專利名稱：水力空化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于環(huán)保化工制藥食品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水力空化裝置。
背景技術(shù)：
“水力空化效應(yīng)”是指在液流中由于壓力的突然變化而產(chǎn)生氣泡的暴發(fā)和潰陷即 氣泡的潰滅。氣泡潰滅時將在周圍的極小空間內(nèi)出現(xiàn)熱點，產(chǎn)生瞬時的高溫(約5200K)和 高壓(50MPa以上)，并能形成強烈的沖擊波和速度高達(dá)100m/S以上的微射流(Microjet)。 并伴隨極其復(fù)雜的多種物理和化學(xué)效應(yīng)，具有極大的利用潛力，因此，水力空化效應(yīng)已廣泛 應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如摻氣水射流、空化清洗技術(shù)領(lǐng)域、污水處理領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、食品和制藥 等。但是，當(dāng)今人們常用的兩種水力空化裝置文丘里管和單/多孔板均存在空化效能不夠 理想，功能比較單一的缺陷。如何改造水力空化裝置，提高空化效率和功能多元化將是水力 空化裝置發(fā)展的方向。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種空化效率高，功能多樣化的水力
空化裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案為一種水力空化裝置，包括管狀 主體，等直徑出口段，依次連通且同軸線的等直徑進口段、圓錐收縮段、縮口、圓錐擴散段， 等直徑末端段，在所述的等直徑進口段和圓錐收縮段中設(shè)置有曝氣管；在所述的圓錐擴散 段內(nèi)設(shè)有阻擋裝置。上述的曝氣管呈倒L形即“ Γ”形，倒L形曝氣管的水平段優(yōu)選與等直徑進口段同 軸線，這樣設(shè)置曝氣產(chǎn)生的氣泡速度最大，與流體溶解效果最好，倒L形曝氣管的豎直段外 接曝氣裝置，所述的曝氣管靠近縮口的一端還設(shè)置有曝氣頭。上述的阻擋裝置的主體為第一圓錐體，在第一圓錐體上還設(shè)置有與第一圓錐體同 軸線的第二圓錐體和第三圓錐體；所述的第二圓錐體的錐底面直徑大于該處第一圓錐體的 截面直徑，所述的第二圓錐體的錐底面直徑小于該處圓錐擴散段的截面直徑；所述的第三 圓錐體的錐底面直徑大于該處第一圓錐體的截面直徑，所述的第三圓錐體的錐底面直徑小 于該處圓錐擴散段的截面直徑；所述第二圓錐體和第三圓錐體依次漸進增大，所述第二圓 錐體和第三圓錐體的錐尖指向圓錐擴散段的尖端。采用上述裝置，可以使得氣泡充分潰 滅，當(dāng)與第二圓錐體碰撞沒有潰滅的氣泡還可以繞過第二圓錐體與第三圓錐體產(chǎn)生二次碰 撞，從而提高氣泡潰滅幾率。上述的阻擋裝置內(nèi)部設(shè)有加料管，所述加料管與圓錐擴散段同軸線，所述加料管 靠近第二圓錐體的一端還連通有多根分散管，所述分散管的另一端穿過第一圓錐體與圓錐 擴散段連通。上述的分散管優(yōu)選為四根，所述的四根分散管在垂直于圓錐擴散段軸線的平面內(nèi) 均勻分布。這樣從加料管加入藥劑后可以通過分散管更加均勻全面的分散到圓錐擴散段內(nèi)
