CN104591315A - 一种新型水力空化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体机械工程、组合空化器领域，尤其涉及一种新型水力空化器。圆形管道两端安装有法兰，通过法兰与管道连接；圆形管道内安装有圆盘空化器和振动簧片，圆盘空化器均匀分布在圆形管道上游；圆盘空化器通过圆盘固定支架与圆形管道固定连接；振动簧片位于圆盘空化器下游并与圆盘空化器保持间距。本发明不同于传统的空化器，可在圆盘空化器下游产生大尺度空泡团，在振动簧片作用下，既可以形成振动空化，又可将大尺度空泡打散，形成细碎的小空泡，加快空泡的脱落与溃灭，管道内可布置多组圆盘空化器和振动簧片，大大增强了空化的效果。

Description

一种新型水力空化器
技术领域
本发明涉及流体机械工程、组合空化器领域，尤其涉及一种新型水力空化器。
背景技术
当液体温度一定，压力降低到该液体饱和蒸汽压时，会产生汽化现象，同时溶解于液体中的气体析出，形成汽泡(又称空泡、空穴)，当汽泡随水流运动到压力较高的地方后，泡内的蒸汽重新凝结，汽泡溃灭。这种液流内的空泡产生、发展、溃灭，以及由此产生的一系列物理和化学变化过程称为空化。空化发生时，液体的分子键会产生强烈的爆裂，空泡溃灭瞬间形成局部的高温和高压，并伴有强烈的冲击波和微射流。空化形成的特殊能量效应，能够对化学及物理反应过程起到强化作用，通过能够利用空化进行污水处理，均质细化和化工分离。
目前所应用的空化主要分为两类，一类是振动空化，既物体在液体中振动诱导的空化，液体随物体振动产生压力脉动，当液体内脉动压的低压低于汽化压力时便会形成空化现象。声学空化和柴油机冷却水缸套振动产生的空化都属于振动空化；另一类是利用孔板、文丘里管等节流装置引起的水力空化。两类技术都在各自的分支领域里进行研究和利用。振动空化是将如簧片等物体用法兰或焊接的方式固定于流道中，当液体介质流经簧片时，引起簧片振动，簧片的高幅和高频振动可以在液体中产生相应的压力波。当液体中产生压力变化的幅度达到足以使压力降低到低于液体的汽化压力时，就会发生空化。由于簧片需做高幅和高频振动才能产生空化效果，故对实验设备有一定的要求，能量利用率较低且簧片产生的空化区域较小，因此它的应用范围和应用规模受到限制。水力空化是将孔板或文丘里管等通过螺钉或法兰固定于流道，当液体流经孔板或文丘里管时，在节流位置流速突然增大，压强降低到低于液体的汽化压力时，会发生空化。这种装置虽然结构简单、能耗低、易实现规模化，但是在工业应用中，单一的水力空化结构的空化效果可能无法满足实际需要，因此需要采取有效的措施将空化装置改进，使空化效果得以加强。
经文献检索发现，中国专利公开号：CN102085461，专业名称：一种组合水力空化器，该装置是由安装在圆形管道内产生尾流空化的潜体、产生射流空化的孔板和产生振动空化的簧片组成。由于装置内布置的这类潜体、孔板和簧片，对流体产生了很大的阻力，因此该设备存在着流动阻力大，流量小的缺点，很难满足工程中大流量工况的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有水力空化器存在着流动阻力大，流量小的缺点的问题，提供一种新型水力空化器。该装置空化效果较好，加快空泡脱落和溃灭，同时保证较大流量。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种新型水力空化器，由圆盘空化器，圆盘固定支架，振动簧片，圆形管道，法兰组成。
