本技術(shù)涉及一種空化發(fā)生器，尤其涉及一種多級(jí)換向的空化發(fā)生器，可用于食品加工、廢水處理等工序，屬于空化設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、水力空化現(xiàn)象是流體流過一個(gè)限流區(qū)域(孔板、文丘里管、環(huán)隙等)時(shí)內(nèi)部壓力下降，當(dāng)壓力降至液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，液體開始汽化而產(chǎn)生大量空化汽泡，空化汽泡在流經(jīng)瞬間擴(kuò)大流道時(shí)，液體壓力上升，空化汽泡體積急劇縮小直至潰滅，在其潰滅瞬間伴有高溫、高壓、強(qiáng)烈的沖擊波和微射流。利用空泡潰滅時(shí)釋放的巨大瞬間能量能夠破壞化學(xué)鏈、加快反應(yīng)進(jìn)程，故水力空化在廢水處理、食品、強(qiáng)化反應(yīng)過程等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。

2、目前國(guó)內(nèi)外研究者一般認(rèn)為用空化值δc來判定空化發(fā)生強(qiáng)弱，δc＜1有空化發(fā)生可能，空化值δc越小，空化反應(yīng)越劇烈；可以看出局部靜壓p、液體速率v是重要的控制參數(shù)。根據(jù)流體靜壓能、動(dòng)能的轉(zhuǎn)變關(guān)系、靜壓p、速率v反比關(guān)系，可以得出空化強(qiáng)弱由速率v、靜壓p主導(dǎo)，同時(shí)流體流經(jīng)的邊界條件也會(huì)對(duì)空化產(chǎn)生影響；對(duì)工業(yè)運(yùn)用的水力空化器而言，空化泡產(chǎn)生和空化泡潰滅一直是研究的方向。

3、空化數(shù)cv的計(jì)算公式為：cv=2（p-pv）/(ρv2)，其中cv是空化數(shù)，p是液體板后靜壓，pv是液體飽和蒸汽壓，ρ是液體的密度，v是液體的速度。

4、目前國(guó)內(nèi)外空化器設(shè)計(jì)基本靠單級(jí)或串聯(lián)多級(jí)固定孔孔板或由內(nèi)部阻流體和外腔體之間形成的環(huán)隙來強(qiáng)制流體截流、流速急增、失壓產(chǎn)生空化泡，當(dāng)流體流經(jīng)截面增大，壓力升高、氣泡潰滅，達(dá)到強(qiáng)化反應(yīng)的功效。

5、空化數(shù)cv（空化強(qiáng)度）隨著液體局部靜壓增加而增加，隨空化元件孔或狹窄喉部的速度增大而減少。研究表明，理想條件下空化開始發(fā)生通常cv=1（cv起始）；當(dāng)cv＜1時(shí)空化效應(yīng)顯著。然而在很多情況下，由于存在少量溶解氣體和懸浮顆粒，在cv大于1時(shí)也能產(chǎn)生空化泡。溶解的氣體和懸浮的粒子負(fù)責(zé)產(chǎn)生引發(fā)空化所需的核。cv值越小雖然空化泡生成數(shù)量增加，但空化泡坍塌的強(qiáng)度會(huì)降低，阻塞空化、即所謂的超級(jí)空化，空化泡開始相互合并，形成空泡云，流體由兩相氣泡流轉(zhuǎn)變?yōu)閮上喹h(huán)形射流，中心液核被環(huán)形蒸汽云覆蓋，不利于產(chǎn)生更多的能量和活性自由基。常規(guī)污水處理時(shí)，空化狀態(tài)應(yīng)介于起始空化和阻塞空化之間。

6、公開號(hào)為cn?219823720u的中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)，公開了一種強(qiáng)制旋流的空化發(fā)生器，包括空化柱體，空化柱體的內(nèi)腔沿料流方向依次設(shè)有：收縮塊，沿料流方向設(shè)有收縮塊漸縮孔、收縮塊喉口和漸擴(kuò)的收縮塊中心孔；雙錐渦流器，呈圓柱狀，入口端外壁均勻設(shè)有多道由中心向外周分流的外旋發(fā)散槽，出口端外壁均勻設(shè)有多道由外周向出口中心孔匯流的內(nèi)旋匯流槽，外圓柱壁上設(shè)有多道對(duì)應(yīng)溝通外旋發(fā)散槽與內(nèi)旋匯流槽的外圓螺旋槽；擴(kuò)壓塊，沿料流方向設(shè)有擴(kuò)壓塊喉口和擴(kuò)壓塊漸擴(kuò)孔；雙錐渦流器的入口端中心設(shè)有中心分散錐，中心分散錐插入于收縮塊中心孔的尾端中心；擴(kuò)壓塊喉口與雙錐渦流器的出口中心孔相對(duì)接。該實(shí)用新型中錐環(huán)間隙調(diào)整可控制空化強(qiáng)度，但錐隙形成狹窄環(huán)面相比小孔結(jié)構(gòu)，存在著空化的范圍窄、整體不太均勻的弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種多級(jí)換向的空化發(fā)生器，可以創(chuàng)造高剪切流、強(qiáng)湍流、旋轉(zhuǎn)渦流的流場(chǎng)，讓流體物料快速分散充分且均勻混合，且流動(dòng)阻力小。

