一種微氣泡管道流動(dòng)減阻方法及微氣泡減阻管道的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微氣泡管道減阻方法，在管道內(nèi)湍流流場(chǎng)的過渡層內(nèi)經(jīng)電解環(huán)電解直接產(chǎn)生微氣泡，微氣泡在流場(chǎng)的過渡層與湍流相互作用，抑制湍流脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)湍流減阻。一種微氣泡減阻管道，包括管體，管體的截面呈矩形結(jié)構(gòu)，在該管體的管路上設(shè)置有二維槽道，二維槽道的兩端分別與矩形管體密封連接，在該二維槽道內(nèi)設(shè)置有電解環(huán)，該電解環(huán)呈矩形框結(jié)構(gòu)，電解環(huán)固定設(shè)置在二維槽道內(nèi)的過渡層區(qū)域內(nèi)，電解環(huán)的導(dǎo)線伸出二維槽道與電源連接。依靠微氣泡與湍流在過渡層內(nèi)的相互作用，抑制湍流脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)湍流減阻，減小液體管道輸送過程的摩擦阻力，提高減阻率，減小不必要的浪費(fèi)，在同樣的微氣泡氣量下盡可能地提高流體的輸送速度。
【專利說明】一種微氣泡管道流動(dòng)減阻方法及微氣泡減阻管道

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液體管道湍流減阻【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種微氣泡管道流動(dòng)減阻方法及微氣泡減阻管道。

【背景技術(shù)】
[0002]能源緊張是制約經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，威脅人類進(jìn)步的重要問題之一，所以節(jié)能減排成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。當(dāng)流體采用管道輸送時(shí)，流體與壁面之間摩擦阻力產(chǎn)生的損耗是能源損耗的一個(gè)主要部分，因此減少流體輸送過程中的摩擦阻力是一種重要的節(jié)能形式。盡管目前已開發(fā)了表面活性劑減阻、涂層減阻、肋條減阻、等離子體減阻、壁面吸入減阻等多種減阻技術(shù)，但因這些減阻方法具有難以實(shí)施、造價(jià)高、會(huì)污染環(huán)境等缺點(diǎn)，未能被廣泛推廣和應(yīng)用。
[0003]微氣泡減阻是指向液體中注入微氣泡，利用氣泡和湍流的交互作用，改變邊界層的湍流結(jié)構(gòu)，抑制湍流脈動(dòng)，來降低流體輸送過程中的摩擦阻力。
[0004]當(dāng)流體在管道內(nèi)流動(dòng)的時(shí)候，依據(jù)粘性長(zhǎng)度尺度的大小(即距壁面距離的大小)，將管道流場(chǎng)分為粘性底層、過渡層和外層；研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微氣泡從過渡層進(jìn)入時(shí)減阻效果最好(Javier Ortiz-Villafuerte, Yassin A Hassan.1nvestigat1n of MicrobubbleBoundary Layer Using Particle Tracking Velocimetry[J].Journal of FluidsEngineering, 2006, 128:509-519)，且當(dāng)微氣泡的直徑大于Imm時(shí)，將不再有減阻效果(Akihiro Kanai, Hideaki Miyata.Direct numerical simulat1n of wall turbulentflows with microbubbles [J].1nt.J.Numer.Meth.Fluids2001 ；35:593 - 615) ? 鑒于電解微氣泡具有操作方便、便于調(diào)控、能耗低和氣泡直徑小的優(yōu)點(diǎn)，因此采用電解法產(chǎn)生微氣泡。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在微氣泡減阻的應(yīng)用和研究方面，均為直接將微氣泡注入流體中，導(dǎo)致減阻率較低，有的甚至沒有減阻效果，造成資源浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微氣泡管道流動(dòng)減阻方法及微氣泡減阻管道，解決以往管道流體輸送過程中摩擦阻力較大的問題。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種微氣泡管道減阻方法，在管道內(nèi)湍流流場(chǎng)的過渡層內(nèi)經(jīng)電解環(huán)電解直接產(chǎn)生微氣泡，微氣泡在流場(chǎng)的過渡層與湍流相互作用，抑制湍流脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)湍流減阻。