3的流體中。上述的等直徑出口段的軸線與等直徑進口段的軸線相垂直，增加氣泡碰撞機會， 提高氣泡潰滅幾率。所述的等直徑出口段的第一直線的延長線與等直徑末端段的端面平行，采用這種 結(jié)構(gòu)水體流到此處的反沖力最大，也更便于出水。本實用新型的技術(shù)原理是流體在流動的過程中，如果出現(xiàn)壓力急劇下降，流體中 將產(chǎn)生局部的負(fù)壓區(qū)和壓力恢復(fù)區(qū)，在負(fù)壓區(qū)產(chǎn)生空化泡，隨后空化泡隨流體一起流動，在 壓力恢復(fù)區(qū)空化泡瞬時絕熱潰滅，局部產(chǎn)生異常的高溫高壓和少量的HO ·。氣核是氣泡產(chǎn) 生的核心體，在空化過程中，通過曝氣在壓力不斷增加的過程中，氣體不斷地向液相主體中 溶解，當(dāng)壓力突然下降后，流體中所溶解的氣體又會因溶解度的降低而不斷釋放出來，成為 負(fù)壓區(qū)產(chǎn)生空化泡的氣核，這將大大加速和增加空化泡的產(chǎn)生。空化泡在隨流體一起流動 的過程也是空化泡內(nèi)壓力逐漸降低的過程，氣泡隨流體流動的時間越長，氣泡潰滅時釋放 的能力也就越少。在空化泡產(chǎn)生的附近增加阻擋裝置以及將出口管路和進口管路的垂直設(shè) 計均可使空化泡不斷發(fā)生碰撞，加快氣泡潰滅，從而增加空化效率。本實用新型的水力空化裝置，具有以下有益效果1.曝氣裝置的加入可以對流體曝氣，為即將產(chǎn)生的氣泡提供足夠氣核，達(dá)到加速 氣泡的產(chǎn)生和增加氣泡的產(chǎn)量的效果。2.阻擋裝置以及其上的兩個圓錐體與流體中產(chǎn)生的空化泡(或稱氣泡)發(fā)生碰撞 并改變氣泡流向，達(dá)到加速氣泡的潰滅和能量釋放，提高空化能效的效果。3.在空化過程中，可由加料管向流體中添加其他的添加劑，比如洗滌劑、氧化劑、 催化劑、滅菌劑等，達(dá)到同時進行物理化學(xué)作用、氧化作用、滅菌作用等效果，功能多樣化。4.等直徑進口段和等直徑出口段之間相互垂直設(shè)計，可增加空化泡的碰撞潰滅的 機會，提高空化效率。5.本實用新型的水力空化裝置適用于摻氣水射流、空化清洗技術(shù)領(lǐng)域、污水處理 領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、食品和制藥等領(lǐng)域。

附圖1是本實用新型水力空化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.管狀主體；2.等直徑進口段；3錐形收縮段，4.錐形擴散段，5.縮口，6.等 直徑出口段，6.1.第一直線，7.等直徑末端段；8.曝氣管，8.1.曝氣頭，8. 2.曝氣裝置， 9.阻擋裝置，9.1.第一圓錐體，9. 11.第二圓錐體，9. 12.第三圓錐體，9. 2.加料管，9. 21分散管。附圖2是本實用新型產(chǎn)生水力空化裝置的A-A斷面放大圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施方式
(以應(yīng)用于廢水處理為例)。本實用新型實施例中，采用管狀主體1的外徑為400mm左右；壁厚20mm，由于壁 厚相對于外徑很小，在附圖1中忽略沒有畫出。如附圖1所示，本實用新型的水力空化裝置，包括管狀主體1，等直徑出口段6，依次連通且同軸線的等直徑進口段2、圓錐收縮段3、縮口 5、圓錐擴散段4與等直徑末端段7， 所述的依次連通就是按照上述順序連通，所述同軸線就是連通的上述各部分的軸線重合， 在所述的等直徑進口段2和圓錐收縮段3中設(shè)置有曝氣管8 ；在所述的圓錐擴散段4內(nèi)設(shè) 有阻擋裝置9。上述的曝氣管8呈倒L形即“ I"”形，倒L形曝氣管8的水平段優(yōu)選與等直徑進口 段2同軸線，這樣設(shè)置曝氣產(chǎn)生的氣泡速度最大，與流體溶解效果最好，倒L形曝氣管8的 豎直段外接曝氣裝置8. 2，所述的曝氣管8靠近縮口 5的一端還設(shè)置有曝氣頭8. 1。上述的阻擋裝置的主體為第一圓錐體9. 1，在第一圓錐體9. 