圆形管道两端安装有法兰，通过法兰与管道连接；圆形管道内安装有产生尾流空化并形成大尺度空泡的圆盘空化器和产生振动空化的振动簧片，圆盘空化器位于圆形管道内上游，圆盘空化器均匀分布在圆形管道上游，且保证所有圆盘空化器位于同一横截面上；圆盘空化器通过圆盘固定支架与圆形管道固定连接；振动簧片为长条形，振动簧片位于圆盘空化器下游，振动簧片截面积最小的一端与圆形管道固定连接，悬臂固定在圆形管道内，振动簧片截面积较小的一面正对来流方向，并与圆盘空化器保持间距。
作为优选，所述圆形管道内能够安装多组圆盘空化器与振动簧片；
作为优选，所述的圆盘空化器为高度较小的圆锥台，所述的圆盘空化器的横截面积采用前大后小的结构形式。目的在于使尾流空化获得大尺度空泡。
作为优选，圆形管道流通面积是单个圆盘空化器最大截面积的15-25倍。
作为优选，圆形管道中心布置有一个圆盘空化器，四周均布有四个圆盘空化器。
作为优选，所述振动簧片形状可采用多种形式，如直线式或波浪式，数量不少于3片。
作为优选，所述圆盘空化器、振动簧片可以通过焊接的方式与管道内壁固定，也可以通过法兰、螺栓、螺母方式固定。
作为优选，所述圆盘空化器、振动簧片均采用不锈钢材质。
具体工作过程如下：
当液体介质流经圆盘空化器时，液体介质绕过圆盘空化器，液体介质在圆盘空化器前缘产生流动分离，圆盘空化器前缘处及后方形成低压区，在圆盘空化器后方及下游形成尾流空化，产生尺度较大的纯汽相空泡。空泡进一步发展到达振动簧片位置时，液体介质和汽相空泡的非定常扰动会使振动簧片扭曲变形并且剧烈振动，振动簧片的扭转和振动会阻碍大尺度空泡的进一步发展，在振动簧片振动作用下，大尺度空泡会被打散成小尺度空泡，小尺度空泡与周围液体介质混合呈水汽混合状空泡，加快空泡的脱落与溃灭，同时振动簧片的扭转和振动会形成振动空化，继而使空化效果进一步加强。
有益效果
1、本发明的一种新型水力空化器，不同于传统的空化器，设备简易、轻便，空化器管道长度短，占用空间小，装置内部流阻小，允许较大流量工况。
2、本发明的一种新型水力空化器，不同于传统的空化器，可在圆盘空化器下游产生大尺度空泡团，在振动簧片作用下，既可以形成振动空化，又可将大尺度空泡打散，形成细碎的小空泡，加快空泡的脱落与溃灭，管道内可布置多组圆盘空化器和振动簧片，大大增强了空化的效果。
3、本发明的一种新型水力空化器，装置所需器材结构简单，构件少，制造和维护成本低；装置的圆形管道采用法兰连接，拆卸方便，可组合搭配使用，可适用于多种实验和工业条件。
附图说明
图1为一种新型水力空化器示意图；
图2为空化器空化过程示意图；
其中，1—圆盘空化器，2—圆盘固定支架，3—振动簧片，4—圆形管道，5—法兰，6—漩涡结构，7—脱落空泡，8—水汽混合空泡，9—纯汽相空泡。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种新型水力空化器，由圆盘空化器1，圆盘固定支架2，振动簧片3，圆形管道4，法兰5组成。
圆形管道两端安装有法兰，通过法兰与管道连接；圆形管道内安装有产生尾流空化并形成大尺度空泡的圆盘空化器和产生振动空化的振动簧片，圆盘空化器位于圆形管道内上游，圆盘空化器均匀分布在圆形管道上游，且保证所有圆盘空化器位于同一横截面上；圆盘空化器通过圆盘固定支架与圆形管道固定连接；振动簧片为长条形，振动簧片位于圆盘空化器下游，振动簧片截面积最小的一端与圆形管道固定连接，悬臂固定在圆形管道内，振动簧片截面积较小的一面正对来流方向，并与圆盘空化器保持间距。
