绳除湿风刀几何模型的建立及求解器设置

4．3．1 钢丝绳除湿风刀几何模型的建立

4．3．2 钢丝绳除湿风刀几何模型的网格划分

4．3．3 钢丝绳除湿风刀气体流场求解器设置

4．4 钢丝绳除湿风刀气体流场模拟及结果分析

4．4．1 钢丝绳除湿风刀气体流场正交试验数值模拟

4．4．2 极差分析

4．4．3 正交因素与吹扫压力关系趋势分析

4．4．4 入口压力和喷射距离对吹扫压力的影响分析

4．5 本章小结

第五章 钢丝绳除湿风刀气体流场实验研究

5．1 钢丝绳除湿实验设备

5．1．1 钢丝绳清洁检测保养一体化设备

5．1．2 钢丝绳除湿实验装置

5．2 钢丝绳除湿实验及结果分析

5．2．1 部分正交试验号除湿实验及结果分析

5．2．2 入口压力和喷射距离影响程度实验研究

5．3 除湿装置优化改进

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

附录