CN106669584B - 一种强剪切式环形射流空化发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强剪切式环形射流空化发生器，包括高压给水管，整流管，管状收缩段，背压室和出流管，其中管状收缩段又可分为环形喷嘴和空化室两部分。工作流体经高压给水管进入整流管，然后流经环形喷嘴后压力能被转化为动能，在环形喷嘴出口以高速喷出射入空化室，由于射流的扩散作用和背压室的阻碍作用，工作流体发生回流，回流在空化室内与高速射流相遇产生强剪切作用，诱导产生剧烈空化。随后空化流流经空化室与出流管，流速减小，压力增大，空泡在较高压力作用下溃灭，产生局部高温高压，并形成冲击波和微射流。本发明能够实现较强的剪切作用，使空化强度更高，空化效果更好。本发明无运动部件，结构简单，加工容易，可大规模使用。

Description

一种强剪切式环形射流空化发生器

技术领域

本发明涉及一种水力空化发生器，具体涉及一种强剪切式环形射流空化发生器。

背景技术

空化是液体内局部压强降低到液体的饱和蒸气压时，液体内部或液固交界面上出现的蒸气或气体空泡的形成、发展和溃灭的过程。长期以来，人们都致力于防止空化的发生，减轻空化的危害。然而空化流动中空泡从初生、发展到溃灭过程中所产生的局部高温、高压以及强大冲击波、高速微射流等，可以被有效的应用于环保工程、生物工程及食品工业等方面，如污水处理，杀菌杀毒及乳化加工等。

现在一般利用文丘里管、孔板等作为空化发生器，但现有的空化发生器空化强度较弱，空化效果不好。需要提供一种空化效率高、空化效果好的空化发生器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种强剪切式，能大幅度提高空化效果的空化发生器。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种强剪切式环形射流空化发生器，包括高压给水管和依次同轴连接并相通的出流管、整流管、管状收缩段、背压室；所述高压给水管与整流管垂直连通；所述出流管的外径小于整流管内径；所述背压室一端与收缩段连通，另一端封闭。

所述管状收缩段与所述出流管同轴连接，收缩段内壁与出流管外围形成渐缩环形空腔，为环形喷嘴，环形喷嘴出口环面的面积与收缩段出口截面积的面积比约为0.25-0.5。

所述出流管与整流管之间、整流管与管状收缩段之间通过法兰连接。

所述高压给水管与整流管采用焊接方式连接。

所述出流管外径尺寸位于收缩段最大内径和最小内径之间；所述出流管内径大于背压室内径。

本发明中工作流体经高压给水管进入整流管，由于流道截面的减小，工作流体经过环形喷嘴后流速增大，在环形喷嘴出口以高速喷出射入空化室。由于背压室的阻碍作用，工作流体无法继续向下游流动，流体会反向往上游流动。反向回流流体又会在空化室中与从环形喷嘴喷出的高速射流相遇，形成强剪切作用。剪切层中的涡结构，特别是在剪切层中出现涡量聚集的湍流相干结构及湍流压力脉动，使得流场中涡核中心的局部最小压力远达到饱和蒸气压力，空化核进入剪切层后遭遇具有较低涡心低压，并迅速生长成空泡，导致高强度空化发生。由于背压室的存在，使得空化室的平均压力较高，远高于饱和蒸气压力，因此空泡的生命周期很短，膨胀之后会迅速遭遇高压溃灭，产生局部高温高压并形成冲击波和微射流等。

本发明的有益效果是：

1、空化是由高背压条件下强剪切产生的脉动漩涡诱发，空化强度高，空泡溃灭更剧烈，空化效应更强；

2、相比现有空化发生器，本发明无运动部件，结构简单，加工容易，并且无磨损，寿命长，成本低，可大规模使用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明空化段结构结构放大示意图；

其中，1-高压给水管，2-整流管，3-管状收缩段，4-背压室，5-出流管；31-环形喷嘴，32-空化室。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

