【摘要】：目前全球能源逐漸匱乏,而核能作為一種清潔能源,近年來的發(fā)展規(guī)模越來越大,漸漸有取代傳統(tǒng)能源地位的趨勢。利用核能發(fā)電時,需要通過金屬管道對核物質進行輸送,而金屬管道在長年累月的使用過程中,不可避免地會在管道內(nèi)壁沉積污垢,這些污垢的存在嚴重影響了管道輸送的效率,當其積累到一定程度時,可能會發(fā)生堵塞造成不可估量的后果。因此,如何在保證安全和設備效率的前提下,對金屬管道內(nèi)壁的污垢進行清洗是一個亟待解決的問題。當在金屬管道外壁施加超聲振動時,管道內(nèi)部液體中產(chǎn)生的空化作用不僅在局部創(chuàng)造了高溫高壓的極端物理環(huán)境,還產(chǎn)生了高速的微射流作用在管道內(nèi)壁附著的污垢上,從而起到對管道進行清洗的效果。本文在對金屬管道超聲清洗作用機理展開分析的基礎上,重點通過仿真和試驗兩種手段研究了超聲振動作用下的金屬管道內(nèi)聲場的特性,具體的研究工作包括:本文對金屬管道超聲清洗的作用機理進行了研究分析,依據(jù)超聲空化理論推導了超聲振動作用下金屬管道內(nèi)聲場空化作用發(fā)生的條件以及作用形式,分析了空化氣泡的運動狀態(tài)以及影響因素;根據(jù)聲波傳播理論得到了超聲波在金屬管道內(nèi)液體中傳播的聲波波動方程,分析了其在傳播過程中的各種衰減情況;利用聲波輻射理論計算了超聲波在金屬管道內(nèi)發(fā)生反射與折射時的反射系數(shù)與折射系數(shù)。本文對超聲振動作用下的金屬管道內(nèi)聲場進行了仿真研究,利用多物理場仿真軟件COMSOL模擬了聲場的強度和分布,分析了金屬管道內(nèi)聲場的變化趨勢以及產(chǎn)生空化作用的區(qū)域;以“空化百分比”作為超聲清洗的評價指標,研究了超聲參數(shù)以及管道參數(shù)對聲場特性的影響,得到了金屬管道超聲清洗的優(yōu)化參數(shù)組合。本文對超聲振動作用下的金屬管道內(nèi)聲場進行了試驗研究,研制了金屬管道超聲振動試驗裝置;通過將水聽器法和頻譜分析法相結合,利用能量分離的方法得到了聲場的空化能量;分析了金屬管道內(nèi)典型位置的空化聲場的分布、大小和變化,并與仿真結果進行了對比驗證。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM623;TB559
【圖文】：

圓錐形的圓柱形聲化學反應器，如圖 1-5 所示，為超聲系統(tǒng)反應器設一種簡單、有效、可靠的科學方法。Zhai 等[38]提出了一種在液體中正交超聲的方法，通過求解共振頻率下的亥姆霍茲方程，計算了一維三維超聲在水中的聲壓分布，研究表明，三束超聲的相互作用能夠顯壓級和平均聲能，增強聲壓響應，而且，使用三維正交超聲比在單方重超聲要更為有效。Zhang 等[39]研究了超聲方向對矩形聲化學反應器度和分布的影響，結果表明，聲強、聲場均勻性和空化特性受超聲方較大。Lais 等[40]對管道超聲清洗進行了研究，通過仿真得到的聲壓分產(chǎn)生空化的區(qū)域，證明了大功率超聲波在管道結構中清除污垢的潛力

圓錐形的圓柱形聲化學反應器，如圖 1-5 所示，為超聲系統(tǒng)反應器設一種簡單、有效、可靠的科學方法。Zhai 等[38]提出了一種在液體中正交超聲的方法，通過求解共振頻率下的亥姆霍茲方程，計算了一維三維超聲在水中的聲壓分布，研究表明，三束超聲的相互作用能夠顯壓級和平均聲能，增強聲壓響應，而且，使用三維正交超聲比在單方重超聲要更為有效。Zhang 等[39]研究了超聲方向對矩形聲化學反應器度和分布的影響，結果表明，聲強、聲場均勻性和空化特性受超聲方較大。Lais 等[40]對管道超聲清洗進行了研究，通過仿真得到的聲壓分產(chǎn)生空化的區(qū)域，證明了大功率超聲波在管道結構中清除污垢的潛力

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本文編號：2713046