2、為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型的一種多級(jí)換向的空化發(fā)生器，包括空化筒體，所述空化筒體的前端蓋中心設(shè)有物料進(jìn)口，所述空化筒體的末端圓周壁上設(shè)有物料出口，所述空化筒體的內(nèi)腔沿料流方向依次設(shè)有：

3、旋流發(fā)生器，呈中間大、兩端小的紡錘形，中部大徑處設(shè)有發(fā)生器法蘭；尾部錐體的外周均勻設(shè)有多道錐體螺旋槽；所述發(fā)生器法蘭的圓周上均勻分布有多個(gè)切向孔與各錐體螺旋槽的入口端相通；

4、收縮塊，沿料流方向設(shè)有收縮塊漸縮孔、收縮塊喉口和漸擴(kuò)的收縮塊中心孔，且末端設(shè)有收縮塊內(nèi)錐面；

5、雙錐渦流器，中段呈圓柱狀，兩端分別設(shè)有外錐面，入口外錐面與收縮塊內(nèi)錐面相貼合，入口外錐面上均勻設(shè)有多道由中心向外周分流的外旋發(fā)散槽，出口外錐面上均勻設(shè)有多道由外周向出口中心孔匯流的內(nèi)旋匯流槽，外圓柱壁上設(shè)有多道對(duì)應(yīng)溝通外旋發(fā)散槽與內(nèi)旋匯流槽的外圓螺旋槽；

6、擴(kuò)壓塊，沿料流方向設(shè)有擴(kuò)壓塊內(nèi)錐面、擴(kuò)壓塊喉口和擴(kuò)壓塊漸擴(kuò)孔，所述擴(kuò)壓塊內(nèi)錐面與所述雙錐渦流器的出口外錐面相貼合，所述擴(kuò)壓塊喉口與所述雙錐渦流器的出口中心孔相對(duì)接。

7、作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述擴(kuò)壓塊漸擴(kuò)孔的出口嵌裝有內(nèi)管柱，所述內(nèi)管柱的末端抵靠在后端蓋的中心，所述后端蓋覆蓋在空化筒體的后端口，所述內(nèi)管柱的圓周壁上均勻設(shè)有多個(gè)徑向小孔與所述空化筒體的末端內(nèi)腔相通。

8、作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述內(nèi)管柱中設(shè)有活塞，所述活塞的后端面中心與調(diào)節(jié)桿相連，所述調(diào)節(jié)桿的中段從后端蓋中心穿過且通過軸封實(shí)現(xiàn)密封，調(diào)節(jié)桿的末端螺紋段旋接在固定座的螺孔中，所述固定座的根部固定在后端蓋上，所述調(diào)節(jié)桿的末端安裝有手輪。

9、作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述外旋發(fā)散槽沿渦旋線或漸開線向外延伸，所述內(nèi)旋匯流槽沿渦旋線或漸開線向內(nèi)延伸。

10、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型取得了以下有益效果：1、一個(gè)空化器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)流體的切向旋轉(zhuǎn)、螺旋收縮、徑向旋轉(zhuǎn)分散及向心匯聚，軸向流變換徑向流。創(chuàng)造高剪切流、強(qiáng)湍流、旋轉(zhuǎn)渦流的流場(chǎng)、讓物料快速分散密集超微小液滴，破壞化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物之間的邊界接觸屏障，反應(yīng)過程更快、更充分；同時(shí)物料中隱含的少量揮發(fā)組分在通過狹逢或小孔處迅速失壓產(chǎn)生大量微小的納米級(jí)空化泡，納米氣泡隨著流體壓力恢復(fù)潰滅時(shí)產(chǎn)生的微射流、激波的能量瞬間在復(fù)雜狹窄小區(qū)域內(nèi)集中釋放，從而直接作用于反應(yīng)物，而且彎曲壁面產(chǎn)生多次渦流碰撞效應(yīng)，這些效應(yīng)都是傳統(tǒng)攪拌混合無法比擬的。