一种强剪切式环形射流空化发生器，包括高压给水管1和依次同轴连接并相通的出流管5、整流管2、管状收缩段3、背压室4；所述高压给水管1与整流管2垂直连通；所述出流管5的外径小于整流管2内径；所述背压室4一端与收缩段3连通，另一端封闭。

所述管状收缩段3与出流管5同轴连接，收缩段3内壁与出流管5外围形成渐缩环形空腔，为环形喷嘴31，环形喷嘴31出口环面的面积与收缩段3出口截面的面积比为0.25-0.5。

所述出流管5外径尺寸位于收缩段3最大内径和最小内径之间；所述出流管5内径大于背压室4内径。

所述出流管5与整流管2之间、整流管2与收缩段3之间均通过法兰连接，所述高压给水管1与整流管2采用焊接方式连接。

本实施例提供了一种强剪切式环形射流空化发生器，见图1，所述高压给水管1用于输送高压工作流体，经过所述整流管2后进入所述环形喷嘴31，所述环形喷嘴31用于将高压工作流体的压力能转化为动能，喷嘴出口与背压室4之间的收缩段3空间为空化室32；将工作流体以高速喷出射入所述空化室32，由于所述背压室4的阻碍作用，工作流体发生回流，回射流在所述空化室32内与高速射流相遇产生强剪切作用，导致高强度空化发生；空化流流经所述空化室32和所述出流管5时，流速减小，压力增大，空泡在较高压力作用下溃灭，产生局部高温高压、冲击波和微射流；最后流体经所述出流管5流出。

本发明提供的空化发生器可以通过各种流动介质，适用于利用空化发生器的生物工程和环保等领域。例如，本发明能够利用空化产生的特殊物理化学效应处理水体中的藻类、细菌等微生物，达到灭菌消毒、净化水体的作用。再例如，在生物制药领域，本发明可以作为一种细胞破碎的手段，方便提取细胞内表达的特定蛋白质等药用物质。

本发明能够实现较强的剪切作用，使空化强度更高，空化效果更好。本发明无运动部件，结构简单，加工容易，可大规模使用。

需要说明的是，本发明不仅仅具有上述用途，适用于上述技术领域，其同样适用于其它利用空化效应的技术领域。

尽管本说明书较多地使用了 1-高压给水管，2-整流管，3-管状收缩段，4-背压室，5-出流管,31-环形喷嘴，32-空化室等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

本发明说明书中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种强剪切式环形射流空化发生器，其特征在于：包括高压给水管(1)和依次同轴连接并相通的出流管(5)、整流管(2)、管状收缩段(3)、背压室(4)；所述高压给水管(1)与整流管(2)垂直连通；所述出流管(5)的外径小于整流管(2)内径；管状收缩段(3)内壁与出流管(5)外围形成渐缩环形空腔，为环形喷嘴(31)，环形喷嘴(31)出口环面的面积与管状收缩段(3)出口截面的面积比为0.25-0.50；所述背压室(4)一端与管状收缩段(3)连通，另一端封闭，背压室具有阻碍作用，使工作流体发生回流；环形喷嘴(31)出口与背压室(4)之间的管状收缩段(3)空间为空化室(32)，所述出流管(5)外径尺寸位于管状收缩段(3)最大内径和最小内径之间，所述出流管(5)内径大于背压室(4)内径，所述高压给水管(1)用于输送高压工作流体，高压工作流体经过所述整流管(2)与所述出流管(5)之间的空腔后进入所述环形喷嘴(31)，所述环形喷嘴(31)将工作流体喷出射入所述空化室(32)，由于所述背压室(4)的阻碍作用，工作流体发生回流，回流的工作流体流经所述空化室(32)后进入所述出流管(5)，最后工作流体经所述出流管(5)流出。

2.如权利要求1所述的强剪切式环形射流空化发生器，其特征在于：所述出流管(5)与整流管(2)之间、整流管(2)与管状收缩段(3)之间均通过法兰连接，所述高压给水管(1)与整流管(2)采用焊接方式连接。

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