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推廣起來的新型技術(shù),該技術(shù)應用領(lǐng)域廣、經(jīng)濟性好,因而擁有廣闊的前景。本文基于管殼式換熱器,對該防除垢方法做了進一步的研究,本文的研究結(jié)果對節(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行仿真模擬。引入有限元分析軟件ANSYS,通過ANSYS中的動力分析程序LS-DYNA中隱式-顯式求解方法來分析超聲波對換熱器的剪切作用。此外,利用FLUENT軟件來模擬超聲波的空化作用,以mixture模型為基礎(chǔ)添加空化模型,對換熱管內(nèi)流體的空化效應進行模擬分析。結(jié)果表明,在單根換熱管中,超聲波對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,當超聲波的脈沖長度和單位脈沖中周期數(shù)取某一數(shù)值時,對換熱管上污垢的剪切作用效果最佳;在對于單根換熱管的空化效應模擬中,發(fā)現(xiàn)采用高壓低頻的工作狀態(tài)時空化效果最好;在整個換熱器的模擬中,超聲波參數(shù)的變化在一定程度上能影響對換熱器的剪切作用。 

【文章來源】：華東理工大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：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超聲波換能器將波傳遞到換熱裝置上，使裝置發(fā)生振動現(xiàn)象，??同時又導致流動工質(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。當體??積達到某個數(shù)值時的氣泡會潰滅，氣泡潰滅瞬間可以對溶液中的污垢產(chǎn)生影響，能達到??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，氣泡破滅的瞬間會產(chǎn)生５０ＭＰａ以上的局部壓力，接近５２００Ｋ的??高溫，溫度變化率可達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??秒幾萬次的強烈沖擊波ＰＩ氣泡的破滅出現(xiàn)在固體表面處時，許多的潰滅氣泡會發(fā)出??作用在壁面上的高速微射流，這些微射流可以形成對壁面污垢的沖擊作用，因而達到除??垢的目的。??（２）剪切原理??當安裝在換熱設(shè)備上的換能器發(fā)出超聲波時，會引起金屬表面上的污垢隨著換熱設(shè)??

華東理工大學碩士學位論文?第１３頁??安裝在設(shè)備的金屬壁面上。短脈沖超聲波的除垢機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長脈沖超聲波??Ｆｉｇ．２．２?Ｓｈｏｒｔ?ｐｕｌｓｅ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ?Ｆｉｇ．２．３?Ｌｏｎｇ?ｐｕｌｓｅ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ??（２）長脈沖超聲波??長脈沖超聲波的脈沖長度很長，而且間歇時間比較短，如圖２．３所示。目前使用的??長脈沖超聲波儀器的參數(shù)一般可以調(diào)節(jié)。發(fā)射長脈沖超聲波的換能器具有加速度大、沖??擊力強、功率超聲輻射遠等特點。相比而言，長脈沖超聲波的每秒鐘的有效工作時間會??比短脈沖超聲波更長。長脈沖超聲波的除垢原理，除了剪切作用、空化作用以外，還有??空壓效應和橢圓軌跡效應。??長脈沖超聲波的作用下，脈沖衰減較少，脈沖能量持續(xù)進行傳遞，可以形成劇烈的??沖擊波、宏觀可見的擾動，這就是空壓效應。例如，在一個大圓桶內(nèi)放置長脈沖超聲波??換能器。即便裝置沒打和桶壁發(fā)生接觸，也能在岡簡ｍ面丨？．測景出明顯的振動，并且接??觸桶內(nèi)流體時會感受到刺手感。當超盧波換能器１?ｊ金Ｍ壁接觸耵，壁面在長脈沖超聲波??下會產(chǎn)生持續(xù)高頻相運動，壁面任意質(zhì)點總是存在著向著一定的方向的高速橢圓軌跡運??動方式，此現(xiàn)象被稱為橢圓軌跡效應。??空壓效應和橢圓軌跡效應能夠使長脈沖超聲波更好地進行防除垢作用。此外，長脈??沖作用下還會引起高頻低幅的脈動，這種振動會導致污垢不斷地移動和被剝離，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)

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碩士論文
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