[發明專利]一種基于文丘里管的水力空化發生裝置及水力空化發生方法

在審

• 申請號: 201710576033.4
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107188268A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 魏世超;梅越民;張凱
• 申請（專利權）人: 核工業理化工程研究院
• 主分類號: C02F1/34
• 分類號: C02F1/34
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 周慶路,田陽

技術領域

本發明涉及化工流體技術領域，特別是涉及一種基于文丘里管的水力空化發生裝置及水力空化發生方法。

背景技術

空化是指液體內局部壓力下降時，液體內部或液固交界面上氣體空穴的形成、發展和潰滅的過程。當液體壓力降至液體飽和蒸氣壓甚至以下時，由于液體的劇烈汽化而產生大量空化泡。空化泡隨液體流動膨脹、生長。當液體壓力恢復時，空化泡瞬間潰滅形成微射流和沖擊波，產生瞬間局部高溫(1000～5000K)和瞬間高壓(1～5×107Pa)。空化可導致水力機械設備性能下降，引起振動、噪聲和空蝕破壞等，但空化現象釋放的能量也可以加以利用，以實現對化學、物理等過程的強化，達到增效、節能、降耗等效果。

根據空化產生的因素，通常分為聲空化、光空化、粒子空化和水力空化四種類型。由于空化產生的效率和工程應用的難易程度，四種模式中，聲空化和水力空化是學術界和工業界關注的熱點。目前，聲空化僅在實驗室取得較好效果，但將其應用于中試或工業化時，會出現空化場不均勻，空化效率下降，通量較小，放大難度較大等問題。

相對于超聲空化而言，水力空化設備簡單、成本低廉，能產生大規模的空化場，工業化應用的潛力很大，目前已在滅菌、有機污水廢水處理、射流清洗以及化工分離等領域得到應用。

中國專利200410021098.5公開了一種通過多孔孔板產生空化的滅菌裝置，利用空化發生時產生的瞬間高溫高壓來對液體原料進行滅菌消毒，該裝置具有產量大、效率高、操作方便、瞬間滅菌、局部高溫、整體常溫等特點，從而避免了液體原料中有效成分的破壞和過熱分解。中國專利200410066214.5公開了一種用于化工分離技術領域渦流空化器可以在較低的溫度和不加或者少加化學破乳劑的條件下對含水乳化油或者乳化含油廢水進行低成本和高效率的破乳處理。中國專利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所產生的高溫高壓條件下，可以分解成具有更強氧化性的羥基自由基，進一步提高了空化效率。該裝置內還可設置催化劑TiO₂和γ-Al₂O₃，產生更多的羥基自由基，進一步強化污廢水中有機物的去除效果。

盡管對水力空化的研究逐漸深入，所提出的空化器結構形式增多，但是水力空化的空化強度較小，效率較低，往往不足以起到某些物理化學反應的觸發或強化作用。此外，空化反應器處理量較小，大規模處理時需要多臺裝置并聯或串聯使用，導致處理系統管路結構龐大、復雜，仍難以工業化推廣應用。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供：

一種基于文丘里管的水力空化發生裝置,液體流通量大，結構簡單，成本低廉，工作可靠，適于工業化大規模推廣應用；

一種所述水力空化發生裝置的空化發生方法，空化強度大，空化效率高。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

基于文丘里管的水力空化發生裝置，包括：

一球形腔體，內部具有一球形的空腔；

一空化增強模塊，同軸心設置在球形腔體內；

多個流體進口管，均勻的設置在球形腔體的下半部，并與球形腔體相連通，所述流體進口管的軸線均穿過球形腔體中心，并且均與水平方向的夾角相同，流體進口管內均設有孔板，流體經由孔板，開始產生氣泡，噴射進入到球形腔體下半部時，流體匯聚、混合、碰撞，進一步促進了空化泡潰滅重生的過程，從而增強了空化強度；

一文丘里管結構，作為流體出口與球形腔體相連通，設置在球形腔體的正上方，其軸線穿過所述球形腔體的中心，在文丘里管結構內，重新生成空化氣泡，空化泡隨之又一次發生潰滅，形成微射流和沖擊波，產生瞬間局部高溫和瞬間高壓。

優選的，所述流體進口管設有兩個或三個。

優選的，所述孔板的開孔率為20％-75％。

優選的，所述文丘里管結構包括由下到上依次連接的喉頸段、擴展段和液體出口段，所述喉頸段、擴展段和液體出口段同軸心設置。

優選的，所述擴展段呈喇叭形結構，擴展段的底端直徑與喉頸段的直徑相同，擴展段的頂端直徑與液體出口段的直徑相同。

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

優選的，所述空化增強模塊的直徑為喉頸段直徑的0.5-1.2倍。

優選的，所述空化增強模塊形狀為橢球形或翼形。