本發(fā)明涉及化工流體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于文丘里管的水力空化發(fā)生裝置及水力空化發(fā)生方法。

背景技術(shù)：

空化是指液體內(nèi)局部壓力下降時(shí)，液體內(nèi)部或液固交界面上氣體空穴的形成、發(fā)展和潰滅的過(guò)程。當(dāng)液體壓力降至液體飽和蒸氣壓甚至以下時(shí)，由于液體的劇烈汽化而產(chǎn)生大量空化泡?？栈蓦S液體流動(dòng)膨脹、生長(zhǎng)。當(dāng)液體壓力恢復(fù)時(shí)，空化泡瞬間潰滅形成微射流和沖擊波，產(chǎn)生瞬間局部高溫(1000～5000k)和瞬間高壓(1～5×107pa)。空化可導(dǎo)致水力機(jī)械設(shè)備性能下降，引起振動(dòng)、噪聲和空蝕破壞等，但空化現(xiàn)象釋放的能量也可以加以利用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)、物理等過(guò)程的強(qiáng)化，達(dá)到增效、節(jié)能、降耗等效果。

根據(jù)空化產(chǎn)生的因素，通常分為聲空化、光空化、粒子空化和水力空化四種類型。由于空化產(chǎn)生的效率和工程應(yīng)用的難易程度，四種模式中，聲空化和水力空化是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，聲空化僅在實(shí)驗(yàn)室取得較好效果，但將其應(yīng)用于中試或工業(yè)化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)空化場(chǎng)不均勻，空化效率下降，通量較小，放大難度較大等問(wèn)題。

相對(duì)于超聲空化而言，水力空化設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉，能產(chǎn)生大規(guī)模的空化場(chǎng)，工業(yè)化應(yīng)用的潛力很大，目前已在滅菌、有機(jī)污水廢水處理、射流清洗以及化工分離等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

中國(guó)專利200410021098.5公開了一種通過(guò)多孔孔板產(chǎn)生空化的滅菌裝置，利用空化發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的瞬間高溫高壓來(lái)對(duì)液體原料進(jìn)行滅菌消毒，該裝置具有產(chǎn)量大、效率高、操作方便、瞬間滅菌、局部高溫、整體常溫等特點(diǎn)，從而避免了液體原料中有效成分的破壞和過(guò)熱分解。中國(guó)專利200410066214.5公開了一種用于化工分離技術(shù)領(lǐng)域渦流空化器可以在較低的溫度和不加或者少加化學(xué)破乳劑的條件下對(duì)含水乳化油或者乳化含油廢水進(jìn)行低成本和高效率的破乳處理。中國(guó)專利201120568210.2公開了一種用于污廢水處理的水力空化裝置，該裝置具備多個(gè)空化腔道，空化效率高。并可將臭氧引入空化腔，臭氧在水力空化效應(yīng)所產(chǎn)生的高溫高壓條件下，可以分解成具有更強(qiáng)氧化性的羥基自由基，進(jìn)一步提高了空化效率。該裝置內(nèi)還可設(shè)置催化劑tio2和γ-al2o3，產(chǎn)生更多的羥基自由基，進(jìn)一步強(qiáng)化污廢水中有機(jī)物的去除效果。

盡管對(duì)水力空化的研究逐漸深入，所提出的空化器結(jié)構(gòu)形式增多，但是水力空化的空化強(qiáng)度較小，效率較低，往往不足以起到某些物理化學(xué)反應(yīng)的觸發(fā)或強(qiáng)化作用。此外，空化反應(yīng)器處理量較小，大規(guī)模處理時(shí)需要多臺(tái)裝置并聯(lián)或串聯(lián)使用，導(dǎo)致處理系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜，仍難以工業(yè)化推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供：

一種基于文丘里管的水力空化發(fā)生裝置,液體流通量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，工作可靠，適于工業(yè)化大規(guī)模推廣應(yīng)用；

