[發明專利]湍流能強化水力瞬態空化的文丘里管

有效

• 申請號: 201310180410.4
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103223311A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 張宗權;苗潤才;吳俊林;楊宗立;魯百佐;劉志存;王文成
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: B01F5/00
• 分類號: B01F5/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 申忠才

技術領域

本發明屬于用于強化化學反應過程的水力空化技術領域，具體涉及一種具有湍流能強化水力瞬態空化的文丘里管。

背景技術

大量研究表明，水力空化對化學反應過程具有明顯的強化作用，從能效和規模化方面與超聲空化相比，具有簡便易行、能耗低、效率高、空化區域大，可用于大流量介質的處理等優點。但水力空化存在空化強度較小，用于聲化學反應的效率仍然較低等問題。針對這一問題，目前相關專業領域的技術人員從基礎到應用進行了系統研究，并取得了許多有意義的結果。研究表明，超聲或水力空化對化學過程的強化作用，主要取決于空化自由基的產量，而空化自由基的產量決定于瞬態空化的強度。中國《科學通報》2010.10期“湍流作用下可壓縮液體中空化泡的動力學特性”一文報道，湍流作用與液體的可壓縮性對空化泡運動有非常重要的影響，湍流作用使得空化泡運動呈現出明顯的瞬態空化特征，湍流強度越強，空化強度越高。顯然將湍流效應用于強化水力空化過程中的瞬態空化，是解決水力空化存在空化強度較小、聲化學反應的效率低等問題的可行途徑。

文丘里管是目前用于產生水力空化效應的主要構件之一，但傳統的文丘里管產生水力空化的空化強度較小，特別是瞬態空化特征較弱，用于化學反應過程的強化作用有限。如何強化文丘里管的瞬態空化強度，是相關基礎研究與工程技術領域一個重要課題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述技術存在的缺點，提供一種結構簡單、制造加工容易并利用湍流能強的湍流能強化水力瞬態空化的文丘里管。

解決上述技術問題所采用的技術方案是：在殼體內的左側設置有左支架、右側設置有右支架，湍流棒的左端設置在左支架上、右端設置在右支架上，湍流棒與殼體內壁之間的間隙為水流通道，湍流棒與殼體內壁之間構成環繞整湍流棒的至少2級串聯的文丘里管，湍流棒的直徑最大處與殼體內壁之間形成文丘里管的喉部。

本發明的湍流棒至少包括兩個湍流單元，一個湍流單元與相鄰一個湍流單元通過鋸齒圓柱體連為一體，左側的湍流單元的左端和右側的湍流單元的右端連為一體有端部圓柱體。

本發明的湍流單元為：在第零階圓柱體的軸向兩側面有對稱地連為一體的位于同一條軸線上直徑均布遞減的2～4個圓柱體。

本發明的湍流單元為：在第零階圓柱體的軸向兩側面有對稱地連為一體的位于同一條軸線上、直徑均布最佳遞減的3個圓柱體。

本發明的位于同一條軸線上直徑均布遞減的相鄰圓柱體的直徑差為：

ΔD=(D1－D2)/(n+1)

式中ΔD為相鄰圓柱體的直徑差，D1為第零階圓柱體的直徑，D2為端部圓柱體直徑或鋸齒圓柱體的齒尖直徑，n為第零階圓柱體與左側的端部圓柱體之間圓柱體的個數；每個圓柱體的軸向長度為D/2，D為殼體的內徑。

本發明的第零階圓柱體的直徑D1為3D/4，端部圓柱體直徑D2為3D/16、軸向長度為D/2，鋸齒圓柱體的齒尖直徑與端部圓柱體直徑D2相同、軸向長度相同。

本發明的鋸齒圓柱體的齒高為D/20、齒尖角為90°。

本發明的鋸齒圓柱體的齒高為D/20、齒尖角為90°。

本發明的左支架為：在輪轂的徑向至少均布設置有3根輻板。本發明的右支架的結構與左支架相同，湍流棒的左端設置在左支架的輪轂1的中心孔內、右端設置在右支架的輪轂的中心孔內。

本發明的有益效果：

本發明通過在殼體內設置軸對稱的湍流棒，在湍流棒與殼體內壁之間構成環繞湍流棒的軸對稱的文丘里管道。所產生的有益效果在于：其一，這種新型的文丘里管，與傳統的將不同內徑的管道通過變徑管焊接相連構成的文丘里管相比，只要改變湍流棒直徑變化的特征和參數，就可構成不同變徑比的文丘里管，因此結構簡單、加工容易；其次，由于這種文新型的丘里管沒有連接焊縫，因此其耐壓能力高，更適合作為工作于高壓工況、用于污水凈化的處理；其三，直徑呈周期性變化的湍流棒與殼體內壁之間構成的多級串聯式文丘里管道，用于污水處理與目前的廣泛研究的多級孔板構成的串聯式水力空化污水處理器相比，安裝方便，處理過程中沒有死角，污水處理效率高；其四，高速水流與湍流棒迎水面、背水面上的圓柱體以及鋸齒圓柱體上的鋸齒形發生撞擊時，在水流中同時產生劇烈的湍流效應，這種湍流效應作用于文丘里管產生的水力空化泡上，使得空化泡運動呈現出明顯的瞬態空化特征，從而有效強化了水力空化過程中的瞬態空化，解決了傳統文丘里管水力空化存在空化強度較小、聲化學反應的效率低等問題。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構示意圖。