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电气化铁路绝缘子水冲洗喷射流场特性研究

作　者: 胡志忠
导　师: 刘桓龙
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 水冲洗喷嘴射流速度射程
分类号: U226.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着全国铁路电气化技术的推广,绝缘子的污秽闪络已成为影响列车正常运行的主要因素,频繁的污闪所引发的跳闸给接触网正常供电带来极大的安全隐患。目前,最省时、最有效的避免接触网绝缘子污闪的方法是采用冲洗车对绝缘子进行带电水冲洗,而其中水炮的性能决定了水冲洗车的工作效率,是整套装置研发的关键和难点。本文在对非淹没射流的特点充分理解的基础上,应用计算流体力学的基本原理,采用VOF多相流控制方程和高雷诺数κ-ε紊流模型,基于流体分析软件—STAR-CD对射流流场进行了数值模拟并研究分析了速度和混合相成分等物理量的两相流动特性,同时在相同的边界条件和初始条件下,通过分别改变喷嘴的出口直径、收缩角和长径比三个结构参数以及内表面粗糙度和工艺倒角两个工艺参数,并对垂直于喷嘴射流轴线的不同截面上的数据进行采样；然后,选择其中的一组参数,改变喷嘴入口压力,分析水力参数对射流流场的影响。结果表明：对于绝缘子水冲洗射流,其结构参数中的出口直径的增大能够增加喷嘴射流的出口速度；长径比主要影响射流边界层厚度,其值应在1.0附近取值；较小收缩角能够增加射流的密集性,进而增加射程；而工艺参数中的出口倒角和粗糙度将会增加边界层厚度,进而减小射程；入口压力能够增加射流密集性,减少截面速度的衰减并增加了轴向速度。本文最后对水炮炮杆进行了改进设计即在炮杆中加入了整流结构并对炮杆和喷嘴内外部流场进行了全三维数值模拟,分析和研究了整流结构的形状、位置和轴向尺寸对射流性能的影响。结果表明：炮杆中整流结构的形状、位置和轴向尺寸分别影响轴向速度和射流边界层厚度。本文得出一些结论能够为水射流清洗喷嘴的结构选择和炮杆的进一步优化和研究提供参考依据。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-18
  1.1 课题研究的背景和意义  11-13
    1.1.1 绝缘子污闪的危害及防治  11-12
    1.1.2 KJ系列绝缘子带电水冲洗车  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 高压水射流清洗技术  13-14
    1.2.2 水射流清洗机理及影响因素  14-15
    1.2.3 射流喷嘴研究概况  15-17
  1.3 研究内容与目标  17-18
第2章水射流的流体力学特性及喷嘴设计  18-32
  2.1 射流的分类  18-19
  2.2 非淹没射流理论  19-28
  2.3 喷嘴射流的参数  28-31
    2.3.1 喷嘴出口流速  28-29
    2.3.2 喷嘴出口直径  29-31
    2.3.3 喷嘴的结构参数  31
  2.4 本章小结  31-32
第3章喷嘴射流流场数值模拟  32-57
  3.1 STAR-CD软件简介  32-33
  3.2 喷嘴流场计算区域及网格划分  33-35
    3.2.1 流场计算区域  33
    3.2.2 网格划分  33-35
  3.3 流场计算数值模型  35-38
    3.3.1 VOF多相流模型  35
    3.3.2 标准κ-ε模型  35-36
    3.3.3 边界条件  36-38
    3.3.4 控制参数设置  38
  3.4 模拟结果及数据分析  38-40
  3.5 喷嘴结构参数对射流流场影响的模拟分析  40-48
    3.5.1 出口段直径对射流流场的影响  40-43
    3.5.2 长径比对射流流场的影响  43-45
    3.5.3 收缩角对射流场的影响  45-48
  3.6 水力参数对射流流场影响模拟分析  48-49
  3.7 喷嘴工艺参数对射流流场影响模拟分析  49-55
    3.7.1 喷嘴出口倒角对射流流场的影响  50-53
    3.7.2 喷嘴内表面粗糙度对射流流场的影响  53-55
  3.8 本章小结  55-57
第4章炮杆结构对射流性能的影响  57-67
  4.1 炮杆结构设计  57
  4.2 流场计算区域及网格划分  57-59
  4.3 整流结构对射流性能的影响  59-61
  4.4 整流结构的位置对射流性能的影响  61-63
  4.5 整流结构尺寸对射流性能的影响  63-65
  4.6 本章小结  65-67
第5章结论与展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-72

电气化铁路绝缘子水冲洗喷射流场特性研究

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