CN108518365A - 利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法及射流空化发生器 - Google Patents
利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法及射流空化发生器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法及射流空化器，涉及液体物料制备技术领域。所述方法包括：带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室；进入负压腔室的水流压力降低，储料罐中的发泡剂开始被吸入负压腔内；随着在所述喷射腔内形成的高速水流流速的增加，进入负压腔室内的水流压力继续降低；当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔与发泡剂混合成泡沫液。本发明适用于各种化学、医药、混合物的制备工艺中。
Description
技术领域
本发明涉及液体物料制备技术领域，尤其是涉及一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法及射流空化发生器。
背景技术
泡沫是由液体薄膜隔离开的空泡聚集体，由于其具有密度小、粘度大、覆盖面积广、堆积性好的优点，在消防灭火及抑尘技术领域受到越来越多的关注。
泡沫灭火技术由来已久，其最先用于地面建筑及森林灭火领域，随后在石油、化工、隧道等领域逐渐被用来灭火，矿山泡沫灭火最早起源于上世纪50年代，1956年，在第九届国际煤矿安全研究所所长会议上，英国矿山安全研究所的H.S.伊斯纳尔和P.B.史密斯提出了用高倍数泡沫扑灭井下巷道火灾的试验报告，泡沫用于我国煤矿灭火的试验研究起于1959年，1964年煤炭部组织了高倍数泡沫装备技术鉴定，几十年来，这些装置在处理井下火灾事故中多有应用，其强大威力和良好的灭火效果愈来愈为人们所认识，被认为是扑灭大空间隐蔽火源的重要选择。其次，泡沫抑尘作为矿井下一种高效的降尘措施，其通过泡沫的连续喷射将尘源覆盖，并形成类封闭空间，之后利用泡沫良好的润湿、粘附及包裹特性，有效抑制了粉尘的产生及扩散，抑尘效率可达85％-90％，是常规水喷雾效率的2-3倍，目前，泡沫抑尘正被国内外十多个国家科研机构研究，并在凿岩装运、转载、掘进及采煤等井下作业点进行了应用。
但是，由于受制于泡沫制备系统复杂、操作繁琐及发泡剂成本高，泡沫消防及抑尘在过去几十年发展缓慢，始终未能在煤矿井下进行大规模推广应用，制约其发展的关键是不能实现发泡剂的稳定添加。
泡沫由发泡剂、水和气体组成，泡沫液制备方法有两种，一种是将发泡剂与水预先混合，形成均匀泡沫液；另一种是利用专门的添加装置，将发泡剂添加至有压输水管路中，在管路中混合形成预混泡沫液。第一种制备方法减少了添加发泡剂的环节，系统相对简单，但需要较大的蓄液池或储运槽车，适用性不强，第二种制备操作简单，移动方便，是目前泡沫液制备的常用方法。
目前，发泡剂的添加主要可分为定量泵添加、正压添加、负压添加三种类型。现有的泡沫制备方法中，为实现稳定控制，最为普遍且较为精确的添加方式是采用采用定量泵添加，如专利号2007200396451公布了一种煤矿井下用三相泡沫发泡剂定量添加泵，该定量添加泵可以手动无级调速，达到对发泡剂添加的稳定控制；专利号2008100235783公布了一种用于煤矿井下的泡沫除尘系统，其用小流量定量添加泵把发泡剂添加至水管中，达到稳定添加发泡剂从而实现了降尘泡沫的制备。但随着井下对带电设备管理的提高，尤其是在瓦斯矿井中，定量泵的使用受到限制。此外，正压添加是向发泡剂容器上方通入压风，利用压缩气体的压能将发泡剂添加到供水管路，该添加方式压力损失小，但是添加比例偏大，气量调节困难，也很难实现添加量的精准控制。对于负压添加的方式，专利号2011101303671一种发泡剂自动添加装置和文献“Experimental investigations on the performanceof a new design of foaming agent adding device used for dust control inunderground coal mines”提出和研究了一种并联射流式添加装置，采用阀门与射流器并联的方式，通过并联截止阀实现粗调，针型阀实现微调，该添加方式控制繁琐，而且高射流吸液过程受系统的压力变化影响较大，抗干扰能力弱，很难实现稳定添加，不能够对添加量精准控制。
