CN104358750A - 管道边界层减阻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管道流动边界层减阻装置，具体讲是涉及一种应用于壁面黏性阻力以及湍流强大较大的输运管道中的边界层减阻装置,其在不对现有管道做特殊处理的情况下，在其内部加装薄壁内管，并在内管管壁上开小孔；内管流体入口处设有渐缩喷管，其能够在整个管道内形成内管壁面上的喷注目的，减小黏性阻力损失。对于湍流流动，本发明还有减弱管径方向的湍流损失，起到整流的作用。在湍流流动时，当管径方向上的速度大于喷注速度时，液体进入夹层，当管径方向上的速度不大于喷注速度时，有喷注效果，这就减小了流体在管壁上的冲击反弹，能较快的将主流内的径向速度抵消，将湍流整合成层流。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道流动边界层减阻装置，具体讲是涉及一种应用于壁面黏性阻力以及湍流强大较大的输运管道中的边界层减阻装置。
背景技术
目前，对于减阻方法的研究及实践，主要包括沟槽法、气泡法、柔壁法、高聚合物添加剂法、高分子涂层减阻和壁面振动减阻等。但对于管道减阻的方案设计上，沟槽法、气泡法、柔壁法不易实现；高分子涂层减阻和壁面振动减阻目前大多处于试验或者理论研究阶段；高聚合物添加剂法虽然得到广泛应用，但是减阻剂的使用限定条件太多，尤其不适用于层流减阻。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是要提供管道边界层减阻装置，其在壁面上形成喷注速度，实现减小流动阻力的目的。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为管道边界层减阻装置，包括：外管和内管，内管套装在外管内部，内管直径根据外管直径确定，以外管直径的90％左右为宜，外管和内管之间形成夹层，外管和内管两端分别通过连接支板连接；内管一端设有渐缩喷管；内管管壁上均匀设有喷注孔，喷注孔采用按顺序或者交错排列的方式，喷注孔的数量在径向可按角度分布，如每10°开一孔，轴向开孔的数量可根据流体物性以及设计要求来确定，如若流体黏度较大，开孔数量可适当增加，总体原则是实现喷注孔有足够的流量与流速破坏边界层。
所述连接支板为流线型结构。
所述渐缩喷管为圆台形状，其半径小的一端的外径于内管外径相同；另一端外径大于内管外径且小于外管内径；渐缩喷管的厚度与内管厚度相同；渐缩喷管的角度为5°～20°。
本装置的工作过程：流体从外管入口流入，分别进入内管和夹层，流入内管的流体通过内管前端的渐缩喷管，通过渐缩喷管加速，进入内管的流体的流速增加，其压力相应的减小；进入夹层的流体通过渐缩喷管，开始段流道渐扩，流速下降，压力增大；内管的内外两侧形成压力差，夹层内的流体从内管管壁的小孔喷入内管，实现喷注。
本发明的优点在于：其在不对现有管道做特殊处理的情况下，在其内部加装薄壁内管，并在内管管壁上开小孔；内管流体入口处设有渐缩喷管，其能够在整个管道内形成内管壁面上的喷注目的，减小黏性阻力损失。对于湍流流动，本发明还有减弱管径方向的湍流损失，起到整流的作用。在湍流流动时，当管径方向上的速度大于喷注速度时，液体进入夹层，当管径方向上的速度不大于喷注速度时，有喷注效果，这就减小了流体在管壁上的冲击反弹，能较快的将主流内的径向速度抵消，将湍流整合成层流；并且不增加运动部件、外部支持设备，不需要额外的驱动装置、添加剂，只需将输送的少量流体的动能转化为压力能。总之，本发明不需对管道做特殊处理，结构简单，制作、安装方便可靠，减阻效果明显。
附图说明
图1是本发明的三维示意图；
图2是本发明内管的三维示意图；
图3是本发明沿管道中心竖直方向的剖面图及压力分布示意图；
图4是本发明的正视图、左视图；
图中：1、外管，2、内管，3、渐缩喷管，4、喷注孔，5、连接支板，6、夹层。
实施方式
为了进一步了解该管道边界层减阻装置，下面结合附图说明如下。
其包括外管1，外管1不做特殊处理，在外1管内部装有薄壁内管2，内管2管壁均匀设喷注孔4。内管1流体入口处(管道开始段)连接有渐缩喷管3，内管2的外径小于与外管1内径，内管2和外管1之间形成夹层6，夹层6厚度由流体的物性及速度决定；外管1和内管2两端分别通过流线型连接支板5连接；连接支板5采用流线型减小进入夹层6的流动阻力；流体流入时分别进入内管2及夹层6，内管2前端为渐缩喷管3，进入内管2的流体的流速会有一定的增加，而压力相应的减小；进入夹层6的流体恰好相反，开始段流道渐扩，流速下降，压力增大；内管2的内外两侧形成压力差，夹层6内的流体从内管2管壁的小孔喷入内管2，实现喷注的目的。
Claims (5)
1.管道边界层减阻装置，包括：外管和内管，内管套装在外管内部，内管直径为外管直径88-92％，外管和内管之间形成夹层，外管和内管两端分别通过连接支板连接；内管一端设有渐缩喷管；内管管壁上均匀设有喷注孔，喷注孔采用按顺序或者交错排列的方式，喷注孔的数量在径向可按角度分布。
2.根据权利要求1所述的管道边界层减阻装置，其特征在于：所述按角度分布为每10°开一孔。
3.根据权利要求1所述的管道边界层减阻装置，其特征在于：所述连接支板为流线型结构。
4.根据权利要求1所述的管道边界层减阻装置，其特征在于：所述渐缩喷管为圆台形状，其半径小的一端的外径于内管外径相同；另一端外径大于内管外径且小于外管内径；渐缩喷管的厚度与内管厚度相同；渐缩喷管的角度为5°～20°。
5.如权利要求1所述的管道边界层减阻装置，其特征在于：其工作过程：流体从外管入口流入，分别进入内管和夹层，流入内管的流体通过内管前端的渐缩喷管，通过渐缩喷管加速，进入内管的流体的流速增加，其压力相应的减小；进入夹层的流体通过渐缩喷管，开始段流道渐扩，流速下降，压力增大；内管的内外两侧形成压力差，夹层内的流体从内管管壁的小孔喷入内管，实现喷注。
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