一种旋流-反转式微气泡发生器

本发明涉及微气泡发生设备，具体涉及一种旋流-反转式微气泡发生器。

背景技术：

1、微气泡具有比表面积大、表面吸附性能好、在液相中停留时间长等优点，且在溃灭时会产生大量具备强氧化性的自由基，目前已被广泛用于石油化工、曝气充氧、污水治理和矿物浮选等多个领域。此外，臭氧气体分散成微气泡后，可以实现臭氧的高效溶解以及羟基自由基的大量生成，所以近些年微气泡发生技术也被用于臭氧水的制备，可以实现半导体的绿色清洗。

2、由于微气泡具有特殊的物化性质和广泛的应用领域，人们提出多种基于不同原理的微气泡发生器，例如溶气释放式微气泡发生器、微孔分散式微气泡发生器和诱导分散式微气泡发生器等。溶气释放式微气泡发生器具有生成气泡数量多和气泡尺寸分布均匀的优势，但是需要压力溶气罐和溶气释放器配套使用，导致微气泡发生系统复杂。微孔分散式微气泡发生器虽然具有结构简单和装置紧凑的特点，但因微孔尺寸小，所以易被堵塞，致使维护费用高，而且生成的气泡中含有大量毫米尺寸的气泡。诱导分散式微气泡发生器是通过叶轮旋切方式或文丘里管射流的方式负压吸气，然后气流在叶轮剪切作用或高速射流湍动剪切作用下分散成微气泡，其具有引气量大的特点，但是生成微气泡耗能高且气泡尺寸较大。

3、本发明考虑到诱导分散式气泡发生器当前存在的主要问题，通过设计合理的结构，将旋流剪切和文丘里管射流通过单体设备结合在一起，在保证设备结构更加紧凑的前提下，实现微气泡的高效生成。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种旋流-反转式微气泡发生器，其具有无运动部件、结构紧凑、自吸进气、可靠性高和可以高效生成微气泡等特点。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种旋流-反转式微气泡发生器，包括进液管1、旋流隔离筒2、一级旋流腔3、二级旋流腔4、旋流反转腔5、文丘里喷管6和引气管7；旋流隔离筒2、一级旋流腔3、二级旋流腔4、旋流反转腔5、文丘里喷管6和引气管7六个部分同轴；所述进液管1与一级旋流腔3外缘相切，液相经进液管1沿一级旋流腔3圆周切向进入一级旋流腔3；一级旋流腔3为等截面环形腔体或为两个圆台面围成的环形腔体；一级旋流腔3内设置同轴等高的旋流隔离筒2，旋流隔离筒2内部为二级旋流腔4；一级旋流腔3一端和二级旋流腔4一端连通旋流反转腔5；所述旋流反转腔5是旋转液流由一级旋流腔3过渡到二级旋流腔4的流体流通区域，其包括一个圆柱体段和一个圆锥体段；引气管7由外部沿微气泡发生器中轴线经旋流反转腔5探入二级旋流腔4；二级旋流腔4另一端连接文丘里喷管6；文丘里喷管6依次包括收缩管段601、喉管段602和扩张管段603三部分；收缩管段601直接与二级旋流腔4另一端相连或延伸至二级旋流腔4内，二级旋流腔4和文丘里喷管6的收缩管段601重合。

3、所述进液管1个数为1～4个，沿一级旋流腔3周向均匀布置，进液管1直径不大于一级旋流腔3环形截面的宽度。

4、所述旋流反转腔5圆柱体段的高度大于等于0。

5、所述旋流反转腔5圆锥体段锥角为3°～120°。

6、所述喉管段602的直径和旋流反转腔5的圆柱体段直径之比为(0.01～0.2):1，收缩管段601的张角为20°～150°，扩张管段603的张角为3°～20°。

7、所述两个圆台的顶角为5°～80°。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

9、(1)采用两级旋流腔结构，一级旋流腔用于整流，二级旋流腔用于增加液体旋转速度和增强液体旋转强度，且二者被旋流隔离筒分割在两个空间区域，同轴且内外包裹，能够保证旋流的稳定性，也可以使微气泡发生器结构更加紧凑；

