[发明专利]一种微气泡管道流动减阻方法及微气泡减阻管道

说明书

技术领域

本发明涉及液体管道湍流减阻技术领域，尤其是一种微气泡管道流动减阻方法及微气泡减阻管道。 

背景技术

能源紧张是制约经济可持续发展，威胁人类进步的重要问题之一，所以节能减排成为社会关注的焦点。当流体采用管道输送时，流体与壁面之间摩擦阻力产生的损耗是能源损耗的一个主要部分，因此减少流体输送过程中的摩擦阻力是一种重要的节能形式。尽管目前已开发了表面活性剂减阻、涂层减阻、肋条减阻、等离子体减阻、壁面吸入减阻等多种减阻技术，但因这些减阻方法具有难以实施、造价高、会污染环境等缺点，未能被广泛推广和应用。 

微气泡减阻是指向液体中注入微气泡，利用气泡和湍流的交互作用，改变边界层的湍流结构，抑制湍流脉动，来降低流体输送过程中的摩擦阻力。 

当流体在管道内流动的时候，依据粘性长度尺度的大小(即距壁面距离的大小)，将管道流场分为粘性底层、过渡层和外层；研究发现，当微气泡从过渡层进入时减阻效果最好(Javier Ortiz-Villafuerte，Yassin A Hassan.Investigation of Microbubble Boundary Layer Using Particle Tracking Velocimetry[J].Journal of Fluids Engineering,2006,128:509-519)，且当微气泡的直径大于1mm时，将不再有减阻效果(Akihiro Kanai，Hideaki Miyata.Direct numerical simulation of wall turbulent flows with microbubbles[J].Int.J.Numer.Meth.Fluids2001；35:593–615)。鉴于电解微气泡具有操作方便、便于调控、能耗低和气泡直径小的 优点，因此采用电解法产生微气泡。经调研发现，在微气泡减阻的应用和研究方面，均为直接将微气泡注入流体中，导致减阻率较低，有的甚至没有减阻效果，造成资源浪费。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种微气泡管道流动减阻方法及微气泡减阻管道，解决以往管道流体输送过程中摩擦阻力较大的问题。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微气泡管道减阻方法，在管道内湍流流场的过渡层内经电解环电解直接产生微气泡，微气泡在流场的过渡层与湍流相互作用，抑制湍流脉动，实现流动湍流减阻。 

一种微气泡减阻管道，包括管体，所述管体的截面呈矩形结构，管体的两端分别设置有进口端和出口端，在该管体的管路上设置有二维槽道，二维槽道的两端分别与矩形管体密封连接，在该二维槽道内设置有电解环，该电解环呈矩形框结构，所述的电解环固定设置在二维槽道内的过渡层区域内，所述电解环的导线伸出二维槽道与电源连接。 

进一步的，在所述的二维槽道上设置有二维箱盖，所述的二维箱盖上设置有活塞杆，活塞杆与二维箱盖之间形成滑动配合，导线穿过活塞杆伸出二维槽道外，所述的电解环的上端与活塞杆的下端经导线连接。 

进一步的，在二维箱盖上端形成一端用于固定活塞杆的定位套管，所述的活塞杆穿过定位套管，在定位套管的侧壁上开设有用于旋接固定螺栓的限位孔。 

进一步的，在所述二维槽道的底壁以及两侧壁上还分别设置有三个用于固定电解环的挡板，所述的电解环从二维槽道上端插入二维槽道内、并经三个挡 板固定在二维槽道的过渡层区域内。 

进一步的，在矩形管体的进口端和出口端上分别设置有连接法兰。 

一种微气泡减阻管道，包括管体，所述管体的截面呈圆形结构，圆形管体的两端分别设置有进口端和出口端，在该管体内设置有电解环，该电解环呈圆环状，所述的电解环固定设置在圆形管体内的过渡层区域中，所述电解环的导线伸出圆形管体连接电源。 

进一步的，在圆形管体的内壁上设置有3个用于固定电解环的挡板，所述的电解环经3个挡板固定在圆形管体内。 

进一步的，在圆形管体的进口端和出口端上分别设置有连接法兰。 

进一步的，在管体上设置有绝缘塞，所述电解环的导线穿过绝缘塞伸出圆形管体。 

本发明的有益效果是：采用本发明的减阻方法，可以使微气泡直接在过渡层内产生，不需再像以前一样需要通过外部注入气体，依靠微气泡与湍流在过渡层内的相互作用，抑制湍流脉动，实现湍流流动减阻，减小液体管道输送过程的摩擦阻力，提高减阻率，减小不必要的浪费，在同样微气泡的气量下的作用下尽可能地提高流体速度。