CN111392854A - 一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地表水体溶解氧浓度和水生态健康改善技术领域，具体涉及一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，包括试验曝气系统和现场曝气系统，试验曝气系统包括自激吸气式脉冲射流装置、抽水单元和数据收集单元，抽水单元输出端与自激吸气式脉冲射流装置连接，数据收集单元设于抽水单元上，现场曝气系统包括船体、抽水机构、升降调节装置、自激吸气式脉冲射流装置，抽水机构和升降调节装置安装在船体上，抽水机构的输出端与自激吸气式脉冲射流装置连接，该系统不仅能够实现不同水深条件下水气混合行为和溶解氧浓度的观察和测量，而且也能改善河渠和湖库等地表水体的水生态健康，也可以对地表水体生物参数进行测量和样品采集。

Description

一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统

技术领域：

本发明涉及自激吸气式脉冲射流装置技术用于湖泊、水库、河流和输水渠道等地表水体溶解氧浓度和水生态健康改善技术领域，具体涉及一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统。

背景技术：

溶解在水中的空气中的分子态氧称为溶解氧，溶解氧对地表水体水生态健康是至关重要的，并且溶解氧的浓度使最重要的水质参数之一，影响着水生命周期、生物体生存、物种繁殖和种群发展。氧气通过从大气中吸收或通过水中植物的光合作用进入水体，通过有机体的呼吸与有机分解除去，在呼吸和分解期间，水中的动物或植物消耗溶解氧并释放二氧化碳，而且大量农业、工业和城市污染物排放带来的有机废物可导致水中的溶解氧严重耗尽，并且富含营养物质的水也会产生大量的浮游植物，如藻类等，这些浮游植物在分解时也会消耗溶解氧。在浅水水体中，阳光会使整个水体变暖，不存在温度分层现象，但是在深水水体中，无论是冬季还是夏季，由于太阳能加热、风的影响的原因，水体都会存在一段时间的分层，而且在春季和秋季存在等温水的翻转现象，在夏季分层期间，上部浅水区的水温较高且密度较低，而下部深水区则相反，在有轻风和无风的情况下，风没有足够能量使上部水与下部水混合，在此期间，深水区几乎没有混合，外界空气也没有机会从表面曝气到该区域；如果在分层开始时只存在少量可分解有机物，则不会完全消耗现有的可用溶解氧，较低的底水温度能够减缓生物活动，从而节省溶解氧的消耗；如果大量可分解的有机物质在分层期间沉淀到深水层中，则可能耗尽有限量的溶解氧并且变为厌氧，这不仅会干扰水中鱼类的生命，还会导致某些营养素，特别是磷的释放，这些营养素在有氧条件不溶，但在厌氧条件下为可溶的，更多的营养素的存在便有可能增加耗氧生物的活性，从而进一步的产生厌氧条件，同时释放的磷有利于潜在有毒的蓝藻生长，加上地表水体在特定条件下水源平静或流速较慢，停留时间相对较长，创造了一个有利于藻类生长的人工环境，导致蓝藻大量繁殖且迁移到地表，形成了蓝藻水华。

氧气传递或从大气中吸收氧气的物理过程用于补充水体用过的氧，该过程被称为大气复氧，目前有两种技术可以用于增加地表水体中的溶解氧，一种是水体完全循环，通过水体混合增加溶解氧，对于浅水水体常用的设备有表面曝气器、水平射流喷射器和文丘里喷嘴等，其中表面曝气器通过表面搅拌将空气吸入水中，并将空气或纯氧气引入表面下的扩散器；水平射流喷射器是将水流通过主喷嘴泵送，产生高速水流，大气通过喷嘴被吸入并被水流剪切成水气泡，形成水气混合射流后进入水体；文丘里喷嘴是通过喷嘴吸气和射流夹带将大量的气泡带入水体中，并形成气水混合区域。而对于深水水体，常用的设备包括扩散管、气体液压枪和机械泵送，通过水体混合还可以克服水分层，如果空气流速足够，可以通过将浮游藻类移出光线充足的地表水并进入限制生长的较深水域来减少藻类，其中扩散管布置在水体底部，添加压缩空气产生气泡羽流可以混合上部和下部水体，当上升水体暴露于大气时，发生氧化作用；气动液压枪技术通过添加压缩空气到垂直管内，气泡会周期性地上升以促进活塞的运动，上升的气泡迫使其上方的水从管道中向上流出，并在其后面的垂直管道中夹带一定量的水，当气泡到达枪的顶部时破碎，射出的水表现为一股狭窄的湍流，将更多的水与之一起夹带；机械泵送将水从底部泵送到顶部，形成循环，上升水体可以和大气进行氧化作用。

