CN101746898B - 一种纳米气泡发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米气泡发生装置。管壳由直管段和一侧为向外扩张的锥管段构成，在和锥管段一侧相连的直管段开有吸气孔；前部为圆锥体、中部为圆柱体和后部为半球体的回转体上开有回流通道；直管段另一侧安装开有空化孔的多孔盘，多孔盘圆周与管壳内壁面形成固定配合，多孔盘中心柱顶部与回转体后部中心为螺纹配合。利用管壳的渐缩段和回转体前部产生真空，抽吸外部气体形成气液混合物，在回转体中部和后部空化粉碎，一部分流经回流通道，被二次粉碎，最终在多孔盘上空化孔的作用下被粉碎成纳米气泡气液混合物，同时调节回转体与多孔盘的位置，能够实现气泡大小的调节，本发明结构简单、工艺性好、操作简单等优点，实现了纳米气泡的产生。

Description

一种纳米气泡发生装置
技术领域
本发明涉及气泡发生装置，尤其涉及一种纳米气泡发生装置。
背景技术
目前我国水资源面临资源短缺、污染严重两大问题，水资源的保护和再生利用刻不容缓。
水体富营养化是指的是当水中的N、P等植物营养物(如氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、尿素、磷酸盐)的浓度超过一定数值时引起的水体生态系统的一种恶性循环。当大量含有氮磷的污水进入一个湖泊时会大大提高湖水中氮和磷的浓度，充足的氮磷供应造成水体中的类的快速生长，藻类的尸体则为湖泊微生物提供了充足的养料，它们也因而大量繁殖并快速消耗水中的溶解氧，造成水的底层缺氧。随着缺氧层的厚度越来越大，最后只有水面薄薄的一层还有藻类生长，其他需氧生物统统死亡。最终系统崩溃，藻类也由于缺氧开始大量死亡。
相比于传统的注入宏观气泡的气浮方法，而纳米气泡水处理技术，通过在水体中注入大量体积小、分散性好的纳米气泡，由于气泡体积的减小，气泡在水体中的滞留时间和表面积增大了数万倍，极大了提高了水体中悬浮物的分离效率；而且纳米气泡的分散性好，对水体溶氧量的提升效果明显，促进了需氧菌的繁殖，通过需氧菌的有机物降解作用，降低水体的富营养化程度，有力的推动了水质的改善以及水体生态系统的修复。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米气泡发生装置，利用伯努利效应产生的真空，通过管壳上的吸气孔抽吸外部气体，形成大气泡气液混合物，大气泡气液混合物在回转体中部和后部节流作用下，发生剧烈的空化，被粉碎成微气泡气液混合物，一部分微气泡气液混合物，经过回流通道被抽吸到回转体前部，被二次空化粉碎，进一步细化了气泡的粒度，最终微气泡气液混合物在流经多孔盘上的空化孔时被再次空化粉碎，形成纳米气泡气液混合物，同时通过调节回转体与多孔盘的位置，能够实现气泡大小的调节；最终实现了纳米气泡的发生。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明包括管壳、回转体和多孔盘；管壳由直管段和直管段一侧为向外扩张的锥管段构成，在和锥管段一侧相连的直管段轴向等距开有多圈、且每圈沿周向均匀布置的吸气孔；前部为圆锥体、中部为圆柱体和后部为半球体的回转体上开有回流通道，回流通道的一端开口在回转体半球体处，回流通道的另一端开口在回转体圆锥体处，回转体半球体处中心开有螺孔，回转体安装在管壳直管段孔中；直管段另一侧的孔中安装多圈沿径向等距分布、且每一圆周上开有均布个数相同空化孔的多孔盘，多孔盘圆周与管壳内壁面形成固定配合，多孔盘中心柱顶部与回转体半球体中心螺孔为螺纹配合。
所述的管壳、回转体和多孔盘为同轴布置。
所述的回转体前部迎着来流方向，回转体前部的锥顶位于在管壳的直管段内。
所述的多孔盘上开有周向均匀分布的空化孔，空化孔为锥孔，最小处直径为0.5-2毫米，顺着来流方向，孔径线性增加，锥角为5-20度。
本发明具有的有益的效果是：
利用管壳的渐缩段和回转体前部，使得通流面积逐渐减小，产生伯努利真空效应，通过管壳上的吸气孔抽吸外部气体进入流体区域，在回转体前部形成大气泡气液混合物，大气泡气液混合物在回转体中部和后部节流作用下，发生剧烈的空化，被粉碎成微气泡气液混合物，回转体后部的微气泡气液混合物，在真空抽吸作用下，一部分通过回流通道被抽回回转体前部，被二次粉碎，最终微气泡气液混合物流经多孔盘上的空化孔被再次粉碎，形成纳米气泡气液混合物，同时通过调节回转体与多孔盘的位置，能够实现气泡大小的调节，本发明结构简单、工艺性好、操作简单等优点，实现了纳米气泡的产生。
附图说明
图1是本发明的外形结构的正视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是回转体的正视图。
图4是图3的B-B剖视图。
图5是多孔盘的正视图。
图6是多孔盘的C-C剖视图。
图7是回转体与多孔盘的装配后的外观图。
图中：1.管壳，2.回转体，3.多孔盘，3A.多孔盘中心柱，4.吸气孔，5.空化孔，6.回流通道，7.螺纹孔，8.来流方向，9.大气泡气液混合物，10.微气泡气液混合物，11.纳米气泡气液混合物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本发明包括管壳1、回转体2、多孔盘3；管壳1由直管段和直管段一侧为向外扩张的锥管段构成，在和锥管段一侧相连的直管段轴向等距开有多圈、且每圈沿周向均匀布置的吸气孔4；前部为圆锥体、中部为圆柱体和后部为半球体的回转体2上开有回流通道6，回流通道的一端开口在回转体2半球体处，回流通道的另一端开口在回转体2圆锥体处，回转体2半球体处中心开有螺孔7，回转体2安装在管壳1直管段孔中；直管段另一侧的孔中安装多圈沿径向等距分布、且每一圆周上开有均布个数相同空化孔5的多孔盘3，多孔盘3圆周与管壳1内壁面形成固定配合，多孔盘中心柱3A顶部与回转体2半球体中心螺孔7为螺纹配合。
所述的管壳1、回转体2和多孔盘3为同轴布置。
所述的回转体2前部迎着来流方向8，回转体2前部的锥顶位于在管壳1的直管段内。
所述的多孔盘2上开有周向均匀分布的空化孔5，空化孔5为锥孔，最小处直径为0.5-2毫米，顺着来流方向8，孔径线性增加，锥角为5-20度。
如图2、图4所示，外部气体在伯努利真空抽吸作用下，通过管壳1上的吸气孔4进入流体区域，在回转体2前部形成大气泡气液混合物9，大气泡气液混合物9在回转体2中部和后部节流作用下，发生剧烈的空化，被粉碎成微气泡气液混合物10，一部分微气泡气液混合物10，在真空抽吸作用下，通过回流通道6被抽吸到回转体2前部，被二次粉碎，最终微气泡气液混合物10流经多孔盘上的空化孔5被再次空化粉碎，形成纳米气泡气液混合物11。
如图2、图4、图6、图7所示，回转体2后部开有螺纹孔7与多孔盘中心柱3A顶部采用螺纹配合，通过调节回转体2与多孔盘3的位置，能够实现气泡大小的调节。
通过本发明，可以实现纳米气泡的制造，确保产生均匀的纳米气泡气液混合物11，满足纳米气泡发生的要求。
上述纳米气泡发生装置的工作过程如下：
利用管壳1的渐缩段和回转体2前部，使得通流面积逐渐减小，产生伯努利真空效应，通过管壳1上的吸气孔4抽吸外部气体进入流体区域，在回转体2前部形成大气泡气液混合物9，大气泡气液混合物9在回转体2中部和后部节流作用下，发生剧烈的空化，被粉碎成微气泡气液混合物10，一部分微气泡气液混合物10，在真空抽吸作用下，通过回流通道6被抽吸到回转体2前部，被二次粉碎，最终微气泡气液混合物10流经多孔盘3上的空化孔5被再次空化粉碎，形成纳米气泡气液混合物11；调节螺纹配合改变回转体2与多孔盘3的位置，能够实现气泡大小的调节。由于大气泡能够在多次空化作用下，被粉碎到纳米气泡，形成稳定的纳米气泡气液混合物11，故纳米气泡的发生能够安全可靠的进行。装置工作时，来流速度要求大于1m/s，回转体与管壳内壁面间隙在0.1-10mm之间，产生的纳米气泡范围在100nm-1μm之间。
本发明通过研究空化发现，利用流体空化时释放的巨大能量，能够有效的对气泡进行粉碎，粉碎的程度与空化强度密切相关，采用多级空化粉碎能够有效的减小气泡粒度，使粉碎后的气泡达到纳米尺度。
通过研究多孔盘的空化粉碎效果发现，多孔盘上空化孔直径与气泡粉碎程度密切相关，当孔径在0.5-2mm时，此时空化强度以及多孔盘造成的压力损失达到一个最佳配比，同时空化孔为渐扩型锥孔时，空化强度进一步提高，气泡被粉碎的更细小。
通过研究气泡尺度控制发现，改变多孔盘与回转体的相对位置，能够改变空化的粉碎效果，当多孔盘与回转体位置较近时，回转体中部以及回转体后部空化对气泡的作用时间较短，此时微气泡气液混合物中的气泡尺度较大，经过多孔盘空化后获得的纳米气泡尺度会大一些，反之获得的纳米气泡尺度较小。

