CN104179757A - 一种微气泡管道流动减阻方法及微气泡减阻管道 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微气泡管道减阻方法，在管道内湍流流场的过渡层内经电解环电解直接产生微气泡，微气泡在流场的过渡层与湍流相互作用，抑制湍流脉动，实现流动湍流减阻。一种微气泡减阻管道，包括管体，管体的截面呈矩形结构，在该管体的管路上设置有二维槽道，二维槽道的两端分别与矩形管体密封连接，在该二维槽道内设置有电解环，该电解环呈矩形框结构，电解环固定设置在二维槽道内的过渡层区域内，电解环的导线伸出二维槽道与电源连接。依靠微气泡与湍流在过渡层内的相互作用，抑制湍流脉动，实现流动湍流减阻，减小液体管道输送过程的摩擦阻力，提高减阻率，减小不必要的浪费，在同样的微气泡气量下尽可能地提高流体的输送速度。
Description
技术领域
本发明涉及液体管道湍流减阻技术领域，尤其是一种微气泡管道流动减阻方法及微气泡减阻管道。
背景技术
能源紧张是制约经济可持续发展，威胁人类进步的重要问题之一，所以节能减排成为社会关注的焦点。当流体采用管道输送时，流体与壁面之间摩擦阻力产生的损耗是能源损耗的一个主要部分，因此减少流体输送过程中的摩擦阻力是一种重要的节能形式。尽管目前已开发了表面活性剂减阻、涂层减阻、肋条减阻、等离子体减阻、壁面吸入减阻等多种减阻技术，但因这些减阻方法具有难以实施、造价高、会污染环境等缺点，未能被广泛推广和应用。
微气泡减阻是指向液体中注入微气泡，利用气泡和湍流的交互作用，改变边界层的湍流结构，抑制湍流脉动，来降低流体输送过程中的摩擦阻力。
当流体在管道内流动的时候，依据粘性长度尺度的大小(即距壁面距离的大小)，将管道流场分为粘性底层、过渡层和外层；研究发现，当微气泡从过渡层进入时减阻效果最好(Javier Ortiz-Villafuerte，Yassin A Hassan.Investigation of Microbubble Boundary Layer Using Particle Tracking Velocimetry[J].Journal of Fluids Engineering,2006,128:509-519)，且当微气泡的直径大于1mm时，将不再有减阻效果(Akihiro Kanai，Hideaki Miyata.Direct numerical simulation of wall turbulent flows with microbubbles[J].Int.J.Numer.Meth.Fluids2001；35:593–615)。鉴于电解微气泡具有操作方便、便于调控、能耗低和气泡直径小的 优点，因此采用电解法产生微气泡。经调研发现，在微气泡减阻的应用和研究方面，均为直接将微气泡注入流体中，导致减阻率较低，有的甚至没有减阻效果，造成资源浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种微气泡管道流动减阻方法及微气泡减阻管道，解决以往管道流体输送过程中摩擦阻力较大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微气泡管道减阻方法，在管道内湍流流场的过渡层内经电解环电解直接产生微气泡，微气泡在流场的过渡层与湍流相互作用，抑制湍流脉动，实现流动湍流减阻。
一种微气泡减阻管道，包括管体，所述管体的截面呈矩形结构，管体的两端分别设置有进口端和出口端，在该管体的管路上设置有二维槽道，二维槽道的两端分别与矩形管体密封连接，在该二维槽道内设置有电解环，该电解环呈矩形框结构，所述的电解环固定设置在二维槽道内的过渡层区域内，所述电解环的导线伸出二维槽道与电源连接。
进一步的，在所述的二维槽道上设置有二维箱盖，所述的二维箱盖上设置有活塞杆，活塞杆与二维箱盖之间形成滑动配合，导线穿过活塞杆伸出二维槽道外，所述的电解环的上端与活塞杆的下端经导线连接。
进一步的，在二维箱盖上端形成一端用于固定活塞杆的定位套管，所述的活塞杆穿过定位套管，在定位套管的侧壁上开设有用于旋接固定螺栓的限位孔。
进一步的，在所述二维槽道的底壁以及两侧壁上还分别设置有三个用于固定电解环的挡板，所述的电解环从二维槽道上端插入二维槽道内、并经三个挡 板固定在二维槽道的过渡层区域内。
进一步的，在矩形管体的进口端和出口端上分别设置有连接法兰。
