換熱設(shè)備的防垢除垢是化工生產(chǎn)等領(lǐng)域中不可缺少的部分。超聲波防除垢措施是近年來(lái)推廣起來(lái)的新型技術(shù),該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣、經(jīng)濟(jì)性好,因而擁有廣闊的前景。本文基于管殼式換熱器,對(duì)該防除垢方法做了進(jìn)一步的研究,本文的研究結(jié)果對(duì)節(jié)能環(huán)保、完善超聲波防除垢技術(shù)具有一定參考意義。本文依據(jù)超聲波除垢的剪切作用和空化作用進(jìn)行仿真模擬。引入有限元分析軟件ANSYS,通過(guò)ANSYS中的動(dòng)力分析程序LS-DYNA中隱式-顯式求解方法來(lái)分析超聲波對(duì)換熱器的剪切作用。此外,利用FLUENT軟件來(lái)模擬超聲波的空化作用,以mixture模型為基礎(chǔ)添加空化模型,對(duì)換熱管內(nèi)流體的空化效應(yīng)進(jìn)行模擬分析。結(jié)果表明,在單根換熱管中,超聲波對(duì)污垢的剪切作用隨著超聲波振幅、頻率的增大而增大,隨間歇比的增大而減小,當(dāng)超聲波的脈沖長(zhǎng)度和單位脈沖中周期數(shù)取某一數(shù)值時(shí),對(duì)換熱管上污垢的剪切作用效果最佳;在對(duì)于單根換熱管的空化效應(yīng)模擬中,發(fā)現(xiàn)采用高壓低頻的工作狀態(tài)時(shí)空化效果最好;在整個(gè)換熱器的模擬中,超聲波參數(shù)的變化在一定程度上能影響對(duì)換熱器的剪切作用。 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２換熱裝置除垢后??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂｅｆｏｒｅ?ｄｅｓｃａｌｉｎｇ?ｏｆ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ?Ｆｉｇ．?１．２?Ａｆｔｅｒ?ｄｅｓｃａｌｉｎｇ?ｏｆ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ??＂

能降耗和可持續(xù)發(fā)展符合時(shí)代的需要，新型除垢技術(shù)的研究能為此提供新的技術(shù)支持，??因而意義重大。??１．２超聲波的除垢原理??超聲波除垢法是通過(guò)超聲波換能器將波傳遞到換熱裝置上，使裝置發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，??同時(shí)又導(dǎo)致流動(dòng)工質(zhì)發(fā)生一系列變化。以下列舉了超聲波除垢的主要原理：??（１）超聲空化原理??超聲波的稀疏相和壓縮相交替影響下，液體中存在的微小氣泡體積發(fā)生變化。當(dāng)體??積達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí)的氣泡會(huì)潰滅，氣泡潰滅瞬間可以對(duì)溶液中的污垢產(chǎn)生影響，能達(dá)到??除垢的目的。液體中氣泡體積變化情況如圖１．３。??超聲波聲壓＿Ｐ?ｓｉｎ?ｗ?ｔ??￣?ａ?．ｍ??ｉ?，ｒ＼?ｆｒ＼?ｒ??｜?Ｖ?Ｖ?：?ｗ＿）??？?：?丨：；丨形核??空化泡產(chǎn)生??圖１．３空泡變化示意圖??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??在施加超聲波時(shí)，氣泡破滅的瞬間會(huì)產(chǎn)生５０ＭＰａ以上的局部壓力，接近５２００Ｋ的??高溫，溫度變化率可達(dá)１０Ｋ／Ｓ，而且局部位置能出現(xiàn)速度約為４００ｋｍ／ｈ的微射流以及每??秒幾萬(wàn)次的強(qiáng)烈沖擊波ＰＩ氣泡的破滅出現(xiàn)在固體表面處時(shí)，許多的潰滅氣泡會(huì)發(fā)出??作用在壁面上的高速微射流，這些微射流可以形成對(duì)壁面污垢的沖擊作用，因而達(dá)到除??垢的目的。??（２）剪切原理??當(dāng)安裝在換熱設(shè)備上的換能器發(fā)出超聲波時(shí)，會(huì)引起金屬表面上的污垢隨著換熱設(shè)??

華東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文?第１３頁(yè)??安裝在設(shè)備的金屬壁面上。短脈沖超聲波的除垢機(jī)理主要是以剪切作用、空化作用為主。??■?ｍｍ??圖２．２短脈沖超聲波?圖２．３長(zhǎng)脈沖超聲波??Ｆｉｇ．２．２?Ｓｈｏｒｔ?ｐｕｌｓｅ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ?Ｆｉｇ．２．３?Ｌｏｎｇ?ｐｕｌｓｅ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ??（２）長(zhǎng)脈沖超聲波??長(zhǎng)脈沖超聲波的脈沖長(zhǎng)度很長(zhǎng)，而且間歇時(shí)間比較短，如圖２．３所示。目前使用的??長(zhǎng)脈沖超聲波儀器的參數(shù)一般可以調(diào)節(jié)。發(fā)射長(zhǎng)脈沖超聲波的換能器具有加速度大、沖??擊力強(qiáng)、功率超聲輻射遠(yuǎn)等特點(diǎn)。相比而言，長(zhǎng)脈沖超聲波的每秒鐘的有效工作時(shí)間會(huì)??比短脈沖超聲波更長(zhǎng)。長(zhǎng)脈沖超聲波的除垢原理，除了剪切作用、空化作用以外，還有??空壓效應(yīng)和橢圓軌跡效應(yīng)。??長(zhǎng)脈沖超聲波的作用下，脈沖衰減較少，脈沖能量持續(xù)進(jìn)行傳遞，可以形成劇烈的??沖擊波、宏觀可見(jiàn)的擾動(dòng)，這就是空壓效應(yīng)。例如，在一個(gè)大圓桶內(nèi)放置長(zhǎng)脈沖超聲波??換能器。即便裝置沒(méi)打和桶壁發(fā)生接觸，也能在岡簡(jiǎn)ｍ面丨？．測(cè)景出明顯的振動(dòng)，并且接??觸桶內(nèi)流體時(shí)會(huì)感受到刺手感。當(dāng)超盧波換能器１?ｊ金Ｍ壁接觸耵，壁面在長(zhǎng)脈沖超聲波??下會(huì)產(chǎn)生持續(xù)高頻相運(yùn)動(dòng)，壁面任意質(zhì)點(diǎn)總是存在著向著一定的方向的高速橢圓軌跡運(yùn)??動(dòng)方式，此現(xiàn)象被稱(chēng)為橢圓軌跡效應(yīng)。??空壓效應(yīng)和橢圓軌跡效應(yīng)能夠使長(zhǎng)脈沖超聲波更好地進(jìn)行防除垢作用。此外，長(zhǎng)脈??沖作用下還會(huì)引起高頻低幅的脈動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致污垢不斷地移動(dòng)和被剝離，而不是??粘接在某一固定地方。??２．４．２超聲波的傳播方式??依樅超聲波的傳播力＂丨以將波的傳播方式分為橫波、縱波和蘭姆波�？v波也被??叫做疏密波，超聲波以縱波傳播吋，質(zhì)

【參考文獻(xiàn)】：
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