专利名称：水力空化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于环保化工制药食品技术领域，具体涉及一种水力空化装置。
背景技术：
“水力空化效应”是指在液流中由于压力的突然变化而产生气泡的暴发和溃陷即 气泡的溃灭。气泡溃灭时将在周围的极小空间内出现热点，产生瞬时的高温(约5200K)和 高压(50MPa以上)，并能形成强烈的冲击波和速度高达100m/S以上的微射流(Microjet)。 并伴随极其复杂的多种物理和化学效应，具有极大的利用潜力，因此，水力空化效应已广泛 应用于各个领域，如掺气水射流、空化清洗技术领域、污水处理领域、化工领域、食品和制药 等。但是，当今人们常用的两种水力空化装置文丘里管和单/多孔板均存在空化效能不够 理想，功能比较单一的缺陷。如何改造水力空化装置，提高空化效率和功能多元化将是水力 空化装置发展的方向。
实用新型内容本实用新型针对现有技术的上述不足，提供一种空化效率高，功能多样化的水力
空化装置。为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为一种水力空化装置，包括管状 主体，等直径出口段，依次连通且同轴线的等直径进口段、圆锥收缩段、缩口、圆锥扩散段， 等直径末端段，在所述的等直径进口段和圆锥收缩段中设置有曝气管；在所述的圆锥扩散 段内设有阻挡装置。上述的曝气管呈倒L形即“ Γ”形，倒L形曝气管的水平段优选与等直径进口段同 轴线，这样设置曝气产生的气泡速度最大，与流体溶解效果最好，倒L形曝气管的竖直段外 接曝气装置，所述的曝气管靠近缩口的一端还设置有曝气头。上述的阻挡装置的主体为第一圆锥体，在第一圆锥体上还设置有与第一圆锥体同 轴线的第二圆锥体和第三圆锥体；所述的第二圆锥体的锥底面直径大于该处第一圆锥体的 截面直径，所述的第二圆锥体的锥底面直径小于该处圆锥扩散段的截面直径；所述的第三 圆锥体的锥底面直径大于该处第一圆锥体的截面直径，所述的第三圆锥体的锥底面直径小 于该处圆锥扩散段的截面直径；所述第二圆锥体和第三圆锥体依次渐进增大，所述第二圆 锥体和第三圆锥体的锥尖指向圆锥扩散段的尖端。采用上述装置，可以使得气泡充分溃 灭，当与第二圆锥体碰撞没有溃灭的气泡还可以绕过第二圆锥体与第三圆锥体产生二次碰 撞，从而提高气泡溃灭几率。上述的阻挡装置内部设有加料管，所述加料管与圆锥扩散段同轴线，所述加料管 靠近第二圆锥体的一端还连通有多根分散管，所述分散管的另一端穿过第一圆锥体与圆锥 扩散段连通。上述的分散管优选为四根，所述的四根分散管在垂直于圆锥扩散段轴线的平面内 均勻分布。这样从加料管加入药剂后可以通过分散管更加均勻全面的分散到圆锥扩散段内
3的流体中。上述的等直径出口段的轴线与等直径进口段的轴线相垂直，增加气泡碰撞机会， 提高气泡溃灭几率。所述的等直径出口段的第一直线的延长线与等直径末端段的端面平行，采用这种 结构水体流到此处的反冲力最大，也更便于出水。本实用新型的技术原理是流体在流动的过程中，如果出现压力急剧下降，流体中 将产生局部的负压区和压力恢复区，在负压区产生空化泡，随后空化泡随流体一起流动，在 压力恢复区空化泡瞬时绝热溃灭，局部产生异常的高温高压和少量的HO ·。气核是气泡产 生的核心体，在空化过程中，通过曝气在压力不断增加的过程中，气体不断地向液相主体中 溶解，当压力突然下降后，流体中所溶解的气体又会因溶解度的降低而不断释放出来，成为 负压区产生空化泡的气核，这将大大加速和增加空化泡的产生。空化泡在随流体一起流动 的过程也是空化泡内压力逐渐降低的过程，气泡随流体流动的时间越长，气泡溃灭时释放 的能力也就越少。在空化泡产生的附近增加阻挡装置以及将出口管路和进口管路的垂直设 计均可使空化泡不断发生碰撞，加快气泡溃灭，从而增加空化效率。本实用新型的水力空化装置，具有以下有益效果1.曝气装置的加入可以对流体曝气，为即将产生的气泡提供足够气核，达到加速 气泡的产生和增加气泡的产量的效果。2.阻挡装置以及其上的两个圆锥体与流体中产生的空化泡(或称气泡)发生碰撞 并改变气泡流向，达到加速气泡的溃灭和能量释放，提高空化能效的效果。3.在空化过程中，可由加料管向流体中添加其他的添加剂，比如洗涤剂、氧化剂、 催化剂、灭菌剂等，达到同时进行物理化学作用、氧化作用、灭菌作用等效果，功能多样化。4.等直径进口段和等直径出口段之间相互垂直设计，可增加空化泡的碰撞溃灭的 机会，提高空化效率。5.本实用新型的水力空化装置适用于掺气水射流、空化清洗技术领域、污水处理 领域、化工领域、食品和制药等领域。