一种微气泡减阻管道，包括管体，所述管体的截面呈圆形结构，圆形管体的两端分别设置有进口端和出口端，在该管体内设置有电解环，该电解环呈圆环状，所述的电解环固定设置在圆形管体内的过渡层区域中，所述电解环的导线伸出圆形管体连接电源。
进一步的，在圆形管体的内壁上设置有3个用于固定电解环的挡板，所述的电解环经3个挡板固定在圆形管体内。
进一步的，在圆形管体的进口端和出口端上分别设置有连接法兰。
进一步的，在管体上设置有绝缘塞，所述电解环的导线穿过绝缘塞伸出圆形管体。
本发明的有益效果是：采用本发明的减阻方法，可以使微气泡直接在过渡层内产生，不需再像以前一样需要通过外部注入气体，依靠微气泡与湍流在过渡层内的相互作用，抑制湍流脉动，实现湍流流动减阻，减小液体管道输送过程的摩擦阻力，提高减阻率，减小不必要的浪费，在同样微气泡的气量下的作用下尽可能地提高流体速度。
流体在经过本发明的管道之后，流体在管道内壁所受的阻力大大减小，提高减阻率，提高流体在管道内的输送效率，减小流体在传输过程中不必要的浪费。
本发明的微气泡减阻管道根据实际需要，可以安装在现有的各种流体输送管道上，使用面更加宽广。
微气泡减阻技术具有清洁不污染流体、减阻效率高、且易于实施的优点，因此微气泡减阻相对于其他减阻技术，具有更广泛的实用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是矩形减阻管道的结构示意图；
图2是图1中A-A的剖视图；
图3是微气泡产生装置的结构示意图；
图4是二维箱盖的结构示意图；
图5是电解环与挡板之间的连接结构图；
图6是活塞杆与定位套管之间的结构示意图；
图7是圆形减阻管道的结构示意图；
图8是图7中B-B的剖视图；
图中，2、管体，3、连接法兰，10、二维槽道，101、电解环，102、二维箱盖，103、活塞杆，104、定位套管，105、限位孔，106、挡板，107、导线；108、绝缘塞。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
一种微气泡管道减阻方法，在管道内湍流流场的过渡层内经电解环电解直接产生微气泡，微气泡在流场的过渡层与湍流相互作用，抑制湍流脉动，实现流动湍流减阻。采用本发明的减阻方法，可以使微气泡直接在过渡层中产生，依靠流场过渡层内的微气泡与湍流相互作用，抑制湍流脉动，实现流体湍流减阻，减小液体管道输送过程的摩擦阻力，提高减阻率，减小不必要的浪费，在 同样气体流量下尽可能地提高流体速度。
实施例1；如图1～图6所示，一种微气泡减阻管道，包括管体2，管体2的截面呈矩形结构，管体2的两端分别设置有进口端和出口端，为方便该矩形管体2与其它管道连接，在矩形管体2的进口端和出口端上分别设置有连接法兰3，通过连接法兰3方便了本 发明的减阻管道与其它管道连接；在该管体2的管路上设置有二维槽道10，二维槽道10的两端分别与矩形管体2密封连接，在该二维槽道10内设置有电解环101，该电解环101呈矩形框结构，电解环101固定设置在二维槽道10内的过渡层区域内，电解环101的导线107伸出二维槽道10连接电源。
电解环101在二维槽道10过渡层区域内的固定方式是：在二维槽道10的底壁以及两侧壁上还分别设置三个用于固定电解环101的挡板106，电解环101从二维槽道10上端插入二维槽道10内、并经三个挡板106固定在二维槽道10的过渡层区域内。这样电解环101的结构固定相对比较稳定可靠，不会因为水流的冲击而改变位置。
在二维槽道10上设置有二维箱盖102，二维箱盖102上设置有提手，二维箱盖102上设置有活塞杆103，活塞杆103与二维箱盖102之间形成滑动配合，电解环101上的导线穿过活塞杆103与电源连接，电解环101经导线连接在活塞杆103的下端，电解环101的上端也可以直接与活塞杆103的下端固定连接。为避免活塞杆103在二维箱盖102上左右晃动，在二维箱盖102上端形成一段用于固定活塞杆103的定位套管104，活塞杆103穿过定位套管104，在定位套管104的侧壁上开设有用于旋接固定螺栓的限位孔105。
通过活塞杆103的上下移动可以调节电解环101在二维槽道10内的位置，实现电解环101的位置调节，待位置调节好之后，通过在限位孔105内旋入紧 固螺栓便可以对活塞杆103的位置进行固定。
电解环101经导线107连接于电源连接，导线107从活塞杆103中穿过并伸出与电源连接，电源上有两根导线与控制电解环101工作，一根阳极导线和一根阴极导线，阳极导线与电解环101连接，阴极导线穿过二维箱盖102伸入二维槽道10中与水接触，这样便可是电解环101在二维槽道10内工作。