综上，在制备泡沫的现有技术中，存在如下问题：(1)采用定量泵添加的方式不仅复杂，而且由于使用了电机，在应用于矿井中时，存在电器失爆诱发瓦斯/煤尘爆炸事故的风险。(2)采用上述正压添加的方式发泡剂添加比例偏大，气量调节困难，也很难实现添加量的精准控制。(3)利用射流器并联阀门负压添加的方式控制繁琐，而且受系统的压力变化影响较大，抗干扰能力弱，很难实现稳定添加，不能够对添加量精准控制。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种利用射流空化原理制备泡沫及抑尘的方法，简单安全、能够稳定添加发泡剂，可实现对发泡剂的精准控制，从而能够解决或至少部分解决上述问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，包括步骤：
在储料罐中放入发泡剂，将空化发生器进水口与水管连通，将储料罐与空化发生器负压腔连通；
带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室；
进入负压腔室的水流压力降低，储料罐中的发泡剂开始被吸入负压腔内；
随着在所述喷射腔内形成的高速水流流速的增加，进入负压腔室内的水流压力继续降低；
当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内；
负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液。
优选地，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括步骤：
在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置调压阀；
当外界压力不稳定时，用所述调压阀调节负压腔内压力，使负压腔内压力保持在液体的空化压力水平。
优选地，所述带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室包括：
在空化发生器进水口前的管路上设置调压阀；
用所述调压阀控制进入空化发生器的水流压力，使进入空化发生器的水流压力至少保持在产生射流空化所需压力水平。
优选地，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内还包括：
在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置节流阀；
利用所述节流阀对吸入的发泡剂添加量进行定量控制。
优选地，所述负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液包括：
进入负压腔内的高速水流与发泡剂混合后依次通过空化发生器的喉管腔与扩散腔流向空化发生器出液口；
流动的混合液体在喉管腔与扩散腔内发生质量的重新掺混、动量及能量的交换；
在喉管腔末端，水流与发泡剂各自的流速趋于一致，形成掺混均匀的混合液体；
所述掺混均匀的混合液体，在扩散腔内流速变慢，压力逐渐升高恢复至静压状态，在空化发生器出液口处形成带压的泡沫液。
优选地，所述空化发生器出液口压力小于等于出液口临界压力值。
优选地，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括：
发泡剂吸入负压腔内被气化，产生极限空化；
空化产生的大量空泡随混合后的液体流向空化发生器出口，占据负压腔体、喉管腔体及部分扩散腔体的空间；
发泡剂吸入量达到最大，并维持不变；