[0007]—種微氣泡減阻管道，包括管體，所述管體的截面呈矩形結(jié)構(gòu)，管體的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，在該管體的管路上設(shè)置有二維槽道，二維槽道的兩端分別與矩形管體密封連接，在該二維槽道內(nèi)設(shè)置有電解環(huán)，該電解環(huán)呈矩形框結(jié)構(gòu)，所述的電解環(huán)固定設(shè)置在二維槽道內(nèi)的過渡層區(qū)域內(nèi)，所述電解環(huán)的導(dǎo)線伸出二維槽道與電源連接。
[0008]進(jìn)一步的，在所述的二維槽道上設(shè)置有二維箱蓋，所述的二維箱蓋上設(shè)置有活塞桿，活塞桿與二維箱蓋之間形成滑動(dòng)配合，導(dǎo)線穿過活塞桿伸出二維槽道外，所述的電解環(huán)的上端與活塞桿的下端經(jīng)導(dǎo)線連接。
[0009]進(jìn)一步的，在二維箱蓋上端形成一端用于固定活塞桿的定位套管，所述的活塞桿穿過定位套管，在定位套管的側(cè)壁上開設(shè)有用于旋接固定螺栓的限位孔。
[0010]進(jìn)一步的，在所述二維槽道的底壁以及兩側(cè)壁上還分別設(shè)置有三個(gè)用于固定電解環(huán)的擋板，所述的電解環(huán)從二維槽道上端插入二維槽道內(nèi)、并經(jīng)三個(gè)擋板固定在二維槽道的過渡層區(qū)域內(nèi)。
[0011]進(jìn)一步的，在矩形管體的進(jìn)口端和出口端上分別設(shè)置有連接法蘭。
[0012]一種微氣泡減阻管道，包括管體，所述管體的截面呈圓形結(jié)構(gòu)，圓形管體的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，在該管體內(nèi)設(shè)置有電解環(huán)，該電解環(huán)呈圓環(huán)狀，所述的電解環(huán)固定設(shè)置在圓形管體內(nèi)的過渡層區(qū)域中，所述電解環(huán)的導(dǎo)線伸出圓形管體連接電源。
[0013]進(jìn)一步的，在圓形管體的內(nèi)壁上設(shè)置有3個(gè)用于固定電解環(huán)的擋板，所述的電解環(huán)經(jīng)3個(gè)擋板固定在圓形管體內(nèi)。
[0014]進(jìn)一步的，在圓形管體的進(jìn)口端和出口端上分別設(shè)置有連接法蘭。
[0015]進(jìn)一步的，在管體上設(shè)置有絕緣塞，所述電解環(huán)的導(dǎo)線穿過絕緣塞伸出圓形管體。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:采用本發(fā)明的減阻方法，可以使微氣泡直接在過渡層內(nèi)產(chǎn)生，不需再像以前一樣需要通過外部注入氣體，依靠微氣泡與湍流在過渡層內(nèi)的相互作用，抑制湍流脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)湍流流動(dòng)減阻，減小液體管道輸送過程的摩擦阻力，提高減阻率，減小不必要的浪費(fèi)，在同樣微氣泡的氣量下的作用下盡可能地提高流體速度。
[0017]流體在經(jīng)過本發(fā)明的管道之后，流體在管道內(nèi)壁所受的阻力大大減小，提高減阻率，提高流體在管道內(nèi)的輸送效率，減小流體在傳輸過程中不必要的浪費(fèi)。
[0018]本發(fā)明的微氣泡減阻管道根據(jù)實(shí)際需要，可以安裝在現(xiàn)有的各種流體輸送管道上，使用面更加寬廣。
[0019]微氣泡減阻技術(shù)具有清潔不污染流體、減阻效率高、且易于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)，因此微氣泡減阻相對(duì)于其他減阻技術(shù)，具有更廣泛的實(shí)用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0021]圖1是矩形減阻管道的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1中A-A的剖視圖；
[0023]圖3是微氣泡產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是二維箱蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是電解環(huán)與擋板之間的連接結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖6是活塞桿與定位套管之間的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7是圓形減阻管道的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8是圖7中B-B的剖視圖；
[0029]圖中，2、管體，3、連接法蘭，10、二維槽道，101、電解環(huán)，102、二維箱蓋，103、活塞桿，104、定位套管，105、限位孔，106、擋板，107、導(dǎo)線;108、絕緣塞。