1上還設(shè)置有與第一 圓錐體同軸線的第二圓錐體9. 11和第三圓錐體9. 12 ；所述的第二圓錐體9. 11的錐底面直 徑大于該處第一圓錐體9. 1的截面直徑(第一圓錐體9. 1的截面是指以垂直于第一圓錐 體軸線的平面去截第一圓錐體所得的截面，以下同)，所述的第二圓錐體9. 11的錐底面直 徑小于該處圓錐擴散段4的截面直徑(圓錐擴散段的截面是指以垂直于圓錐擴散段軸線 的平面截取圓錐擴散段所得的截面，以下同)；所述的第三圓錐體9. 12的錐底面直徑大于 該處第一圓錐體9. 1的截面直徑，所述的第三圓錐體9. 12的錐底面直徑小于該處圓錐擴散 段4的截面直徑；所述第二圓錐體9. 11和第三圓錐體9. 12依次漸進增大，所述第二、第三 圓錐體的錐尖指向圓錐擴散段4的尖端。上述的阻擋裝置9內(nèi)部還設(shè)有加料管9. 2，所述加料管9. 2與圓錐擴散段4同軸 線，如圖2所示，所述加料管9. 2靠近第二圓錐體9. 11的一端還連通有多根分散管9. 21，所 述分散管9. 21的另一端穿過第一圓錐體9. 1與圓錐擴散段4連通。上述的分散管9. 21優(yōu)選為四根，所述的四根分散管在垂直于圓錐擴散段4軸線的 平面內(nèi)均勻分布。上述的等直徑出口段6的軸線與等直徑進口段2的軸線相垂直。上述的等直徑出口段6的第一直線6. 1的延長線與等直徑末端段7的端面平行。結(jié)合附圖1所示，在使用過程，廢水先從水力空化裝置(也可稱為空化器)的等直 徑進口段2進入管狀主體1的錐形收縮段3內(nèi)(廢水流入方向作為上游，通過縮口后流出 過程所經(jīng)路段稱為下游)，然后廢水與外接曝氣裝置8. 2 (所述的曝氣裝置就是市售的氣泵 等)的曝氣管8連通的曝氣頭8.1 (所述的曝氣頭就是盤面上分布多個圓孔的圓盤)曝出 的氣體不斷進行氣液混合接觸，并一起向下游方向流動，錐形收縮段3的截面不斷減小，流 速不斷增大，壓力不斷增大，廢水對氣體的溶解度也不斷增加，在此過程中，氣相中的氣體 不斷地從氣相轉(zhuǎn)移到液相廢水中。當(dāng)?shù)竭_(dá)縮口 5處時，壓力達(dá)到最大，液相廢水中的溶氣率 也達(dá)到最大。當(dāng)穿過縮口 5到達(dá)錐形擴散段4后，隨著錐形擴散段4截面的不斷增大，壓力 不斷下降，液相對氣體的溶解度也不斷減小，和上游相反，在此過程中液相中的溶解氣不斷 地從廢水液相中釋放出來，為空化氣泡的形成提供了大量的氣核，有效地促進了空化氣泡 的產(chǎn)生。在壓力不斷下降的下游，局部區(qū)域里形成了負(fù)壓區(qū)和壓力恢復(fù)區(qū)，在負(fù)壓區(qū)，以氣 核為核心可不斷產(chǎn)生空化泡。大部分空化泡或隨著廢水向下游移動的空化泡都會和阻擋裝 置9的主體即第一圓錐體9. 1上的兩圓錐體即第二圓錐體9. 11、第三圓錐體9. 12發(fā)生碰 撞和改變流向，這加速空化泡潰滅，致使空化泡釋放能量，產(chǎn)生局部的高溫高壓和產(chǎn)生部分 HO ·。與此同時，加料管9. 2也通過加藥管9. 2進口和4個分散管9. 21向廢水中不斷投加 藥劑(以過氧化氫為例)，由于此時的廢水正處于氣液兩相湍流的狀態(tài)，加入的過氧化氫在
5廢水中得到快速混合，并在高溫高壓下迅速分解，對廢水中的有機物起到很好的快速降解 作用。經(jīng)空化器短暫且有效處理后的廢水再轉(zhuǎn)90°后從等直徑出口段6排除，等直徑出 口段6與等直徑進口段2的垂直設(shè)計有利于將未潰滅的空化泡在流出空化器之前還可有多 次碰撞潰滅的機會，從而進一步提高了空化效率。圖中等直徑末端段7的端面與等直徑出 口段6的第一直線6. 1的延長線為平行設(shè)計，而不是重合，是為了流體在此處有更大的反沖 力，更便于從等直徑出口段6處出水。