根据公式计算出所述吸入量；其中，m为被吸发泡剂吸入流量，α为流量损失系数，A为负压腔吸液口截面积，p为发泡剂密度，Ps为负压腔压力，P0为外界大气压力；
根据所述吸入量实时调节负压腔压力，定量控制泡沫液的配比。
本发明的实施例提供一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，通过利用带压水流在流入空化发生器喷射腔内形成高速水流射出，流入负压腔内的高速水流压力降低，负压腔室内局部区域出现空泡，发生射流空化现象，射流空化阶段负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内。由于在发泡剂被吸入负压腔过程中，射流空化阶段吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，因此能够实现在制备泡沫液的过程中稳定添加发泡剂，可实现对发泡剂的精准控制，从而进一步提高了泡沫液的制备质量，有效改善了发泡效果；
第二方面，本发明实施例一种射流空化发生器，用于第一方面任一所述的方法中，包括：喷射腔，所述喷射腔包括喇叭口段及出口段，所述出口段为可调节长短的直管伸缩结构。
本发明实施例一种射流空化发生器，包括：喷射腔，所述喷射腔包括喇叭口段及出口段，所述出口段为可调节长短的直管伸缩结构。通过将喷射腔出口段设置成可调节长短的直管伸缩结构，能够方便调节喷射腔出口长度，可适应不同的工况要求，以保证第一方面所述的方法在制备泡沫液过程中能够精准控制发泡剂的添加量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的实施例一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法的流程示意图；
图2为本发明的实施例泡沫液在空化发生器中形成过程示意图；
图3为本发明的实施例精准控制泡沫原液方法在不同进水口压力的情况下的效果曲线图；
图4为本发明的实施例精准控制泡沫原液方法在不同进水口压力的情况下的效果曲线图；
图5为本发明的实施例精准控制泡沫原液方法在不同出口压力下的吸液效果曲线图；
图6为本发明实施例二或三一种抑尘或灭火方法所依托的装置具体应用场景示意图；
图7为本发明实施例四射流空化发生器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1及图2所示，本发明的实施例提供一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，适用于各种化学、医药等制剂掺混制备，例如农药制备中各种成分的定量添加、医疗药剂的精确配比制备等；特别适用于矿井抑尘及消防灭火用泡沫液制备工艺中的发泡剂及其他添加剂(即所述泡沫原液)的稳定定量添加；包括步骤：
101、在储料罐中放入发泡剂，将空化发生器进水口与水管连通，将储料罐与空化发生器负压腔连通；
本步骤中，可以理解的是，所述发泡剂即为本发明名称中所述泡沫原液的成分，需要说明的是，为叙述清楚明了，本文中所述的发泡剂可代指泡沫原液，包括表面活性剂及其他制备泡沫液所需的添加剂；所述空化发生器为一种能够使流入其内部腔室的液体产生射流空化现象设备，一般包括顺次连通的喷射腔、负压腔、喉管腔及扩散腔，例如射流管；另外，由于本实施例的创新点并不旨在对具体的空化发生器作出改进，而是创造性地将射流空化阶段中，因液体内部产生空化而保持压力恒定这一特殊点工况应用到泡沫原液添加量控制中以实现稳定吸收发泡剂的目的，因此，本步骤对具体使用何种空化发生器并不作限定。所述储料罐与负压腔可以通过刚性管路连接，也可以通过柔性管路连接，例如橡胶管，为了能够适应各种布设场景，优选柔性管路。
102、带压水流进入空化发生器喷射腔1内形成高速水流喷出，进入负压腔室2；
本步骤中，所述带压水流是指具有一定压力的水流；所述高速水流是指因流速较高而出现空化、掺气、冲击波、强烈脉动等一种或多种特殊现象的水流；