10、(2)利用一级旋流腔使液体在腔室外围形成旋流，可使液体初始的角动量更大，根据动量矩定理，液流经二级旋流腔进入文丘里喷管后具有更大的旋转角速度增幅，因此对气流的旋流剪切作用能力也就更强；

11、(3)通过引入文丘里喷管，在常规旋流式微气泡发生器的旋流剪切和湍流脉动微气泡发生原理基础上，加入气液两相激波继续深度破碎微气泡，借此在多种微气泡发生机制的协同作用下，可以生成尺寸更小的微气泡。

技术特征：

1.一种旋流-反转式微气泡发生器，其特征在于，所述旋流-反转式微气泡发生器包括进液管(1)、旋流隔离筒(2)、一级旋流腔(3)、二级旋流腔(4)、旋流反转腔(5)、文丘里喷管(6)和引气管(7)；旋流隔离筒(2)、一级旋流腔(3)、二级旋流腔(4)、旋流反转腔(5)、文丘里喷管(6)和引气管(7)六个部分同轴；所述进液管(1)与一级旋流腔(3)外缘相切，液相经进液管(1)沿一级旋流腔(3)圆周切向进入一级旋流腔(3)；一级旋流腔(3)为等截面环形腔体或为两个圆台面围成的环形腔体；一级旋流腔(3)内设置同轴等高的旋流隔离筒(2)，旋流隔离筒(2)内部为二级旋流腔(4)；一级旋流腔(3)一端和二级旋流腔(4)一端连通旋流反转腔(5)；所述旋流反转腔(5)是旋转液流由一级旋流腔(3)过渡到二级旋流腔(4)的流体流通区域，其包括一个圆柱体段和一个圆锥体段；引气管(7)由外部沿微气泡发生器中轴线经旋流反转腔(5)探入二级旋流腔(4)；二级旋流腔(4)另一端连接文丘里喷管(6)；文丘里喷管(6)依次包括收缩管段(601)、喉管段(602)和扩张管段(603)三部分；收缩管段(601)直接与二级旋流腔(4)另一端相连或延伸至二级旋流腔(4)内，二级旋流腔(4)和文丘里喷管(6)的收缩管段(601)重合。

2.根据权利要求1所述的旋流-反转式微气泡发生器，其特征在于，所述进液管(1)个数为1～4个，沿一级旋流腔(3)周向均匀布置，进液管(1)直径不大于一级旋流腔(3)环形截面的宽度。

3.根据权利要求1或2所述的旋流-反转式微气泡发生器，其特征在于，所述旋流反转腔(5)圆柱体段的高度大于等于0。

4.根据权利要求3所述的旋流-反转式微气泡发生器，其特征在于，所述旋流反转腔(5)圆锥体段锥角为3°～120°。

5.根据权利要求1、2或4所述的旋流-反转式微气泡发生器，其特征在于，所述喉管段(602)的直径和旋流反转腔(5)的圆柱体段直径之比为(0.01～0.2):1，收缩管段(601)的张角为20°～150°，扩张管段(603)的张角为3°～20°。

6.根据权利要求5所述的旋流-反转式微气泡发生器，其特征在于，所述两个圆台的顶角为5°～80°。

技术总结
本发明属于微气泡发生设备技术领域，公开了一种旋流‑反转式微气泡发生器。包括进液管、旋流隔离筒、一级旋流腔、二级旋流腔、旋流反转腔、文丘里喷管和引气管；液相经进液管沿一级旋流腔圆周切向进入一级旋流腔；一级旋流腔内设置同轴等高的旋流隔离筒，旋流隔离筒内部为二级旋流腔；一级旋流腔一端和二级旋流腔一端连通旋流反转腔；引气管由外部沿微气泡发生器中轴线经旋流反转腔探入二级旋流腔；二级旋流腔另一端连接文丘里喷管；收缩管段直接与二级旋流腔另一端相连或延伸至二级旋流腔内。本发明既能够保证旋流的稳定性，又使微气泡发生器结构更加紧凑，对气流的旋流剪切作用能力更强，从而生成尺寸更小的微气泡。

技术研发人员：许晓飞,崔鑫楠,张笑,李颖,刘志军,易善勇
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15