另一种技术是深水层曝气/氧化技术，可以为深水区提供氧气，同时保持鱼类的凉水栖息地，一种方式是通过全部或部分空气提升装置，用空气压缩机来提供空气或注入氧气来实现氧化，另一种方式是用水泵将深水区水抽送到表面并加入空气或氧气，然后再送回到深水区。

但是目前国内外用于产生射流曝气的装置主要是射流喷射器和文丘里喷嘴，吸气量小，进入水体的气体少，并且其射流剪切力较低，扩散能力和湍动较弱，不容易形成小气泡，氧气传递效率较低，主要用于较浅的地表水体中，对于较深的地表水体，无法实现深层曝气，现有技术中已经公开了一种自激吸气式脉冲射流装置，其在合理的结构参数和运行参数范围内，一方面吸气量大，进入水体的气体多，另一方面装置吸气后水气射流脉冲效果好和初始动量大，导致气泡群穿透长度大，同时在射流高剪切力、强湍动和扩散能力下容易形成小气泡，因此如何设计一种以自激吸气式脉冲射流装置为核心的射流曝气系统，不仅能够实现不同水深条件下水气混和行为和溶解氧浓度的观察和测量，而且也能够实现河渠或湖库等地表水体内生物参数的测量、采集和水生态环境的改善，是目前本领域技术人员必须解决的一个问题。

发明内容：

针对射流曝气装置因出口动量小，主要用于较浅的地表水体，无法实现不同水深条件下曝气的问题，本发明提供一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其自激吸气式脉冲射流装置在合理的结构参数和运行参数范围内，一方面吸气量大，进入水体的气体多，另一方面自激吸气式脉冲射流装置吸气后水气射流脉冲效果好和初始动量大，从而使气泡群穿透长度大，同时在射流高剪切力、强湍动和扩散能力下容易形成小气泡，所以基于自激吸气式脉冲射流装置的试验曝气系统和现场曝气系统在不同的水深条件下都具有更高的氧气传递效率，而且在深水条件下，还可以克服水分层，使藻类分布均匀化和直接藻类破坏，抑制藻类生长，从而改善水生态环境。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，包括试验曝气系统和现场曝气系统，其特征在于，所述试验曝气系统包括自激吸气式脉冲射流装置、气体涡轮流量计、水箱、记录单元、抽水单元和数据检测单元，所述抽水单元的输入端与水箱连接，在水箱边壁装有刻度尺，抽水单元的输出端与自激吸气式脉冲射流装置输入端密封连接，在自激吸气式脉冲射流装置上开有吸气孔，所述气体涡轮流量计安装在吸气孔内，所述数据检测单元包括电磁流量计、压力传感器、多参数水质监测仪和数据采集系统，电磁流量计和压力传感器安装在抽水单元的输出管路上，所述多参数水质监测仪安装在水箱侧面，所述电磁流量计、压力传感器和多参数水质监测仪与数据采集系统电连接，所述记录单元设于水箱的一侧；所述现场曝气系统包括自激吸气式脉冲射流装置、射流船、采样船、抽水机构、升降调节装置、采样收集单元，所述抽水机构设置在射流船上，抽水机构的输入端延伸至水中，所述抽水机构的输出端与多个自激吸气式脉冲射流装置的输入端密封连接，所述升降调节装置固定设置在射流船的船体上；所述采样船设在射流船旁侧，所述采样收集单元设置在采样船上。

进一步的，所述试验曝气系统中的自激吸气式脉冲射流装置有水平、倾斜和垂直三种放置方式，根据三种不同的放置方式，试验曝气系统分为自激吸气式脉冲射流装置水平放置的试验曝气系统、自激吸气式脉冲射流装置倾斜放置的试验曝气系统和自激吸气式脉冲射流装置垂直放置的试验曝气系统。

进一步的，所述试验曝气系统中的抽水单元包括管路、离心泵、启停闸阀、闸阀和压力表，管路的一端与水箱密封连通，另一端与离心泵的输入端密封连接在一起，所述启停闸阀固定设置在离心泵输入端与水箱之间的管路上；所述离心泵的输出端密封连接有管路，所述闸阀与电磁流量计设置在离心泵的输出端与自激吸气式脉冲射流装置的输入端之间的管路上，所述压力表与压力传感器固定设置在靠近自激吸气式脉冲射流装置输入端的管路处。

