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油罐冲洗过程中射流现象数值模拟研究

作　者: 由洋
导　师: 邓志安
学　校: 西安石油大学
专　业: 油气储运工程
关键词: 物理清洗数值模拟油罐速度入射角度
分类号: TE972
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

化工行业中的许多设备经过长时间的运行，其会产生结垢物和固体沉积物。因此，清洗作业日渐成为化工领域不可或缺的一个行业，其清洗效果直接影响着设备的运行效率。常用的清洗方法主要分为两类：化学清洗和物理清洗。物理清洗方法中的水射流清洗以其特有的优势日渐受到人们的青睐。水射流清洗技术是利用高压发生装置，产生高压水，利用喷嘴将压力转变为高度聚集的水射流动，冲击到清洗物表面，从而使附着层从物体(基体)表面脱离下来，达到清洗的工艺目的。本文对水射流清洗技术的发展、历史及现状进行了综合性的阐述，体现出水射流清洗的重要性。为了更好的研究水射流清洗技术，又对其基本特性进行了详细的论述并对相关的参数进行了介绍。本文的研究手段主要是数值模拟，而模拟中各项参数的设定直接影响着计算结果的准确性和计算速度，所以又介绍了射流流场数值模拟的相关理论部分，包括：控制方程，计算模型等。最后以油罐的清洗为例，针对射流的三个参数进行了相关的数值模拟，并对模拟结果进行了分析讨论。针对射流清洗的影响因素，选取了对清洗效率影响较大的三个参数进行了研究，包括：射流速度，喷嘴形状和入射角度。通过数值模拟分析发现射流速度越大，对被清洗物表面的撞击越明显，清洗效果越佳。喷嘴的形状对清洗效果的影响非常明显，在同样射流速度的条件下，方形喷嘴的清洗效果明显优于圆柱形喷嘴。通过分析以前学者的研究，发现射流喷嘴的入射角度应该设定在合理范围内，在该合理范围内各角度的值对清洗效果仍会产生影响。数值模拟发现其他各因素相同时，采用大的入射角度时的清洗效果明显优于小的入射角度。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
主要符号表  7-9
第一章绪论  9-16
  1.1 高压水射流技术概述  9-12
    1.1.1 化学清洗  9-11
    1.1.2 高压水射流清洗  11-12
  1.2 高压水射流清洗技术发展及其现状  12-15
  1.3 研究方法及内容  15-16
第二章高压水射流研究  16-31
  2.1 水的物理性质  16-17
  2.2 高压水射流的分类  17-20
    2.2.1 按水射流压力情况进行分类  18
    2.2.2 按照水射流介质和射流周围的介质进行分类  18
    2.2.3 按照水射流的水力学特性进行分类  18-19
    2.2.4 按照水射流对物料的施载特性进行分类  19
    2.2.5 按照水射流的技术特征进行分类  19-20
  2.3 高压水射流理论研究  20-28
    2.3.1 水射流特性研究  20-23
    2.3.2 水射流相关参数的设定  23-25
    2.3.3 射流打击力  25-27
    2.3.4 射流截面压力分布  27-28
  2.4 高压水射流清洗系统  28-31
第三章数值模拟射流流场  31-41
  3.1 运动流体的类型  31-32
  3.2 流体运动基本控制方程  32-34
    3.2.1 物质导数  32
    3.2.2 连续性方程  32-33
    3.2.3 动量守恒方程  33-34
    3.2.4 能量守恒方程  34
  3.3 湍流流动模型  34-39
    3.3.1 零方程模拟模型  35-36
    3.3.2 一方程模拟模型  36
    3.3.3 标准的k-ε 两方程模拟模型  36-38
    3.3.4 雷诺应力模型（RSM）  38-39
  3.4 CFD 模拟软件（FLUENT）  39-41
    3.4.1 Fluent 的工程应用背景  39-40
    3.4.2 Fluent 软件组成  40-41
第四章喷嘴内外流场模拟数据分析  41-59
  4.1 设置数值模拟方式  41-44
  4.2 数值模拟方案的确定  44
  4.3 喷嘴速度数值模拟分析  44-50
  4.4 喷嘴形状数值模拟分析  50-54
  4.5 喷嘴入射速度数值模拟分析  54-59
第五章清洗压力射流技术模拟结论与展望  59-61
  5.1 数值模拟结论  59
  5.2 展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间取得的科研成果  65-66
详细摘要  66-79

油罐冲洗过程中射流现象数值模拟研究

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