【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0031]一種微氣泡管道減阻方法，在管道內(nèi)湍流流場(chǎng)的過渡層內(nèi)經(jīng)電解環(huán)電解直接產(chǎn)生微氣泡，微氣泡在流場(chǎng)的過渡層與湍流相互作用，抑制湍流脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)湍流減阻。采用本發(fā)明的減阻方法，可以使微氣泡直接在過渡層中產(chǎn)生，依靠流場(chǎng)過渡層內(nèi)的微氣泡與湍流相互作用，抑制湍流脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流體湍流減阻，減小液體管道輸送過程的摩擦阻力，提高減阻率，減小不必要的浪費(fèi)，在同樣氣體流量下盡可能地提高流體速度。
[0032]實(shí)施例1 ;如圖1?圖6所示，一種微氣泡減阻管道，包括管體2，管體2的截面呈矩形結(jié)構(gòu)，管體2的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，為方便該矩形管體2與其它管道連接，在矩形管體2的進(jìn)口端和出口端上分別設(shè)置有連接法蘭3，通過連接法蘭3方便了本發(fā)明的減阻管道與其它管道連接；在該管體2的管路上設(shè)置有二維槽道10，二維槽道10的兩端分別與矩形管體2密封連接，在該二維槽道10內(nèi)設(shè)置有電解環(huán)101，該電解環(huán)101呈矩形框結(jié)構(gòu)，電解環(huán)101固定設(shè)置在二維槽道10內(nèi)的過渡層區(qū)域內(nèi)，電解環(huán)101的導(dǎo)線107伸出二維槽道10連接電源。
[0033]電解環(huán)101在二維槽道10過渡層區(qū)域內(nèi)的固定方式是:在二維槽道10的底壁以及兩側(cè)壁上還分別設(shè)置三個(gè)用于固定電解環(huán)101的擋板106，電解環(huán)101從二維槽道10上端插入二維槽道10內(nèi)、并經(jīng)三個(gè)擋板106固定在二維槽道10的過渡層區(qū)域內(nèi)。這樣電解環(huán)101的結(jié)構(gòu)固定相對(duì)比較穩(wěn)定可靠，不會(huì)因?yàn)樗鞯臎_擊而改變位置。
[0034]在二維槽道10上設(shè)置有二維箱蓋102，二維箱蓋102上設(shè)置有提手，二維箱蓋102上設(shè)置有活塞桿103，活塞桿103與二維箱蓋102之間形成滑動(dòng)配合，電解環(huán)101上的導(dǎo)線穿過活塞桿103與電源連接，電解環(huán)101經(jīng)導(dǎo)線連接在活塞桿103的下端，電解環(huán)101的上端也可以直接與活塞桿103的下端固定連接。為避免活塞桿103在二維箱蓋102上左右晃動(dòng)，在二維箱蓋102上端形成一段用于固定活塞桿103的定位套管104，活塞桿103穿過定位套管104，在定位套管104的側(cè)壁上開設(shè)有用于旋接固定螺栓的限位孔105。
[0035]通過活塞桿103的上下移動(dòng)可以調(diào)節(jié)電解環(huán)101在二維槽道10內(nèi)的位置，實(shí)現(xiàn)電解環(huán)101的位置調(diào)節(jié)，待位置調(diào)節(jié)好之后，通過在限位孔105內(nèi)旋入緊固螺栓便可以對(duì)活塞桿103的位置進(jìn)行固定。
[0036]電解環(huán)101經(jīng)導(dǎo)線107連接于電源連接，導(dǎo)線107從活塞桿103中穿過并伸出與電源連接，電源上有兩根導(dǎo)線與控制電解環(huán)101工作，一根陽極導(dǎo)線和一根陰極導(dǎo)線，陽極導(dǎo)線與電解環(huán)101連接，陰極導(dǎo)線穿過二維箱蓋102伸入二維槽道10中與水接觸，這樣便可是電解環(huán)101在二維槽道10內(nèi)工作。
[0037]實(shí)施例2:如圖7圖8所示，一種微氣泡減阻管道，包括管體2，管體2的截面呈圓形結(jié)構(gòu)，圓形管體2的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，在該管體2內(nèi)設(shè)置有電解環(huán)101，該電解環(huán)101呈圓環(huán)狀，電解環(huán)101固定設(shè)置在圓形管體2內(nèi)的過渡層區(qū)域中，電解環(huán)101的導(dǎo)線伸出圓形管體2連接電源。
[0038]在圓形管體2的內(nèi)壁上設(shè)置有3個(gè)用于固定電解環(huán)101的擋板106，電解環(huán)101經(jīng)擋板106固定在圓形管體2內(nèi)，經(jīng)擋板106固定,可以使電解環(huán)101更加穩(wěn)定的固定在管體2內(nèi)，避免因水流沖擊而改變位置。
[0039]為方便與其它管道進(jìn)行連接，在圓形管體2的進(jìn)口端和出口端上分別設(shè)置有連接法蘭3。
[0040]在管體2上設(shè)置有絕緣塞108，電解環(huán)101的兩根導(dǎo)線均從絕緣塞108穿過，然后伸出圓形管體2與電源連接，陽極導(dǎo)線連接電解環(huán)101，陰極導(dǎo)線伸入管體2內(nèi)腔與流體相接觸，絕緣塞108的設(shè)置主要是為了防止導(dǎo)線與管體2相接觸，從而避免短路現(xiàn)象。
[0041]實(shí)施例1中的矩形減阻管道適用于一些實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)試管道上，實(shí)施例2中的圓形管道適用于一些工業(yè)輸送管道中，經(jīng)連接法蘭3方便連接在相應(yīng)的管路上。
