[發(fā)明專利]水力空化發(fā)生裝置

無效

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• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104043382A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周明;張偉
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達(dá)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水力空化發(fā)生裝置，尤其涉及一種能夠以旋轉(zhuǎn)限流方式產(chǎn)生水力空化效應(yīng)，并用于物理和化學(xué)過程強化作用的水力空化發(fā)生裝置。

背景技術(shù)

空化是一種在液體流場低壓區(qū)形成蒸氣空泡的過程，在某些方面，空化同沸騰相似，二者的區(qū)別在于，沸騰主要是溫度升高的結(jié)果，而空化的主要原因是壓力的降低。當(dāng)液體內(nèi)壓強降低到飽和蒸氣壓（嚴(yán)格意義上不一定完全一致）以下時，空化過程所形成的氣泡開始出現(xiàn)并生長，隨著時間的延長，空泡膨脹、生長、壓縮和潰滅。但這一過程是爆炸性的，不到千分六秒，空泡在急劇崩潰的瞬間可釋放巨大的能量，瞬間產(chǎn)生局部高溫（1900-5000K）和高壓（達(dá)140MPa-170Mpa），并產(chǎn)生速度約為110m/s、強大沖擊力的微射流，因此引起空蝕、空噪、振動和發(fā)光等一系列現(xiàn)象，通常將空化所產(chǎn)生的這些作用稱之為空化效應(yīng)。例如水力機械設(shè)備運行特性的改變、性能下降、空蝕破壞、振動和噪聲等都屬于空化效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。但任何事物都具有兩面性，空化同樣也可以加以利用，利用該效應(yīng)可以實現(xiàn)對化學(xué)、物理等過程的強化，達(dá)到增效、節(jié)能、降耗等效果。

根據(jù)產(chǎn)生的形式，通常分為四種類型：聲空化、光空化、粒子空化和水力空化。其中，聲空化是指向液體中輻射聲波（一般頻率在16?kHz-100?MHz超聲波）時，在時空上產(chǎn)生壓力起伏，出現(xiàn)低于靜態(tài)壓力的負(fù)壓，此時該區(qū)域出現(xiàn)微小氣泡，并隨著聲壓的變化做脈動、振蕩，或伴隨有生長、收縮以致破滅的現(xiàn)象。光空化是指高強度的光輻射（如激光）割裂連續(xù)流體所產(chǎn)生空化泡的現(xiàn)象。粒子空化是由其他類型的基本粒子割裂連續(xù)流體所產(chǎn)生，只是這里的基本粒子一般是質(zhì)子、電子等。水力空化則是通過系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)促使流體中流速的變化創(chuàng)造液體中壓力變化，從而形成負(fù)壓，產(chǎn)生空化泡。

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。目前，聲空化通常采用超聲波發(fā)生器加以控制，換能器將高頻振動所產(chǎn)生的聲能傳遞給液體介質(zhì)，當(dāng)聲能達(dá)到一定閾值時，液體中開始出現(xiàn)空化泡，幾乎與此同時產(chǎn)生空化效應(yīng)，但是空化效率并不是隨聲能增大而增加，所以，僅僅在實驗室和有限空間的小容器下，效果較好，但將其應(yīng)用至中試或工業(yè)化時，就會出現(xiàn)空化場不均勻，空化效率不高，通量較小，放大難度較大等問題。

水力空化是流體經(jīng)過限流區(qū)域（如流體流經(jīng)文丘里管）時產(chǎn)生壓降，當(dāng)壓力降至空化初生壓以下時，溶解在流體中的氣體會釋放出來，同時流體氣化而產(chǎn)生大量空化泡，空化泡在隨流體進(jìn)一步流動的過程中，遇到周圍的壓力變化時，發(fā)生潰滅。相對于超聲空化而言水力空化，設(shè)備簡單、成本低廉，能產(chǎn)生大規(guī)模的空化場（如孔板、文丘里管、液哨等），但是水力空化的空化強度較小，效率較低，往往不足以進(jìn)行某些物理化學(xué)反應(yīng)的觸發(fā)或強化作用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，確有必要提供一種高效率、大通量，并適用于工業(yè)化生產(chǎn)的水力空化發(fā)生裝置。

一種水力空化發(fā)生裝置，其包括：一支撐單元、一驅(qū)動單元以及一空化發(fā)生單元。所述驅(qū)動單元設(shè)置于所述支撐單元，所述空化發(fā)生單元設(shè)置在所述支撐單元且由所述驅(qū)動單元驅(qū)動。所述空化發(fā)生單元包括收容器以及轉(zhuǎn)子，該收容器具有一空腔，所述轉(zhuǎn)子為限流器件且設(shè)置于所述空腔，并在所述驅(qū)動單元的驅(qū)動下可以旋轉(zhuǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的水力空化發(fā)生裝置采用限流器件的旋轉(zhuǎn)限流和剪切多種方式誘發(fā)空化，可產(chǎn)生大量的空泡云，對空泡的輸運性強，且能耗低，空化效率高，液體流通量大，可大規(guī)模推廣使用。另外，所述水力空化發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，無高壓泵或增壓器，工作可靠，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施方式提供的水力空化發(fā)生裝置局部的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施方式提供的水力空化發(fā)生裝置中轉(zhuǎn)子的截面圖。

主要元件符號說明