一種所述水力空化發(fā)生裝置的空化發(fā)生方法，空化強(qiáng)度大，空化效率高。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

基于文丘里管的水力空化發(fā)生裝置，包括：

一球形腔體，內(nèi)部具有一球形的空腔；

一空化增強(qiáng)模塊，同軸心設(shè)置在球形腔體內(nèi)；

多個(gè)流體進(jìn)口管，均勻的設(shè)置在球形腔體的下半部，并與球形腔體相連通，所述流體進(jìn)口管的軸線均穿過(guò)球形腔體中心，并且均與水平方向的夾角相同，流體進(jìn)口管內(nèi)均設(shè)有孔板，流體經(jīng)由孔板，開始產(chǎn)生氣泡，噴射進(jìn)入到球形腔體下半部時(shí)，流體匯聚、混合、碰撞，進(jìn)一步促進(jìn)了空化泡潰滅重生的過(guò)程，從而增強(qiáng)了空化強(qiáng)度；

一文丘里管結(jié)構(gòu)，作為流體出口與球形腔體相連通，設(shè)置在球形腔體的正上方，其軸線穿過(guò)所述球形腔體的中心，在文丘里管結(jié)構(gòu)內(nèi)，重新生成空化氣泡，空化泡隨之又一次發(fā)生潰滅，形成微射流和沖擊波，產(chǎn)生瞬間局部高溫和瞬間高壓。

優(yōu)選的，所述流體進(jìn)口管設(shè)有兩個(gè)或三個(gè)。

優(yōu)選的，所述孔板的開孔率為20％-75％。

優(yōu)選的，所述文丘里管結(jié)構(gòu)包括由下到上依次連接的喉頸段、擴(kuò)展段和液體出口段，所述喉頸段、擴(kuò)展段和液體出口段同軸心設(shè)置。

優(yōu)選的，所述擴(kuò)展段呈喇叭形結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展段的底端直徑與喉頸段的直徑相同，擴(kuò)展段的頂端直徑與液體出口段的直徑相同。

優(yōu)選的，所述空化增強(qiáng)模塊為光滑曲面狀，截面積由下向上逐漸增加，所述空化增強(qiáng)模塊的最底端位于球形腔體的中心位置。

優(yōu)選的，所述空化增強(qiáng)模塊的直徑為喉頸段直徑的0.5-1.2倍。

優(yōu)選的，所述空化增強(qiáng)模塊形狀為橢球形或翼形。

優(yōu)選的，孔板無(wú)縫隙的粘接或焊接在流體進(jìn)口管的內(nèi)壁上。

優(yōu)選的，所述空化增強(qiáng)模塊的最低點(diǎn)位于流體進(jìn)口管的上方。

本發(fā)明的另一方面，還包括所述水力空化發(fā)生裝置的空化發(fā)生方法，包括以下步驟：

s1：流體進(jìn)入流體進(jìn)口管內(nèi)，經(jīng)過(guò)孔板，由于孔板的節(jié)流作用，流速增大，流體靜壓降低，當(dāng)壓力達(dá)到甚至低于流體在該溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，流體開始?xì)饣a(chǎn)生氣泡，溶解于流體中的氣體也以氣泡形式析出。氣泡產(chǎn)生后逐漸膨脹、生長(zhǎng)，形成氣液兩相流體；

s2：氣液兩相流體從孔板噴射進(jìn)入球形腔體內(nèi)，在球形腔體下半部分，流體匯聚、混合、碰撞。流體在由球形腔體下半部分，進(jìn)入到上半部分時(shí)，與空化增強(qiáng)模塊作用，在其表面發(fā)生邊界層脫離，形成劇烈的湍動(dòng)性。

s3：流體進(jìn)入球形腔體上半部分后，得到暫時(shí)緩沖穩(wěn)定。沿著球面流動(dòng)逐漸收縮進(jìn)入喉頸段5，因流道收縮流速隨之增大，靜壓降低，重新生成空化氣泡；

s4：兩相流體噴射進(jìn)入擴(kuò)展段，隨著流道擴(kuò)展，壓力逐漸恢復(fù)，空化泡隨之又一次發(fā)生潰滅，形成微射流和沖擊波，產(chǎn)生瞬間局部高溫和瞬間高壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理通量大，設(shè)備制造成本低廉，空化效率高，適用于工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。

