超空泡高压水射流用于海水换热器管道清洗的研究

发布时间：2020-03-22 12:23

【摘要】：在海水换热器中,由于长时间在海水环境中工作,换热器管道壁面会积累大量海洋生物质污垢附着,从而对海水换热器效率、使用年限造成很大的影响。传统的清洗手段如化学清洗、高压水射流清洗等无法高效且安全的清洗管道壁面。本文创新性的提出了超空泡高压水射流清洗技术,将应用于海战武器中的超空泡技术与常规高压水射流技术结合,利用超空泡技术的减阻原理,使高压水射流清洗能够具有更高的射流速度,达到更远的清洗距离,从而更高效的清洗海水换热器管道污垢附着。首先,本文以超空泡高压水射流清洗技术为研究对象,介绍了其相关理论基础。超空泡技术目前主要应用于海战武器中,用以减少航行体在水中的阻力。超空泡理论源于空化原理,判断空化发生与否的依据是空化数σ。同时,还探讨了高压水射流清洗的机理以及空化泡在管道壁面附近溃灭的模型。其次,针对超空泡高压水射流清洗海水换热器管道的实验,本文设计了超空泡高压水射流喷嘴,并考虑了各方面的结构参数;之后还对整套实验装置进行设计搭建。再次,本文对超空泡高压水射流及常规高压水射流流场进行仿真分析,得到两者在射流速度、压力等参数的区别;针对通气量及射流压力对超空泡高压水射流清洗的影响,笔者也开展了相关的仿真研究;之后,针对单个空化泡在管道近壁面成长至溃灭的过程进行模拟,得到空化泡在整个过程中各个时间点压力及由此产生的射流速度值等参数。然后,笔者开展了超空泡高压水射流用于清洗换热器管道的实验研究。探究了超空泡高压水射流对换热器钛管的清洗特性,并与常规高压水射流清洗现象进行对比,分析超空泡高压水射流清洗的优势,除此之外,通过实验探究了人工通气量大小及射流压力的高低对于超空泡高压水射流清洗效率的影响。最后,对实验中使用的清洗钛管与未被清洗钛管进行理化检验,探究超空泡高压水射流清洗是否对金属钛管内壁面造成结构性损伤。
【图文】：

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理与空化数（ Cavitation Principle and体压强低于相应温度下的饱和蒸气压时，流体内部开当周围压强高于相应温度下的饱和蒸气压时，空泡便嘴为例，假设喷嘴入口前段压力为，经过喷嘴后低于当时条件下的饱和蒸气压时，喷嘴段靠近壁面9]，如图 2-1 所示：图 2-1 超空泡高压水射流喷嘴设计结构图esign structure diagram of Supercavitating high-pressure water

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2 超空泡高压水射流的理论基础压水射流的工作核心是射流产生机构，，即超空泡高压空泡高压水射流喷嘴的设计结构图。当高压水从喷头喷气从进气口进入喷嘴的外环空腔，保持高压水射流与压热器内管，由于高压水射流喷嘴直径很小，射流束从流会对射流形成包裹状，在环形空腔内形成超空泡，继益于超空泡的减阻机理，射流在管道内流动时，大大减从而使射流保持最大的速度完成对管道壁面的清洗，有的清洗距离。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK172

【参考文献】