为了出现射流空化阶段，所述喷射腔可设计为入口大，出射口小的收敛结构，所述出射口的压力需要降低至水的饱和蒸气压，位于-97kPa～-99kPa范围附近，根据喷射腔入口处水流压力及出口处最大水流速率，利用公式确定出喷射腔出口5的最佳直径，所述m为出口最大水流速率，p1为喷射腔入口水压值，p2为水的空化压力；根据具体应用场所各种相关参数不同，可根据实际情况利用上述公式得出最佳设计喷射腔出口直径；例如，当入口水压为500kPa，出口最大水流速率为0.44kg/s，水的密度是1×10kg/m3，代入上述公式，得出喷射腔出口d为4mm。
103、进入负压腔室2的水流压力降低，储料罐中的发泡剂开始被吸入负压腔内；
本步骤中，可以理解的是，水流的压力与速度成反相关关系，当流速增大时，压力降低，负压腔室形成负压，与其连通的储料罐在负压效应的作用下，发泡剂被自动开始从图2所示的路径7(与下文中的吸液口7为同一技术特征)吸入空化发生器负压腔内，负压腔内出现少量混合物，因此对于仅仅利用高速水射流方式也能产生负压吸液，达到添加发泡剂等液体的作用，但是，由于该种方式受到喷射腔出口水流压力波动的影响，吸液压力不稳定，吸液量也不稳定，微小的工况变化可能引起空化发生器吸液的较大变化。
104、随着在所述喷射腔内形成的高速水流流速的增加，进入负压腔室内的水流压力继续降低；
105、当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内；
本步骤中，可以理解的是，为解决仅采用高速射流吸液不稳定的问题，本实施例利用液体处于空化阶段时，空化发生器负压腔内外压差保持恒定的现象，发泡剂稳定连续地被吸入负压腔内，出现大量混合物。
106、负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液。
可以理解的是，本步骤中，形成的泡沫液还可进一步流向空压发生器下游，在流动过程中，液体中的空泡发生合并或破裂，合并或破裂的空泡将使其周围的液体重新混合，能够使混合得到泡沫液更加充分均匀。
本发明实施例一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，通过利用带压水流在流入空化发生器喷射腔内形成高速水流射出，流入负压腔内的高速水流压力降低，负压腔室内局部区域出现空泡，发生射流空化现象，射流空化阶段负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内。由于在发泡剂被吸入负压腔过程中，射流空化阶段吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，因此能够实现在制备泡沫原液的过程中稳定添加发泡剂，可实现对发泡剂的精准控制，从而提高了泡沫液的制备质量，有效改善了发泡效果；
另外，由于利用空化现象中产生的负压效应吸入方式添加发泡剂，代替了现有技术中采用定量泵等抽吸设备吸液添加发泡剂的方式，简单安全，避免了应用于矿井中时，存在电器失爆诱发瓦斯/煤尘爆炸事故的风险；
进一步地，由于本发明实施例利用空化阶段，负压腔内外压力恒定的特点，在这一阶段自动吸液添加发泡剂，相比于现有高速射流吸液方式，吸液稳定，受工况变化影响小的优点。
参看图2所示，本实施例中，所述空化发生器结构尺寸可以根据实际需要确定，作为一可选实施例，所述空化发生器喷射腔1出口直径5为4mm，喷射腔收敛角α为13.3°，所述空化发生器喉管腔3直径为6mm，长度为20.0mm，所述空化发生器扩散腔4的扩散角β为14°。
本实施中，通过根据帕斯卡公式及前述列出的公式得出优选地上述参数值制作空化发生器，可以使空化发生器内部产生射流空化阶段，实现稳定吸液。
本实施例中，作为一可选地实施例，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括步骤：在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置调压阀；当外界压力不稳定时，用所述调压阀调节负压腔内压力，使负压腔内压力保持在液体的空化压力水平。