Claims (3)

1.一种纳米气泡发生装置，其特征在于：包括管壳(1)、回转体(2)和多孔盘(3)；管壳(1)由直管段和直管段一侧为向外扩张的锥管段构成，在和锥管段一侧相连的直管段轴向等距开有多圈、且每圈沿周向均匀布置的吸气孔(4)；前部为圆锥体、中部为圆柱体和后部为半球体的回转体(2)上开有回流通道(6)，回流通道的一端开口在回转体(2)半球体处，回流通道的另一端开口在回转体(2)圆锥体处，回转体(2)半球体处中心开有螺孔(7)，回转体(2)安装在管壳(1)直管段孔中；直管段另一侧的孔中安装多圈沿径向等距分布、且每一圆周上开有均布个数相同空化孔(5)的多孔盘(3)，多孔盘(3)圆周与管壳(1)内壁面形成固定配合，多孔盘中心柱(3A)顶部与回转体(2)半球体中心螺孔(7)为螺纹配合；装置工作时，来流速度要求大于1m/s，回转体与管壳内壁面间隙在0.1-10mm之间；所述的多孔盘(3)上开有周向均匀分布的空化孔(5)，空化孔(5)为锥孔，最小处直径为0.5-2毫米，顺着来流方向(8)，孔径线性增加，锥角为5-20度。
2.根据权利要求1所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述的管壳(1)、回转体(2)和多孔盘(3)为同轴布置。
3.根据权利要求1所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述的回转体(2)前部迎着来流方向(8)，回转体(2)前部的锥顶位于在管壳(1)的直管段内。
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