附图1是本实用新型水力空化装置的结构示意图。图中1.管状主体；2.等直径进口段；3锥形收缩段，4.锥形扩散段，5.缩口，6.等 直径出口段，6.1.第一直线，7.等直径末端段；8.曝气管，8.1.曝气头，8. 2.曝气装置， 9.阻挡装置，9.1.第一圆锥体，9. 11.第二圆锥体，9. 12.第三圆锥体，9. 2.加料管，9. 21分散管。附图2是本实用新型产生水力空化装置的A-A断面放大图。
具体实施方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式
(以应用于废水处理为例)。本实用新型实施例中，采用管状主体1的外径为400mm左右；壁厚20mm，由于壁 厚相对于外径很小，在附图1中忽略没有画出。如附图1所示，本实用新型的水力空化装置，包括管状主体1，等直径出口段6，依次连通且同轴线的等直径进口段2、圆锥收缩段3、缩口 5、圆锥扩散段4与等直径末端段7， 所述的依次连通就是按照上述顺序连通，所述同轴线就是连通的上述各部分的轴线重合， 在所述的等直径进口段2和圆锥收缩段3中设置有曝气管8 ；在所述的圆锥扩散段4内设 有阻挡装置9。上述的曝气管8呈倒L形即“ I"”形，倒L形曝气管8的水平段优选与等直径进口 段2同轴线，这样设置曝气产生的气泡速度最大，与流体溶解效果最好，倒L形曝气管8的 竖直段外接曝气装置8. 2，所述的曝气管8靠近缩口 5的一端还设置有曝气头8. 1。上述的阻挡装置的主体为第一圆锥体9. 1，在第一圆锥体9. 1上还设置有与第一 圆锥体同轴线的第二圆锥体9. 11和第三圆锥体9. 12 ；所述的第二圆锥体9. 11的锥底面直 径大于该处第一圆锥体9. 1的截面直径(第一圆锥体9. 1的截面是指以垂直于第一圆锥 体轴线的平面去截第一圆锥体所得的截面，以下同)，所述的第二圆锥体9. 11的锥底面直 径小于该处圆锥扩散段4的截面直径(圆锥扩散段的截面是指以垂直于圆锥扩散段轴线 的平面截取圆锥扩散段所得的截面，以下同)；所述的第三圆锥体9. 12的锥底面直径大于 该处第一圆锥体9. 1的截面直径，所述的第三圆锥体9. 12的锥底面直径小于该处圆锥扩散 段4的截面直径；所述第二圆锥体9. 11和第三圆锥体9. 12依次渐进增大，所述第二、第三 圆锥体的锥尖指向圆锥扩散段4的尖端。上述的阻挡装置9内部还设有加料管9. 2，所述加料管9. 2与圆锥扩散段4同轴 线，如图2所示，所述加料管9. 2靠近第二圆锥体9. 11的一端还连通有多根分散管9. 21，所 述分散管9. 21的另一端穿过第一圆锥体9. 1与圆锥扩散段4连通。上述的分散管9. 21优选为四根，所述的四根分散管在垂直于圆锥扩散段4轴线的 平面内均勻分布。上述的等直径出口段6的轴线与等直径进口段2的轴线相垂直。上述的等直径出口段6的第一直线6. 1的延长线与等直径末端段7的端面平行。结合附图1所示，在使用过程，废水先从水力空化装置(也可称为空化器)的等直 径进口段2进入管状主体1的锥形收缩段3内(废水流入方向作为上游，通过缩口后流出 过程所经路段称为下游)，然后废水与外接曝气装置8. 2 (所述的曝气装置就是市售的气泵 等)的曝气管8连通的曝气头8.1 (所述的曝气头就是盘面上分布多个圆孔的圆盘)曝出 的气体不断进行气液混合接触，并一起向下游方向流动，锥形收缩段3的截面不断减小，流 速不断增大，压力不断增大，废水对气体的溶解度也不断增加，在此过程中，气相中的气体 不断地从气相转移到液相废水中。当到达缩口 5处时，压力达到最大，液相废水中的溶气率 也达到最大。当穿过缩口 5到达锥形扩散段4后，随着锥形扩散段4截面的不断增大，压力 不断下降，液相对气体的溶解度也不断减小，和上游相反，在此过程中液相中的溶解气不断 地从废水液相中释放出来，为空化气泡的形成提供了大量的气核，有效地促进了空化气泡 的产生。在压力不断下降的下游，局部区域里形成了负压区和压力恢复区，在负压区，以气 核为核心可不断产生空化泡。大部分空化泡或随着废水向下游移动的空化泡都会和阻挡装 置9的主体即第一圆锥体9. 1上的两圆锥体即第二圆锥体9. 11、第三圆锥体9. 12发生碰 撞和改变流向，这加速空化泡溃灭，致使空化泡释放能量，产生局部的高温高压和产生部分 HO ·。与此同时，加料管9. 2也通过加药管9. 2进口和4个分散管9. 21向废水中不断投加 药剂(以过氧化氢为例)，由于此时的废水正处于气液两相湍流的状态，加入的过氧化氢在
