[发明专利]一种基于多物理场耦合电场排垢装置设计方法

说明书

本发明属于阻垢除垢装置设计领域，具体地而言为一种基于多物理场耦合电场排垢装置设计方法，搭建几何模型，将管道的出口多添加一个排污口，在搭建几何模型的上，利用电场模块完成非匀强电场在管道内部的仿真模拟，并分析电极产生的电场在管道内电场线疏密，强弱情况。电场仿真求解结果基础之上，施加层流场，得到电场‑流体场耦合物理场；通过流动颗粒追踪模块，对颗粒对运动轨迹进行求解，根据运动轨迹，调整几何模型的结构以及电场和流体场的环境，重复调节以及运动轨迹的求解模拟得到装置，可使得水中的碳酸钙颗粒污垢在电场的作用下改变原本的运动轨迹，使得管道内的颗粒污垢能够流出管道，保证换热系统内管道的清洁，无污染，操作简便。

技术领域

本发明属于阻垢除垢装置设计领域，具体地而言为一种基于多物理场耦合电场排垢装置设计方法。

背景技术

工业循环冷却水中，结垢是减小传热效率及设备使用寿命的主要原因，严重时会影响工业安全。因此工业换热设备附着的污垢必须进行处理，然而清理过程不可避免造成生产时间下降、产量下降等。污垢的主要成分是碳酸钙、碳酸镁和硫酸钙等难溶盐类。随着系统运行时间的增加，这些难溶盐类离子在换热器的管壁上结合、沉淀积聚，附着在管壁表面，导致换热器传热热阻增大，从而影响换热设备的热量传递效率，造成了能源的浪费，导致了设备性能的降低。而污垢的腐蚀作用也会减短换热设备的使用年限、严重时甚至可能产生爆管等安全事故。因此，对于污垢沉淀聚集采取有效的防治措施的研究，十分迫切并具有重要的意义。

国内外学者对阻垢除垢进行广泛研究，常用的方法有化学法与物理法。化学法主要包括了离子交换树脂法、加药软化法以及投放阻垢剂等。化学阻垢除垢法使用方法简单，但不可避免的会造成水体污染；物理法包括静电水处理法、超声波水处理法、电磁场水处理法等。物理法的投资成本低、零污染、有效期长、安装方便且同时具有除垢、抑垢及杀菌的作用，在国内外已经获得广泛关注。

目前国内外相关学者在电场抑垢领域研究兴趣广泛，提出了许多有效电场抑垢方案。但是，不同工况下选择电场作用存在区别，导致抑垢最佳电场强度参数相差近几千伏，电场大小对抑垢特性影响仍然存疑；另一方面，电场抑垢研究兴趣大多集中碳酸钙污垢晶体形貌的改变，对于已成垢的不同污垢颗粒，目前鲜有研究，而严重的污垢颗粒附着对换热器的热工水力性能有很大的影响，这阻碍了该技术切实有效地推广到实际应用领域中。

公开号为CN106698685A，名称为“复合强电场效应型电化学水处理装置及除垢方法”的发明，该发明公开了一种利用新增的一个高电压的电场效应，进行电场叠加，提高水中矿物质的迁移速度及结垢速度，通过刮刀连续旋转刮下罐壳上的污垢，与待处理污水由排污口排出，完成除垢。然而，由于刮刀连续旋转，可能存在摩擦管壁，甚至破环管壁的情况。

公开号为CN200610077527.X，名称为“高频电子除垢阻垢装置”的发明，该发明公开了一种水处理装置，当水通过装置的高频电磁场后其形态发生改变，这种形态发生改变的水在热交换系统中使用时可以达到除垢阻垢目的。然而，该装置的电极作用在水体中，电极长期作用在水体中不可不免的产生电化学腐蚀，造成电极利用效率低，长期使用除垢效果不理想。

目前国内外相关学者在电场抑垢领域研究兴趣广泛，提出了许多有效电场抑垢方案。但是，不同工况下选择电场作用存在区别，导致抑垢最佳电场强度参数相差近几千伏，电场大小对抑垢特性影响仍然存疑；另一方面，电场抑垢研究兴趣大多集中碳酸钙污垢晶体形貌的改变，对于已成垢的不同污垢颗粒，目前鲜有研究，而严重的污垢颗粒附着对换热器的热工水力性能有很大的影响，这阻碍了该技术切实有效地推广到实际应用领域中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于多物理场耦合电场排垢装置设计方法，利用电场、流体场和流动颗粒追踪耦合仿真，得到管道内部流体流速分布、压力分布、电场分布，对管道内电场的颗粒进行受力和轨迹模拟，进而根据模拟结果，设置排垢装置。

本发明是这样实现的，