实施例2：如图7图8所示，一种微气泡减阻管道，包括管体2，管体2的截面呈圆形结构，圆形管体2的两端分别设置有进口端和出口端，在该管体2内设置有电解环101，该电解环101呈圆环状，电解环101固定设置在圆形管体2内的过渡层区域中，电解环101的导线伸出圆形管体2连接电源。
在圆形管体2的内壁上设置有3个用于固定电解环101的挡板106，电解环101经挡板106固定在圆形管体2内，经挡板106固定，可以使电解环101更加稳定的固定在管体2内，避免因水流冲击而改变位置。
为方便与其它管道进行连接，在圆形管体2的进口端和出口端上分别设置有连接法兰3。
在管体2上设置有绝缘塞108，电解环101的两根导线均从绝缘塞108穿过，然后伸出圆形管体2与电源连接，阳极导线连接电解环101，阴极导线伸入管体2内腔与流体相接触，绝缘塞108的设置主要是为了防止导线与管体2相接触，从而避免短路现象。
实施例1中的矩形减阻管道适用于一些实验室中的测试管道上，实施例2中的圆形管道适用于一些工业输送管道中，经连接法兰3方便连接在相应的管路上。
流体在经过本发明的管道之后，由于在流体的过渡层内具有微气泡，因此可使流体在管道内流动所受的阻力大大减小，提高减阻率，提高流体在管道内 的输送效率，减小流体在传输过程中不必要的浪费。
微气泡减阻技术具有清洁不污染流体、减阻效率高、且易于实施的优点，因此微气泡减阻相对于其他减阻技术，具有更广泛的实用性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种微气泡管道减阻方法，其特征是，在管道内湍流流场的过渡层内经电解环电解直接产生微气泡，微气泡在流场的过渡层与湍流相互作用，抑制湍流脉动，实现流动湍流减阻。
2.一种微气泡减阻管道，其特征是，包括管体(2)，所述管体(2)的截面呈矩形结构，管体(2)的两端分别设置有进口端和出口端，在该管体(2)的管路上设置有二维槽道(10)，二维槽道(10)的两端分别与矩形管体(2)密封连接，在该二维槽道(10)内设置有电解环(101)，该电解环(101)呈矩形框结构，所述的电解环(101)固定在二维槽道(10)内的过渡层区域内，所述电解环(101)的导线(107)伸出二维槽道(10)与电源连接。
3.根据权利要求2所述的一种微气泡减阻管道，其特征是，在所述的二维槽道(10)上设置有二维箱盖(102)，所述的二维箱盖(102)上设置有活塞杆(103)，活塞杆(103)与二维箱盖(102)之间形成滑动配合，导线穿过活塞杆(103)伸出二维槽道(10)外，所述的电解环(101)的上端与活塞杆(103)的下端经导线连接。
4.根据权利要求3所述的一种微气泡减阻管道，其特征是，在二维箱盖(102)上端形成一端用于固定活塞杆(103)的定位套管(104)，所述的活塞杆(103)穿过定位套管(104)，在定位套管(104)的侧壁上开设有用于旋接固定螺栓的限位孔(105)。
5.根据权利要求2所述的一种微气泡减阻管道，其特征是，在所述二维槽道(10)的底壁以及两侧壁上还分别设置有三个用于固定电解环(101)的挡板(106)，所述的电解环(101)从二维槽道(10)上端插入二维槽道(10)内、并经三个挡板(106)固定在二维槽道(10)的过渡层区域内。
6.根据权利要求2所述的一种微气泡减阻管道，其特征是，在矩形管体(2)的进口端和出口端上分别设置有连接法兰(3)。
7.一种微气泡减阻管道，其特征是，包括管体(2)，所述管体(2)的截面呈圆形结构，圆形管体(2)的两端分别设置有进口端和出口端，在该管体(2)内设置有电解环(101)，该电解环(101)呈圆环状，所述的电解环(101)固定设置在圆形管体(2)内的过渡层区域中，所述电解环(101)的导线伸出圆形管体(2)连接电源。
8.根据权利要求7所述的一种微气泡减阻管道，其特征是，在圆形管体(2)的内壁上设置有3个有用于固定电解环(101)的挡板(106)，所述的电解环(101)经3个挡板(106)固定在圆形管体(2)内。
9.根据权利要求7所述的一种微气泡减阻管道，其特征是，在圆形管体(2)的进口端和出口端上分别设置有连接法兰(3)。
10.根据权利要求7所述的一种微气泡减阻管道，其特征是，在管体(2)上设置有绝缘塞(108)，所述电解环(101)的导线穿过绝缘塞(108)伸出圆形管体(2)。
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