[0042]流體在經(jīng)過本發(fā)明的管道之后，由于在流體的過渡層內(nèi)具有微氣泡，因此可使流體在管道內(nèi)流動(dòng)所受的阻力大大減小，提高減阻率，提高流體在管道內(nèi)的輸送效率，減小流體在傳輸過程中不必要的浪費(fèi)。
[0043]微氣泡減阻技術(shù)具有清潔不污染流體、減阻效率高、且易于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)，因此微氣泡減阻相對(duì)于其他減阻技術(shù)，具有更廣泛的實(shí)用性。
[0044]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微氣泡管道減阻方法，其特征是，在管道內(nèi)湍流流場(chǎng)的過渡層內(nèi)經(jīng)電解環(huán)電解直接產(chǎn)生微氣泡，微氣泡在流場(chǎng)的過渡層與湍流相互作用，抑制湍流脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)湍流減阻。
2.一種微氣泡減阻管道，其特征是，包括管體(2)，所述管體(2)的截面呈矩形結(jié)構(gòu)，管體(2)的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，在該管體(2)的管路上設(shè)置有二維槽道(10)，二維槽道(10)的兩端分別與矩形管體(2)密封連接，在該二維槽道(10)內(nèi)設(shè)置有電解環(huán)(101)，該電解環(huán)(101)呈矩形框結(jié)構(gòu)，所述的電解環(huán)(101)固定在二維槽道(10)內(nèi)的過渡層區(qū)域內(nèi)，所述電解環(huán)(101)的導(dǎo)線(107)伸出二維槽道(10)與電源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微氣泡減阻管道，其特征是，在所述的二維槽道(10)上設(shè)置有二維箱蓋(102)，所述的二維箱蓋(102)上設(shè)置有活塞桿(103)，活塞桿(103)與二維箱蓋(102)之間形成滑動(dòng)配合，導(dǎo)線穿過活塞桿(103)伸出二維槽道(10)外，所述的電解環(huán)(101)的上端與活塞桿(103)的下端經(jīng)導(dǎo)線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微氣泡減阻管道，其特征是，在二維箱蓋(102)上端形成一端用于固定活塞桿(103)的定位套管(104)，所述的活塞桿(103)穿過定位套管(104)，在定位套管(104)的側(cè)壁上開設(shè)有用于旋接固定螺栓的限位孔(105)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微氣泡減阻管道，其特征是，在所述二維槽道(10)的底壁以及兩側(cè)壁上還分別設(shè)置有三個(gè)用于固定電解環(huán)(101)的擋板(106)，所述的電解環(huán)(101)從二維槽道(10)上端插入二維槽道(10)內(nèi)、并經(jīng)三個(gè)擋板(106)固定在二維槽道(10)的過渡層區(qū)域內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微氣泡減阻管道，其特征是，在矩形管體(2)的進(jìn)口端和出口端上分別設(shè)置有連接法蘭(3)。
7.一種微氣泡減阻管道，其特征是，包括管體(2)，所述管體(2)的截面呈圓形結(jié)構(gòu)，圓形管體(2)的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，在該管體(2)內(nèi)設(shè)置有電解環(huán)(101)，該電解環(huán)(101)呈圓環(huán)狀，所述的電解環(huán)(101)固定設(shè)置在圓形管體(2)內(nèi)的過渡層區(qū)域中，所述電解環(huán)(101)的導(dǎo)線伸出圓形管體(2)連接電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微氣泡減阻管道，其特征是，在圓形管體(2)的內(nèi)壁上設(shè)置有3個(gè)有用于固定電解環(huán)(101)的擋板(106)，所述的電解環(huán)(101)經(jīng)3個(gè)擋板(106)固定在圓形管體(2)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微氣泡減阻管道，其特征是，在圓形管體(2)的進(jìn)口端和出口端上分別設(shè)置有連接法蘭(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微氣泡減阻管道，其特征是，在管體(2)上設(shè)置有絕緣塞(108)，所述電解環(huán)(101)的導(dǎo)線穿過絕緣塞(108)伸出圓形管體(2)。
【文檔編號(hào)】F15D1/06GK104179757SQ201410342938
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】龐明軍, 徐一丹, 袁惠新 申請(qǐng)人:常州大學(xué)