流体输送管路中悬浮体运动稳定性数值分析

李岚清，李 俊，陈 晔，杨 洹

(四川轻化工大学 机械工程学院，四川 自贡 643000)

引言

流体驱动型管道机器人由于结构简单、无需外部能源供给、作业区间大等优点，在管道清理及检测等方面具有重要作用[1]。目前，典型的流体驱动型管道检测机器人以支撑式为主，该类机器人存在越障能力、过弯性能和管径适应能力差等缺点[2-3]。悬浮式管道机器人以工作流体作为驱动力，能够长距离、在役工作，不受转弯半径的影响，管径适应能力强，可避免支撑式存在的不足，对于实现大型管线的长距离在役检测有重要意义[4]。然而，悬浮式管道检测机器人检测数据的可靠性和准确性受其运动稳定性影响很大，开展相关研究以了解运动稳定性变化规律对于开发相应的机器人至关重要。

(1)

由于实验条件的限制，国内外学者大多采用CFD软件围绕流体驱动机器人的运动分析展开研究。利用CFD软件通过二维静态仿真得到压差式机器人的驱动力与管内流体压力和流速、机器人与流体之间相对速度的关系，并采用动网格技术模拟了2D与3D的管道机器人启动过程中管壁摩擦力、质量等的影响，但未考虑到机器人自身运动产生的影响[5-8]；ASGHAR T等[9]利用Fluent软件与试验结合分析了清管器的旁路直径、重量等对清管器速度的影响；DIEGO J P等[10-11]利用CFX软件动网格技术通过2D轴对称模型的管道机器人启动过程的研究，得到了机器人质量、湍流模型以及发射时间对机器人稳定速度的影响，得到机器人最终的运动速度要大于平均流速；……