11、2、該空化發(fā)生器中旋流發(fā)生器前端的小孔設(shè)計(jì)為切向，流體經(jīng)小孔后被迫高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)由于小孔處流通截面突然收縮，流體在此流速增高，靜壓急劇下降，產(chǎn)生大量空化微氣泡，氣泡伴隨流體流動(dòng)在隨后擴(kuò)張螺旋通道內(nèi)爆、碰撞，加之旋流器后端有多道且漸縮變徑多螺旋葉片，流體反應(yīng)的作用時(shí)間及強(qiáng)度大大增強(qiáng)，為分子間碰撞、納米級(jí)微尺度顆粒反應(yīng)實(shí)現(xiàn)提供了有效的實(shí)施方案。

12、3、改進(jìn)型的雙錐渦流器相比圓柱渦流器流體流動(dòng)阻力降低、更節(jié)能，并且雙錐面上螺旋槽流通路徑更長(zhǎng)，延長(zhǎng)了流體間激烈碰撞、高湍流、高剪切的接觸機(jī)會(huì)，強(qiáng)化反應(yīng)過程。

13、4、空化器末級(jí)采用內(nèi)管柱加徑向小孔及活塞結(jié)構(gòu)也能夠在線控制空化發(fā)生強(qiáng)度，其一、空化發(fā)生在內(nèi)管柱的徑向開設(shè)的小孔處，圓筒形結(jié)構(gòu)受力明顯優(yōu)于平板，故壁厚較薄，流體通過阻力小，降低能耗，同時(shí)圓筒徑向開設(shè)小孔數(shù)量相比圓平板空間排布上更加靈活不受腔體橫截面的限制。其二、通過套裝在軸上的活塞軸向移動(dòng)改變流體過流截面積，從而流速變化改變空化強(qiáng)度；此外活塞移動(dòng)對(duì)圓筒內(nèi)壁有刮刷的功效，對(duì)于含顆粒流體或停機(jī)后沉積導(dǎo)致小孔堵塞問題發(fā)生提供了優(yōu)選的方案代替原先的額外反沖洗系統(tǒng)甚至停機(jī)拆卸設(shè)備清洗。

技術(shù)特征：

1.一種多級(jí)換向的空化發(fā)生器，包括空化筒體，所述空化筒體的前端蓋中心設(shè)有物料進(jìn)口，所述空化筒體的末端圓周壁上設(shè)有物料出口，其特征在于，所述空化筒體的內(nèi)腔沿料流方向依次設(shè)有：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)換向的空化發(fā)生器，其特征在于，所述擴(kuò)壓塊漸擴(kuò)孔的出口嵌裝有內(nèi)管柱，所述內(nèi)管柱的末端抵靠在后端蓋的中心，所述后端蓋覆蓋在空化筒體的后端口，所述內(nèi)管柱的圓周壁上均勻設(shè)有多個(gè)徑向小孔與所述空化筒體的末端內(nèi)腔相通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級(jí)換向的空化發(fā)生器，其特征在于，所述內(nèi)管柱中設(shè)有活塞，所述活塞的后端面中心與調(diào)節(jié)桿相連，所述調(diào)節(jié)桿的中段從后端蓋中心穿過且通過軸封實(shí)現(xiàn)密封，調(diào)節(jié)桿的末端螺紋段旋接在固定座的螺孔中，所述固定座的根部固定在后端蓋上，所述調(diào)節(jié)桿的末端安裝有手輪。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多級(jí)換向的空化發(fā)生器，其特征在于，所述外旋發(fā)散槽沿渦旋線或漸開線向外延伸，所述內(nèi)旋匯流槽沿渦旋線或漸開線向內(nèi)延伸。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及一種多級(jí)換向的空化發(fā)生器，空化筒體的內(nèi)腔沿料流方向依次設(shè)有：旋流發(fā)生器，呈紡錘形，尾部錐體的外周均勻設(shè)有多道錐體螺旋槽；中部圓周均布有多個(gè)切向孔與各錐體螺旋槽的入口相通；收縮塊，沿料流方向設(shè)有漸縮孔、喉口和中心孔，末端設(shè)有內(nèi)錐面；雙錐渦流器，中段呈圓柱狀，兩端分別設(shè)有外錐面，入口外錐面與收縮塊內(nèi)錐面相貼合且均勻設(shè)有多道由中心向外周分流的外旋發(fā)散槽，出口外錐面上均勻設(shè)有多道由外周向出口中心孔匯流的內(nèi)旋匯流槽，外圓柱壁上設(shè)有多道對(duì)應(yīng)溝通兩端的外圓螺旋槽；擴(kuò)壓塊，沿料流方向設(shè)有內(nèi)錐面、喉口和漸擴(kuò)孔，擴(kuò)壓塊內(nèi)錐面與雙錐渦流器的出口外錐面相貼合。本空化發(fā)生器的空化效果好切流動(dòng)阻力小。

技術(shù)研發(fā)人員：杭明,張鵬程,鄭億青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：邁安德集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240617
技術(shù)公布日：2025/1/9