可以理解的，本实施中，所述水平的含义是在某一方面达到的高度，例如保持在液体的空化压力水平就是指保持负压腔内的压力达到空化压力值高度；为了保持空化发生器负压腔持续稳定吸液，需要保证负压腔内压力应维持在空化压力值附近，而当遇到外界压力不稳定时，例如，矿井中风压或水压不稳的情况，必要时可通过调节压力值使其保持恒定，以保证空化阶段能够持续，从而实现稳定吸液的目的。
本实施例中，作为另一可选地实施例，所述带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室包括：在空化发生器进水口前的管路上设置调压阀；用所述调压阀控制进入空化发生器的水流压力，使进入空化发生器的水流压力至少保持在产生射流空化所需压力水平。
可以理解的是，本实施例中，进入空化发生器的水压需要达到一定压力值，才能保证出现射流空化阶段，即所述所需压力水平，所述所需压力水平为临界进口压力，为使下文表述清楚，用Pin*代指临界进口压力，指的在空化发生器出口压力等于外界大气压力时对应的压力值；通过调压阀控制水流压力，使水量Q保持在工作范围内，在临界空化吸液条件下，负压腔体压力为液体空化压力Pv，进口压力为Pin，根据伯努利方程：
可简化得到：Pin＝Pv+kQ2
所述Pin为进口压力；Pv为空化压力；Q为水流量；din为射流器进口直径；d0为喷射腔出口直径；ρ为流体密度；k1为动能修正系数；z1和z2为流体位能，z1＝z2；h1-2为喷射腔内的阻力损失；k为综合简化系数。
根据上述公式Pin＝Pv+kQ2可看出，在空化发生器进水口压力Pin与水量Q呈正相关，工作水量越大，所需的进口压力Pin也越大，因此，还可以通过调节水流量来控制进口压力。
为了验证不同进口压力条件对空化阶段产生的影响，作了对比实验，实验结果参看其曲线效果图图4所示，在相同出口压力，不同进口压力条件下，当进口压力满足Pin＞Pin*时，负压腔内压力达到空化压力水平，二者保持一致，空化阶段持续产生，能实现稳定吸液；当进口压力Pin2低于Pin*时，喷射腔出口处压力高于空化压力Pv，始终未能达到空化压力水平，将不会产生稳定的射流空化阶段，因此，也不会自动稳定吸液。
本实施例通过调节喷射腔进水口压力值，使水流在喷射腔内的压力保持在临界进口压力值以上，当高速水流进入负压腔内，产生射流空化阶段，以达到稳定吸液的效果。
参看图5所示，空化发生器不同出口压力条件同样对空化阶段有影响，空化发生器出口压力由Pout1增大到Pout2过程中，空化发生器轴线方向上的压力变化曲线图，可以看出，为保证泡沫液稳定输出，应使空化发生器内部处于射流空化阶段，需要保证Pout也不高于Pout*。由于不同的Pin*对应不同的Pout*，利用空化数σ确定临界Pout*。
本文中，所述空化数为用于表征进出口临界压力关系的无量纲参数，当空化数σ小于0.3时，可以实现空化发生器内部空化的稳定产生，据此也可以确定进口压力Pin*对应下的出口临界压力Pout*。
参看图5所示，表征出口压力与吸液量的关系；P4*为出口临界压力线，出口压力高于该线时，称为正常吸液工况(非空化吸液工况)。
当出口压力(图5中标记为背压)高于P4*时，出口压力与吸液量呈负相关，出口压力增大(减小)，吸液量减小(增大)，如图5中所示的II区和IV区，过高的出口压力甚至可能会引起液体倒流，而当出口压力低于P4*时(空化吸液工况)，出口压力的任何波动都不会对吸液量产生影响，吸液量为定值，如图5中的I区、III区和V区，本发明实施例正是利用空化吸液工况实现对发泡剂稳定添加，不易受压力波动影响，可实现精准控制。
本实施例中，作为一可选地实施例，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内还包括：在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置节流阀；利用所述节流阀对吸入的发泡剂添加量进行定量控制。
可以理解的是，通过节流阀调节被吸入的发泡剂的量，实现对发泡剂添加量的控制，可实现泡沫液制备中添加剂(泡沫原液的成分)的定量控制；进一步地，当用于矿井等场所抑尘或消防灭火时，可以根据尘源或火源的面积大小，调控所述节流阀，有针对性喷射相应的泡沫液量，以实现合理利用资源，达到抑尘或灭火效果。