權(quán)利要求一種水力空化裝置，包括管狀主體(1)，等直徑出口段(6)，依次連通且同軸線的等直徑進口段(2)、圓錐收縮段(3)、縮口(5)、圓錐擴散段(4)和等直徑末端段(7)，其特征在于在所述的等直徑進口段(2)和圓錐收縮段(3)中設(shè)置有曝氣管(8)；在所述的圓錐擴散段(4)內(nèi)設(shè)有阻擋裝置(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力空化裝置，其特征在于所述的曝氣管(8)呈倒L形，倒 L形曝氣管(8)的水平段與等直徑進口段(2)同軸線，倒L形曝氣管(8)的豎直段外接曝氣 裝置(8. 2)，所述的曝氣管(8)靠近縮口(5)的一端還設(shè)置有曝氣頭(8. 1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力空化裝置，其特征在于所述的阻擋裝置(9)的主體為 第一圓錐體(9. 1)，在第一圓錐體(9. 1)上還設(shè)置有與第一圓錐體(9. 1)同軸線的第二圓錐 體(9. 11)和第三圓錐體(9. 12)；所述的第二圓錐體(9. 11)的錐底面直徑大于該處第一圓 錐體(9. 1)的截面直徑，所述的第二圓錐體(9. 11)的錐底面直徑小于該處圓錐擴散段(4) 的截面直徑；所述的第三圓錐體(9. 12)的錐底面直徑大于該處第一圓錐體(9. 1)的截面直 徑，所述的第三圓錐體(9. 12)的錐底面直徑小于該處圓錐擴散段⑷的截面直徑；所述第 二圓錐體(9. 11)和第三圓錐體(9. 12)依次漸進增大，所述的第二、第三圓錐體的錐尖指向 圓錐擴散段(4)的尖端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力空化裝置，其特征在于所述的阻擋裝置(9)內(nèi)部還設(shè) 有加料管(9. 2)，所述加料管(9.2)與圓錐擴散段(4)同軸線，所述加料管(9.2)靠近第二 圓錐體(9. 11)的一端還連通有多根分散管(9. 21)，所述分散管(9.21)的另一端穿過第一 圓錐體(9. 1)與圓錐擴散段⑷連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水力空化裝置，其特征在于所述多根分散管(9.21)為四 根，所述的四根分散管(9.21)在垂直于圓錐擴散段(4)軸線的平面內(nèi)均勻分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力空化裝置，其特征在于所述的等直徑出口段(6)的軸 線與等直徑進口段(2)的軸線相垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力空化裝置，其特征在于所述的等直徑出口段(6)的第 一直線(6. 1)的延長線與等直徑末端段(7)的端面平行。
專利摘要本實用新型公開一種水力空化裝置，包括管狀主體(1)，等直徑出口段(6)，依次連通且同軸線的等直徑進口段(2)、圓錐收縮段(3)、縮口(5)、圓錐擴散段(4)與等直徑末端段(7)，其特征在于在所述的等直徑進口段(2)和圓錐收縮段(3)中設(shè)置有曝氣管(8)；在所述的圓錐擴散段(4)內(nèi)設(shè)有阻擋裝置(9)。本實用新型的水力空化裝置具有加速氣泡的產(chǎn)生和增加氣泡的產(chǎn)量的效果，并具有空化能效的效果好、空化效率高，功能多樣化的優(yōu)點。
文檔編號B01F5/06GK201643998SQ20102014462
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者徐美娟 申請人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院