进一步的，所述试验曝气系统中的数据采集系统包括数据采集设备和计算机，计算机与数据采集设备电连接，所述电磁流量计、压力传感器和多参数水质监测仪与数据采集设备电连接。

进一步的，所述试验曝气系统中的记录单元包括高速摄像机和LED灯源，高速摄像机安装于水箱的一侧，所述LED灯源安装在与高速摄像机同侧的水箱上或另一侧的水箱上。

进一步的，所述现场曝气系统中的抽水机构包括吸水管、离心泵、出水管、压力表、闸阀、电磁流量计、铝丝软管、连接管。进水管和配水管，离心泵安装在射流船体上，所述吸水管的一端与离心泵输入端密封连通，另一端延伸至水中，所述出水管的一端与离心泵的输出端密封连通，另一端通过法兰盘与铝丝软管密封连通，所述压力表、闸阀和电磁流量计分别固定安装在出水管上，所述铝丝软管一端通过法兰盘与出水管密封连接，另一端通过法兰盘与连接管密封连接，所述连接管与进水管密封连通；所述配水管横向设置且配水管的中部与进水管的首端密封连通，进水管与配水管组合构成T字形，所述进水管的末端铰接在射流船的船体前端；所述配水管的输出端多个，且每个输出端均通过法兰盘与自激吸气式脉冲射流装置的输入端密封连通。

进一步的，所述现场曝气系统中的自激吸气式脉冲射流装置的多个吸气孔内均设有吸气软管，吸气软管的首端密封连接在吸气孔内，另一端固定在射流船船体上与大气相连。

进一步的，所述现场曝气系统中的自激吸气式脉冲射流装置还包括弯头，自激吸气式脉冲射流装置输入端通过法兰盘与弯头的输出端密封连接，弯头的输入端通过法兰盘与配水管的输出端密封连通。

进一步的，所述现场曝气系统中的升降调节装置包括四腿支架、滑轮、钢丝和卷扬机，四角支架安装在射流船的船体前端，所述滑轮设置在四角支架上方，安装所述卷扬机安装在离心泵的一侧，所述钢丝的一端通过滑轮与配水管固定连接，另一端与卷扬机固定连接。

进一步的，所述现场曝气系统还包括支撑杆，所述支撑杆为两个，支撑杆斜向镜像固定在进水管与配水管之间形成三角支架。

本发明的有益效果： 本发明有五种有益效果。

第一，通过该系统不仅能够实现不同水深条件下的水气混合行为和溶解氧浓度的观察和测量，还能实现河渠和湖库等地表水体物理、化学、和水生生物参数的测量和样品采集。

第二，系统中采用的自激吸气式脉冲射流装置不仅吸气量大，进入水体的气体多，而且自激吸气式脉冲射流装置吸气后水气射流脉冲效果和初始动量大，可以使气泡群穿透长度大，同时在射流高剪切力、强湍动和扩散能力下容易形成小气泡，基于自激吸气式脉冲射流装置的试验曝气系统和现场曝气系统在不同的水深条件下都具有更高的氧气传递效率，而且在深水条件下时，还可以克服水分层，使藻类分布均匀化或直接将藻类破坏，抑制藻类的生长。

第三，在试验曝气系统中，自激吸气式脉冲射流装置有水平、倾斜和垂直三种不同的放置方式，通过这三种不同的放置方式，可以观察和测量出不同水深条件下的水气混合行为和溶解氧浓度，并且试验曝气系统可以为现场曝气系统的设计提供技术支持。