本实施例中，作为一可实施例，所述负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液包括：进入负压腔内的高速水流与发泡剂混合后依次通过空化发生器的喉管腔与扩散腔流向空化发生器出液口；
流动的混合液体在喉管腔与扩散腔内发生质量的重新掺混、动量及能量的交换；
在喉管腔末端，水流与发泡剂各自的流速趋于一致，形成掺混均匀的混合液体；
所述掺混均匀的混合液体，在扩散腔内流速变慢，压力逐渐升高恢复至静压状态，在空化发生器出液口处形成带压的泡沫液。
可以理解的是，本实施例中，在射流空化阶段，随着混合液体流向下游的过程中，空泡会发生合并或破裂，在空泡破裂过程中，会释放冲击波、热量，该冲击波可以使周围形成的混合液体打散，而产生的热量促进分子的运动，使混合液重新掺混形成均匀的混合液体，减少了用搅拌工具搅拌的过程，而且由于热量与冲击波共同作用，使得混合更加均匀。
另外，通过在空化发生器出液口形成带压的泡沫液，在用于抑尘时，可以有效地将泡沫液输出到后续的喷射装置中，形成的带压泡沫液更容易产生高倍率泡沫，即使在矿井中风压不够高时，依然能通过自身带压使得抑尘或灭火效果较佳。
查看图2所示，本实施中，作为一可选实施例，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括：
发泡剂吸入负压腔内被气化，产生极限空化；
本步骤中，可以理解的是，发泡剂在吸入负压腔内被气化，有利于液体的快速混合；
空化产生的大量空泡6随混合后的液体流向空化发生器出液口8，占据负压腔体、喉管腔体及部分扩散腔体的空间；
发泡剂吸入量达到最大，并维持不变；
根据公式计算出所述吸入量；其中，m为被吸发泡剂吸入流量，α为流量损失系数，A为负压腔吸液口截面积，ρ为发泡剂密度，Ps为负压腔压力，P0为外界大气压力；
根据所述吸入量实时调节负压腔压力，定量控制泡沫液的配比。
本实施例中，可以理解的是，由于持续的负压，在负压腔内压力并没有变化，为空化装置在工作极限的稳定液体吸收创造了良好的条件，而且负压腔内出现的大量空泡形成壅塞，阻塞被吸液体进一步的吸入，使得负压腔在极限空化工况下产生恒定的吸收量，可实现发泡剂在空化压力下的精确定量吸入，从而提高定量控制的精准度。
另外，可以理解的是，本实施例可以通过设置实时监控装置，例如，设置压力传感器，流量传感器，将压力传感器与流量传感器连接计算机等具有数据处理功能的设备，计算机等处理设备根据反馈的数据，发送信号给控制装置，自动调节负压腔压力，实现定量控制泡沫液成分的配比。
本发明实施例一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，将射流空化阶段会出现一个稳定压力的理论创造性用于泡沫液制备中，实现添加剂(泡沫原液的成分)的稳定添加，提高了定量添加泡沫原液的控制精准度，解决了制约泡沫用于抑尘及灭火领域的技术难题，而且方法简单安全，该技术方案具有原始创新性。
实施例二
第二方面，本发明实施例一种泡沫抑尘方法，包括：
在空化发生器的出液口端连接发泡及喷射装置；
利用第一方面任一所述的方法制备泡沫液；
调节空化发生器进水口前设置的调压阀，使进水口压力大于临界进口压力；
泡沫液从空化发生器出液口带压流出至所述发泡装置；
所述发泡装置将带压的泡沫液充分发泡后，喷射至尘源表面。
可以理解的是，本实施例中，所述发泡装置及喷射装置可以采用现有的技术，本实施例对此不作限定；当用于矿井中抑尘时，井下风压的不稳定，以及泡沫输送中产生的压力波动，将会影响空化发生器出口压力Pout，当出口压力低于出口临界压力Pout*(Pout1＜Pout*)时，负压腔体B处压力将始终保持在空化压力Pv，而一旦Pout大于某一出口临界压力Pout*(Pout2＞Pout*)时，负压腔体B处压力将会高于空化压力Pv，稳定的空化吸液环境被破坏，吸液管内外压差改变，发泡剂添加量发生变化。
参看图5为本发明实施例方法在一种具体场景的装置结构具体应用示意图，示出了本发明实施例方法的一种具体应用场景。