所述圆形管道直径为D；圆盘空化器横截面积大的一端的直径为0.2D，圆盘空化器横截面积小的一端的直径为0.1D，圆盘空化器的高度为0.06D；圆形管道中心布置有一个圆盘空化器，四周均匀分布有四个圆盘空化器，四周均布的每个圆盘空化器下游分别并排安装有3个振动簧片，3个振动簧片等距并排安装，两个簧片间距为0.12D，中间的簧片位于圆盘空化器轴线上，振动簧片距离圆盘空化器0.4D；每个振动簧片的厚度为0.006D，宽度为0.1D，长度为0.4D；
圆形管道内液体介质的来流速度为15m/s，管道连接在开口系统中，管道下游处液体介质内的压力为1个大气压。
具体工作过程如下：
如图2所示，当液体介质流经圆盘空化器1时，液体介质需绕过圆盘空化器1，液体介质在圆盘空化器1前缘产生流动分离，圆盘空化器1前缘处及后方形成低压区，在圆盘空化器1后方及下游形成尾流空化，尾迹区域存在不同尺度的漩涡结构6，漩涡结构6与空化流场的变化相对应，圆盘空化器1后方会产生尺度较大的纯汽相空泡9。纯汽相空泡9进一步发展到达振动簧片3的位置时，液体介质和汽相空泡的非定常扰动会使振动簧片3扭曲变形并且剧烈振动，振动簧片3的扭转和振动会阻碍纯汽相空泡9的进一步发展，在振动簧片3振动作用下，大尺度空泡会被打散成小尺度空泡，小尺度空泡与周围液体介质混合成水汽混合空泡8，加快空泡的脱落与溃灭，同时振动簧片3的扭转和振动会形成振动空化，振动空化能在振动簧片3周围形成小尺度空泡，因此经过振动簧片3后的空泡均为小尺度脱落空泡7，空泡溃灭瞬间形成局部的高温和高压，并伴有强烈的冲击波和微射流，因此空化效果显著增强。
本发明不会因为节流产生阻塞现象，因此能够满足大流量工况的需求，并且空化效果显著。

Claims (7)

1.一种新型水力空化器，其特征在于：由圆盘空化器(1)，圆盘固定支架(2)，振动簧片(3)，圆形管道(4)，法兰(5)组成；
圆形管道(4)两端安装有法兰(5)，通过法兰(5)与管道连接；圆形管道(4)内安装有产生尾流空化并形成大尺度空泡的圆盘空化器(1)和产生振动空化的振动簧片(3)，圆盘空化器(1)位于圆形管道(4)内上游，圆盘空化器(1)均匀分布在圆形管道(4)上游，且保证所有圆盘空化器(1)位于同一横截面上；圆盘空化器(1)通过圆盘固定支架(2)与圆形管道(4)固定连接；振动簧片(3)为长条形，振动簧片(3)位于圆盘空化器(1)下游，振动簧片(3)截面积最小的一端与圆形管道(4)固定连接，悬臂固定在圆形管道(4)内，振动簧片(3)截面积较小的一面正对来流方向，并与圆盘空化器(1)保持间距。
2.一种新型水力空化器，其特征在于：所述圆形管道(4)内能够安装多组圆盘空化器(1)与振动簧片(3)。
3.一种新型水力空化器，其特征在于：所述的圆盘空化器(1)为高度较小的圆锥台，所述的圆盘空化器(1)的横截面积采用前大后小的结构形式。
4.一种新型水力空化器，其特征在于：圆形管道流通面积是单个圆盘空化器(1)最大截面积的15-25倍。
5.一种新型水力空化器，其特征在于：所述振动簧片(3)数量不少于3片。
6.一种新型水力空化器，其特征在于：所述圆盘空化器、振动簧片均采用不锈钢材质。
7.一种新型水力空化器，其特征在于：所述圆盘空化器(1)、振动簧片(3)可以通过焊接的方式与管道内壁固定，也可以通过法兰、螺栓、螺母方式固定。
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