CN107605875B - 一种具有微孔内壁的减阻增速管道 - Google Patents

Abstract

本发明属于减阻增速管道领域，具体的涉及一种具有微孔内壁的减阻增速管道。通过具有微孔的特殊内壁结构，利用管道内壁微孔将微气泡束缚，以气液界面替代固液界面，减小液体与管道内壁的粘附作用，达到减阻增速的效果；同时调节微气泡的附加压强，及时补充损失的微气泡，使气液接触持续而稳定，保证减阻增速效果在较长工作时间内都有效果。

Description

一种具有微孔内壁的减阻增速管道

技术领域

本发明属于减阻增速管道领域，具体的涉及一种具有微孔内壁的减阻增速管道。

背景技术

由于粘性流体与流经的管道壁面之间有粘附作用，因此流体沿途会产生能量损失，导致压力、速度等参数的下降。对于长度较长或管径较小的管道，该现象更为显著。要减小这种能量损失，减小流体在壁面粘附效果是关键。常用的方法有采用内壁更光滑的管道、在管道内壁上制作疏水或疏油仿生微结构、流体中加入气体形成泡状流体等等。其中，降低流体与管道的粘附功是关键。通常，气体与液体间的粘附功明显小于固体与液体间的粘附功。因此，采用气液界面替代固液界面已成为流体降低壁面粘附、减阻增速的一个有效方法。仿生微结构壁面的一个重要功能是能在微结构上束缚微气泡，从而减小液相流体与固体壁面之间的接触面积。但是，随着工作时间的增加，微气泡会被破坏，因此减小粘附的效果逐渐减弱。而在液相流体中加入气泡的方法不适合某些对单相流有特别要求的使用环境。因此，寻找既能将微气泡束缚在管道内壁，又能对损失的微气泡及时补充的方法，使液相流体减小在壁面上的粘附作用、达到减阻增速的效果，是十分具有工程应用价值的。

发明内容

本发明公开了一种具有微孔内壁的减阻增速管道，通过具有微孔的特殊内壁结构，利用管道内壁微孔将微气泡束缚，以气液界面替代固液界面，减小液体与管道内壁的粘附作用，达到减阻增速的效果；同时调节微气泡的附加压强，及时补充损失的微气泡，使气液接触持续而稳定，保证减阻增速效果在较长工作时间内都有效果。

本发明一种具有微孔内壁的减阻增速管道，包括：多孔内套、网板支撑套、支撑体、外套、气动接头、法兰、管件接头。多孔内套位于减阻增速管道的中心位置，多孔内套是与流体接触的主要部件，并且在多孔内套的内壁形成微气室，气液两相接触比液相的单相接触减少了壁面的压力损失。多孔内套的外壁面粘连着网板支撑套，两者形成嵌套结构。网板支撑套上均匀分布着微型正方形孔眼。网板支撑套外壁面粘连若干矩形块支撑体。支撑体具有隔开网板支撑套和外套的作用。支撑体与外套采用粘连的方式连接固定。外套壁面开有螺纹通孔，通过螺纹通孔与气动接头相连。气动接头可外接气泵等装置，通过气动接头、螺纹通孔、网板支撑套的微型正方形孔眼连接到多孔内套微气室，形成畅通的气路。管道的两端焊接分别连接一个法兰。法兰中央开有螺纹孔，并通过螺纹孔与管件接头连接，再通过管件接头接入工作段管道。

优选地，所述多孔内套内径为20mm，厚度为50～200μm，多孔内套上密布着直径1～80μm的微孔，孔间距为微孔直径的1.2～5倍。

优选地，所述网板支撑套厚度为0.5～2mm，网板支撑套上均匀分布着尺寸为100～500μm的正方形微孔。

使用时，保持气动接头-微通道-多孔内套的内壁面上的微气泡内的压力为正压，并通过改变气路入口压力调节微气泡内压及气液接触界面。在微气室中气泡不破裂的前提下，随着气室中气压在0到P_max的范围中增大，P_max就是微气泡能够保持稳定不破裂的临界压力值，管道内的流体的速度和压强也会随之变大，即可以通过控制气压调节管道内流体流速和压强，从而达到减阻增速效果。其中，

式中，γ为管内流体与管道内壁接触时的表面张力，R为微气泡的曲率半径。

本发明具有的有益效果如下：

1.与在管壁采用固定微结构实现对流体减阻增速效果相比，本发明采用主动调节策略，通过调节微气泡气压能够实现流体流速、压力的控制或调节。

2.采用壁面微形通孔构建壁面微气室结构，即使微气室被破坏，也可通过调节气压再次形成，并且微孔壁面清洁方便。

附图说明

图1是管道局部剖示图。

图中：1－多孔内套；2－网板支撑套；3－支撑体；4－外套；5－气动接头；6－法兰；7－管件接头。

图2是管道截面图。

图中：1－多孔内套；2－网板支撑套；3－支撑体；4－外套；5－气动接头；6－法兰；7－管件接头。

图3是多孔内套示意图。

图4是网板支撑套示意图。

图5是外套示意图。

图6是支撑体示意图。

图7是管件接头示意图。

图8是法兰示意图。

图9是气动接头示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。如图1所示本发明是调节管内流体流速和压强的管道。包括：多孔内套1、网板支撑套2、支撑体3、外套4、气动接头5、法兰6、管件接头7。