本实施例一种抑尘方法，通过采用实施例一任一所述精准控制泡沫原液量的方法制备的泡沫液，在调节进水口压力后，将所述泡沫液带压输出至发泡及喷射装置，由于在制备过程中，能实现发泡剂稳定添加，提高定量添加控制精准度，使得混合均匀性更好，从而提高了泡沫液的制备质量，改善了发泡效果，从而抑尘效果更好。
实施例三
参看图6所示，本发明实施例二或三一种抑尘或灭火方法所依托的装置具体应用场景示意图。
第二方面，本发明实施例一种泡沫灭火方法，包括：
在空化发生器的出液口端连接发泡及喷射装置；
利用第一方面任一所述的方法制备泡沫液；
调节空化发生器进水口前设置的调压阀，使进水口压力大于临界进口压力；
泡沫液从空化发生器出液口带压流出至所述发泡装置；
所述发泡装置将带压的泡沫液充分发泡后，喷射至火源上。
本发明实施例用于泡沫灭火的方法，通过利用实施例一任一所述精准控制泡沫原液量的方法制备的泡沫液，在调节进水口压力后，将所述泡沫液带压输出至发泡及喷射装置，由于在制备过程中，能实现发泡剂稳定添加，提高定量添加控制精准度，使得混合均匀性更好，从而提高了泡沫液的制备质量，改善了发泡效果，从而灭火效果更好
本发明实施例通过利用实施例一精准控制泡沫原液量的方法制备的泡沫原液作为抑尘及灭火方法的一部分，简化了现有的泡沫抑尘及灭火操作系统，提高了系统的可靠性，将射流空化阶段会出现一个稳定压力的理论创造性用于泡沫液制备中，实现添加剂的稳定添加，提高了添加剂的定量添加控制精准度，克服了泡沫制备的难题，降低了泡沫制备的成本，从而克服了制约泡沫抑尘及灭火技术应用的难题，使该技术能在煤矿井下进行大规模推广应用。
实施例四
参看图7所示，本发明实施例一种射流空化发生器，主要用于化工、制药等液体添加及混合物制备工艺中，尤其用于实施例一任一所述的方法中，包括：喷射腔1，所述喷射腔1包括喇叭口段11及出口段12，所述出口段12为可调节长短的直管伸缩结构。
可以理解的是，当带压水流进入喷射腔中，经过喇叭口段，水流速度增加，通过出口段喷出，水流压力降低，将入吸液腔2形成负压腔并出现空泡，从而将待添加的液体从吸液口7吸入负压腔2内与水混合成液体，当所述空泡(图中标号6所示)大量出现，即出现射流空化现象；通过调节所述出口段的长度能够控制进入吸液腔内水流的压力，从而实现对负压腔室空化现象的产生及维持可调控。
可以理解的是，影响空化现象的出口段长度指的是其有效长度，即出口段通道的长度，所述直管伸缩结构具体实现的方式可采用具有一定刚度的伸缩管；也可以采用弹簧设置于出口段通道内，通过调节弹簧的伸缩量，来实现出口段有效长度的调节。
本发明实施例一种射流空化发生器，包括：喷射腔，所述喷射腔包括喇叭口段及出口段，所述出口段为可调节长短的直管伸缩结构。通过将喷射腔出口段设置成可调节长短的直管伸缩结构，能够方便调节喷射腔出口长度，可适应不同的工况要求，以保证前述任一实施例所述的方法在制备泡沫液过程中能够精准控制发泡剂的添加量。
本实施例中，作为一可选实施例，所述直管伸缩结构包括第一连接直管及第二连接直管，所述第一连接直管内壁设有第一螺纹段，所述第二连接直管外周设有第二螺纹段，所述第二连接直管插入所述第一连接直管，并可在所述第一连接直管内滑动，通过所述第一螺纹段与第二螺纹段配合固定连接。
可以理解的是，本实施例中，通过所述第二连接直管在第一连接直管内滑动来实现出口段有效长度的调节，当调节到合适长度时，通过所述第一螺纹段与第二螺纹段将其固定连接，防止自由滑动。
本实施例通过在两根直管连接，在直管上设置螺纹段，并使直管之间在需要调节长度时可相对滑动，调整好之后通过螺纹将其固定，能够方便实现出口段有效长度的调节。
本实施例中，作为一可选实施例，所述第二连接直管在第一连接直管内滑动的距离范围为直管直径的2～4倍。
本实施例中，上述距离范围参数的选择是经过实验确定的，当所述距离范围为出口段直管直径的2～4倍时，负压腔内空泡大量出现并向下游流去，空化效果最佳。
本实施例中，作为一可选实施例，所述出口段直管直径为4mm，所述喷射腔喇叭口收敛角α为13.3°。