2、由于具有較大的處理通量，應(yīng)用本裝置的水處理系統(tǒng)可以減少并聯(lián)管路的安裝，減少管路系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度，減少占地面積，降低投入成本。

3、即可水平方向安裝使用，也可水平方向安裝使用。

附圖說(shuō)明

圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的剖面示意圖。

圖2是為本發(fā)明實(shí)施例的裝置俯視示意圖。

圖中：1為流體進(jìn)口管，2為孔板，3為球形腔體，4為空化增強(qiáng)模塊，5喉頸段，6為擴(kuò)展段，7為液體出口段。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1-2所示，一種基于文丘里管的水力空化發(fā)生裝置，包括流體進(jìn)口管1，孔板2，球形腔體3、空化增強(qiáng)模塊4、喉頸段5、擴(kuò)展段6和液體出口段7，多個(gè)流體進(jìn)口管1與球形腔體3下半部分相連，每個(gè)流體進(jìn)口管1進(jìn)口管軸線均穿過(guò)球形腔體3中心，并且均與水平方向呈角度a(a為0度～80度)，流體進(jìn)口管1至少有兩個(gè)，均勻分布球形腔體3底端(圖1中流體進(jìn)口管1設(shè)有兩個(gè)，圖2中流體進(jìn)口管1設(shè)有三個(gè))。每個(gè)流體進(jìn)口管1內(nèi)均安裝一塊開有小孔的孔板2，液體經(jīng)過(guò)孔板2后可產(chǎn)生空化泡。喉頸段5、擴(kuò)展段6和液體出口段7依次同軸連接，形成文丘里管結(jié)構(gòu)，其軸線穿過(guò)球形腔體3中心，在正上方與球形腔體3連接?？栈鰪?qiáng)模塊4固定于球形腔體3中心。

流體進(jìn)入流體進(jìn)口管1內(nèi)，經(jīng)過(guò)孔板2，由于孔板的節(jié)流作用，流速增大，流體靜壓降低，當(dāng)壓力達(dá)到甚至低于流體在該溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，流體開始?xì)饣a(chǎn)生氣泡，溶解于流體中的氣體也以氣泡形式析出。氣泡產(chǎn)生后逐漸膨脹、生長(zhǎng)，形成氣液兩相流體。氣液兩相流體從孔板2噴射進(jìn)入球形腔體3內(nèi)。在球形腔體3下半部分，流體匯聚、混合、碰撞，同時(shí)與空化增強(qiáng)模塊4作用，在其表面發(fā)生邊界層脫離，形成劇烈的湍動(dòng)性。這種情況下大量空化氣泡不斷地重復(fù)潰滅、產(chǎn)生、生長(zhǎng)、潰滅的過(guò)程，流體間發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞、擠壓和剪切作用。這種現(xiàn)象引起的壓力波動(dòng)和震蕩有進(jìn)一步促進(jìn)了空化泡潰滅重生的過(guò)程，從而增強(qiáng)了空化強(qiáng)度，提高了空化效率。

流體進(jìn)入球形腔體3上半部分后，得到暫時(shí)緩沖穩(wěn)定。沿著球面流動(dòng)逐漸收縮進(jìn)入喉頸段5，因流道收縮流速隨之增大，靜壓降低，重新生成空化氣泡。兩相流體噴射進(jìn)入擴(kuò)展段6，隨著流道擴(kuò)展，壓力逐漸恢復(fù)，空化泡隨之又一次發(fā)生潰滅，形成微射流和沖擊波，產(chǎn)生瞬間局部高溫和瞬間高壓。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。