多孔内套1是与流体接触的主要部件，并且在管道内壁形成微气室，气液两相接触比液相的单相接触减少了壁面的压力损失。多孔内套1的外壁面粘连着网板支撑套2，两者形成嵌套结构。网板支撑套2上均匀分布着微型正方形孔眼。网板支撑套2外壁面粘连若干矩形块支撑体3。支撑体3具有隔开网板支撑套2和外套4的作用。支撑体3与外套4采用粘连的方式连接固定。外套4壁面开有螺纹通孔，通过螺纹通孔与气动接头相连。气动接头5可外接气泵等装置，通过气动接头5、螺纹通孔、网板支撑套2的微型正方形孔眼连接到多孔内套微气室，形成畅通的气路。管道的两端分别焊接一个法兰6。法兰6中央开有螺纹孔，并通过螺纹孔与管件接头7连接，再通过管件接头7接入工作段管道。

本实施例中，各零部件特征的尺寸。

多孔内套1长为90mm，直径为20mm，厚度为0.1mm。多孔内套上密布着直径40±2μm微孔，微孔之间相距100±10μm。

网板支撑套2长为90mm，直径为20.2mm，厚度为1mm，网板上均匀布置之200μm的正方形微孔。

支撑体3长为10mm，宽为1mm，高为2mm。

外套4长为90mm，直径为26.2mm，厚度为4mm，沿轴线每30mm处沿圆周均匀分布4个m5的孔。

气动接头5外螺纹直径为5mm，其通孔内径为4mm。

法兰6内壁直径为20mm。

管件接头7通孔内径为20mm。

本发明使用前的操作步骤如下：

步骤1、将多孔内套与网板支撑套粘连。

步骤2、沿管道轴线方向每间隔20～30mm在网板支撑套的外表面上圆周均匀布置3～4个支撑体。

步骤3、采用的方法为粘连的方式使得支撑体紧密贴合在直径为26.2mm，长为90mm的外套内壁面上形成稳固的管道。

步骤4、将气动接头与外套上m5的孔螺纹连接，将外接气管与气动接头相连。

步骤5、将法兰嵌入步骤4中形成的管道两端。

步骤6、将管件接头与法兰螺纹连接。

步骤7、控制管道入口出液压的数值为定值。

步骤8、通过气路调节通入气压，保持气液接触的持续稳定，达到管道内的减阻增速的效果。

当在管道入口处保持2000Pa的压力，气路中气压逐步从276到562Pa，管道内的平均速度从0.92m/s到0.93m/s，管道内平均压强从1142Pa到1243Pa。速度提高了1.09％，压强提高了8.85％。达到了通道内微流体增压增速的目的。可见在0到P_max中，随着气室压强逐步增大，管道内的平均速度也在逐步增大，平均压强也在逐步增大。

以上对本发明的具体实施例进行描述，需要理解的是，本发明不局限于上述的特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形和修改并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种具有微孔内壁的减阻增速管道，其特征在于：所述减阻增速管道包括多孔内套、网板支撑套、支撑体、外套、气动接头、法兰、管件接头；多孔内套位于减阻增速管道的中心位置，多孔内套是与流体接触的主要部件，并且在多孔内套的内壁形成微气室，气液两相接触比液相的单相接触减少了壁面的压力损失；多孔内套的外壁面粘连着网板支撑套，两者形成嵌套结构；网板支撑套上均匀分布着微型正方形孔眼，网板支撑套外壁面粘连若干矩形块支撑体，支撑体具有隔开网板支撑套和外套的作用，支撑体与外套采用粘连的方式连接固定；外套壁面开有螺纹通孔，通过螺纹通孔与气动接头相连；通过气动接头、螺纹通孔、网板支撑套的微型正方形孔眼连接到多孔内套微气室，形成畅通的气路；管道的两端焊接分别连接一个法兰；法兰中央开有螺纹孔，并通过螺纹孔与管件接头连接，再通过管件接头接入工作段管道；通过具有微孔的特殊内壁结构，利用多孔内套内壁微孔将微气泡束缚，以气液界面替代固液界面，减小液体与管道内壁的粘附作用，达到减阻增速的效果；同时调节微气泡的附加压强，及时补充损失的微气泡，使气液接触持续而稳定，保证减阻增速效果；所述多孔内套内径为20mm，厚度为50～200μm，多孔内套上密布着直径1～80μm的微孔，孔间距为微孔直径的1.2～5倍。

2.如权利要求1所述的一种具有微孔内壁的减阻增速管道，其特征在于：所述网板支撑套厚度为0.5～2mm，网板支撑套上均匀分布着尺寸为100～500μm的正方形微孔。

3.如权利要求1所述的一种具有微孔内壁的减阻增速管道，其特征在于：使用时，保持气动接头-微通道-多孔内套的内壁面上的微气泡内的压力为正压，并通过改变气路入口压力调节微气泡内压及气液接触界面，在微气室中气泡不破裂的前提下，随着气室中气压在0到P_max的范围中增大，P_max是微气泡能够保持稳定不破裂的临界压力值，管道内的流体的速度和压强也会随之变大，即可以通过控制气压调节管道内流体流速和压强，从而达到减阻增速效果；

其中，

式中，γ为管内流体与管道内壁接触时的表面张力，R为微气泡的曲率半径。