所述参数的选择经过实验对比，有利于使负压腔内持续产生空泡，维持空化现象。
本实施例中，作为一可选实施例，所述空化发生器还包括与所述喷射腔出口段连通的喉管腔3及与所述喉管腔连接的扩散腔4，所述喉管腔直径为6mm，长度为20.0mm，所述扩散腔4的扩散角β为14°。
需要说明的是，在本文中，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，包括步骤：
在储料罐中放入发泡剂，将空化发生器进水口与水管连通，将储料罐与空化发生器负压腔连通；
带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室；
进入负压腔室的水流压力降低，储料罐中的发泡剂开始被吸入负压腔内；
随着在所述喷射腔内形成的高速水流流速的增加，进入负压腔室内的水流压力继续降低；
当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内；
负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括步骤：
在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置调压阀；
当外界压力不稳定时，用所述调压阀调节负压腔内压力，使负压腔内压力保持在液体的空化压力水平。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室包括：
在空化发生器进水口前的管路上设置调压阀；
用所述调压阀控制进入空化发生器的水流压力，使进入空化发生器的水流压力至少保持在产生射流空化所需压力水平。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内还包括：
在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置节流阀；
利用所述节流阀对吸入的发泡剂添加量进行定量控制。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液包括：
进入负压腔内的高速水流与发泡剂混合后依次通过空化发生器的喉管腔与扩散腔流向空化发生器出液口；
流动的混合液体在喉管腔与扩散腔内发生质量的重新掺混、动量及能量的交换；
在喉管腔末端，水流与发泡剂各自的流速趋于一致，形成掺混均匀的混合液体；
所述掺混均匀的混合液体，在扩散腔内流速变慢，压力逐渐升高恢复至静压状态，在空化发生器出液口处形成带压的泡沫液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述空化发生器出液口压力小于等于出液口临界压力值。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括：
发泡剂吸入负压腔内被气化，产生极限空化；
空化产生的大量空泡随混合后的液体流向空化发生器出口，占据负压腔体、喉管腔体及部分扩散腔体的空间；
发泡剂吸入量达到最大，并维持不变；
根据公式计算出所述吸入量；其中，m为被吸发泡剂吸入流量，α为流量损失系数，A为负压腔吸液口截面积，ρ为发泡剂密度，Ps为负压腔压力，P0为外界大气压力；
根据所述吸入量实时调节负压腔压力，定量控制泡沫液的配比。
8.一种射流空化发生器，其特征在于，用于权利要求1至7任一所述的方法中，包括：喷射腔，所述喷射腔包括喇叭口段及出口段，所述出口段为可调节长短的直管伸缩结构。
9.根据权利要求8所述的空化发生器，其特征在于，所述直管伸缩结构包括第一连接直管及第二连接直管，所述第一连接直管内壁设有第一螺纹段，所述第二连接直管外周设有第二螺纹段，所述第二连接直管插入所述第一连接直管，并可在所述第一连接直管内滑动，通过所述第一螺纹段与第二螺纹段配合固定连接。
10.根据权利要求9所述的空化发生器，其特征在于，所述第二连接直管在第一连接直管内滑动的距离范围为直管直径的2～4倍。
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