5废水中得到快速混合，并在高温高压下迅速分解，对废水中的有机物起到很好的快速降解 作用。经空化器短暂且有效处理后的废水再转90°后从等直径出口段6排除，等直径出 口段6与等直径进口段2的垂直设计有利于将未溃灭的空化泡在流出空化器之前还可有多 次碰撞溃灭的机会，从而进一步提高了空化效率。图中等直径末端段7的端面与等直径出 口段6的第一直线6. 1的延长线为平行设计，而不是重合，是为了流体在此处有更大的反冲 力，更便于从等直径出口段6处出水。
权利要求一种水力空化装置，包括管状主体(1)，等直径出口段(6)，依次连通且同轴线的等直径进口段(2)、圆锥收缩段(3)、缩口(5)、圆锥扩散段(4)和等直径末端段(7)，其特征在于在所述的等直径进口段(2)和圆锥收缩段(3)中设置有曝气管(8)；在所述的圆锥扩散段(4)内设有阻挡装置(9)。
2.根据权利要求1所述的水力空化装置，其特征在于所述的曝气管(8)呈倒L形，倒 L形曝气管(8)的水平段与等直径进口段(2)同轴线，倒L形曝气管(8)的竖直段外接曝气 装置(8. 2)，所述的曝气管(8)靠近缩口(5)的一端还设置有曝气头(8. 1)。
3.根据权利要求1所述的水力空化装置，其特征在于所述的阻挡装置(9)的主体为 第一圆锥体(9. 1)，在第一圆锥体(9. 1)上还设置有与第一圆锥体(9. 1)同轴线的第二圆锥 体(9. 11)和第三圆锥体(9. 12)；所述的第二圆锥体(9. 11)的锥底面直径大于该处第一圆 锥体(9. 1)的截面直径，所述的第二圆锥体(9. 11)的锥底面直径小于该处圆锥扩散段(4) 的截面直径；所述的第三圆锥体(9. 12)的锥底面直径大于该处第一圆锥体(9. 1)的截面直 径，所述的第三圆锥体(9. 12)的锥底面直径小于该处圆锥扩散段⑷的截面直径；所述第 二圆锥体(9. 11)和第三圆锥体(9. 12)依次渐进增大，所述的第二、第三圆锥体的锥尖指向 圆锥扩散段(4)的尖端。
4.根据权利要求3所述的水力空化装置，其特征在于所述的阻挡装置(9)内部还设 有加料管(9. 2)，所述加料管(9.2)与圆锥扩散段(4)同轴线，所述加料管(9.2)靠近第二 圆锥体(9. 11)的一端还连通有多根分散管(9. 21)，所述分散管(9.21)的另一端穿过第一 圆锥体(9. 1)与圆锥扩散段⑷连通。
5.根据权利要求4所述的水力空化装置，其特征在于所述多根分散管(9.21)为四 根，所述的四根分散管(9.21)在垂直于圆锥扩散段(4)轴线的平面内均勻分布。
6.根据权利要求1所述的水力空化装置，其特征在于所述的等直径出口段(6)的轴 线与等直径进口段(2)的轴线相垂直。
7.根据权利要求1所述的水力空化装置，其特征在于所述的等直径出口段(6)的第 一直线(6. 1)的延长线与等直径末端段(7)的端面平行。
专利摘要本实用新型公开一种水力空化装置，包括管状主体(1)，等直径出口段(6)，依次连通且同轴线的等直径进口段(2)、圆锥收缩段(3)、缩口(5)、圆锥扩散段(4)与等直径末端段(7)，其特征在于在所述的等直径进口段(2)和圆锥收缩段(3)中设置有曝气管(8)；在所述的圆锥扩散段(4)内设有阻挡装置(9)。本实用新型的水力空化装置具有加速气泡的产生和增加气泡的产量的效果，并具有空化能效的效果好、空化效率高，功能多样化的优点。
文档编号B01F5/06GK201643998SQ20102014462
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者徐美娟 申请人:浙江大学宁波理工学院