第四，在现场曝气系统中，通过升降调节装置可以调整自激吸气式脉冲射流装置垂直放置和倾斜放置时水面以上的距离以及水平放置时的水下位置，调节方便。

第五，在现场曝气系统中，自激吸气式脉冲射流装置可以通过弯头来调节角度，弯头的角度范围在0~90°之间。

附图说明：

图1为自激吸气式脉冲射流装置垂直放置的试验曝气系统图。

图2为自激吸气式脉冲射流装置水平放置的试验曝气系统图。

图3为自激吸气式脉冲射流装置倾斜放置的试验曝气系统图。

图4为本发明现场曝气系统的布置图。

图5为本发明现场曝气系统的外观图。

图6为本发明现场曝气系统的主视图。

图7为本发明现场曝气系统的附视图。

图8为现场曝气系统中自激吸气式脉冲射流装置放置方式调整示意图。

图中：1-循环水箱，2-刻度尺，3-启停闸阀，4-离心泵，5-闸阀，6-电磁流量计，7-压力表，8-压力传感器，9-自激吸气式脉冲射流装置，10-气体涡轮流量计，11-多参数水质监测仪，12-吸气孔，13-高速摄像机，14-LED灯，15-管路，16-数据采集系统，17-射流船，18-吸水管，19-出水管，20-铝丝软管，21-法兰盘,22-四腿支架，23-滑轮，24-牵引钢丝，25-卷扬机，26-连接管，27-进水管，28-配水管，29-吸气软管，30-固定盘，31-采样船，32-垂直取样器，33-采样瓶，34-采样点，35-弯头，36-支撑杆。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1，目前国内外用于产生射流曝气的装置主要是射流喷射器和文丘里喷嘴，吸气量小，进入水体的气体少，并且其射流剪切力较低，扩散能力和湍动较弱，不容易形成小气泡，氧气传递效率较低，主要用于较浅的地表水体中，对于较深的地表水体，无法实现深层曝气。

针对上述问题，本实施例提供一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，该系统包括试验曝气系统和现场曝气系统，因自激吸气式脉冲射流装置9的水气混合行为、溶解氧浓度增加与诸多因素有关，如工作参数、结构参数、吸气量、射流角度、射流湍动和扩散能力等，要了解这些因素的影响程度，便需要借助试验曝气系统，然后根据溶解氧浓度的变化来分析体积传递系数和氧气转移效率等曝气性能；如图1所示，试验曝气系统包括循环水箱1，循环水箱1采用立方体设计，循环水箱1采用有机玻璃材料加工，在循环水箱1的左侧边壁安装有刻度尺2，刻度尺2用来测量循环水箱1中的水深和水气混合行为中的气泡群穿透尺寸，在循环水箱1的右侧边壁上安装有多参数水质监测仪11，多参数水质监测仪11的探头安装在循环水箱1的右侧内壁中心线处，多参数水质监测仪11可对循环水箱1内的溶解氧浓度和温度进行测量；在循环水箱1的右侧设有管路15，管路15的一端与循环水箱1密封连通，另一端与循环水箱1外侧的离心泵4的输入端密封连通在一起，在循环水箱1与离心泵4的输入端之间的管路上安装有启停闸阀3，启停闸阀3可以控制离心泵的启停；在离心泵的输出端上安装有管路15，管路15的一端与离心泵4的输出端密封连通，另一端的端头安装有自激吸气式脉冲射流装置9，在离心泵4输出端的管路上安装有闸阀5，闸阀5可以调节自激吸气式脉冲射流装置9的工作压力；在闸阀5的旁侧设有电磁流量计6，电磁流量计6通过法兰盘与管路15固定在一起；在自激吸气式脉冲射流装置9内侧的管路上压力传感器8，在压力传感器8内侧的管路上安装有压力表7，通过压力表7和压力传感器8可以观测出离心泵4提供给自激吸气式脉冲射流装置9的水流工作压力。

自激吸气式脉冲射流装置9垂直设置在循环水箱1的上方，且自激吸气式脉冲射流装置9的下喷嘴距离循环水箱1内的水面有一定的距离，在自激吸气式脉冲射流装置9的周侧开有多个吸气孔12，气体涡轮流量计10通过吸气管与吸气孔12密封连通在一起，通过气体涡轮流量计10可以测量出自激吸气式脉冲射流装置9的吸气量；在循环水箱1的外侧设有高速摄像机13和LED灯14，高速摄像机13安装在循环水箱1的一侧，LED灯14安装在与高速摄像机13相对应的循环水箱1的另一侧，高速摄像机13可捕获自激吸气式脉冲射流装置9在水箱的水气混合行为，并且循环水箱1的水深要大于水气混合行为中的气泡群穿透深度。

在循环水箱1的外侧还设有数据采集系统16，数据采集系统16包括数据采集设备和计算机，数据采集设备与计算机通过数据线连接，并且电磁流量计6、压力传感器8和多参数水质监测仪11通过数据线与数据采集系统16内的数据采集设备电连接，通过数据采集系统16可将压力传感器8采集的水流工作压力、电磁流量计6采集的水流流量和多参数水质监测仪11采集的循环水箱1内水体的温度和溶解氧浓度的数据收集到一起。

将自激吸气式脉冲射流装置9用于改善河渠和湖库等地表水体水生态健康时，便需要通过现场曝气系统来实现物理、化学和水生生物参数的测量和样品采集，如图4所示，现场曝气系统包括射流船17，在射流船17船体上的右侧固定安装有离心泵4，在离心泵4的输入端安装有吸水管18，吸水管18的一端与离心泵4的输入端密封连通，另一端延伸至水中，离心泵4的输出端安装有出水管19，出水管19的一端与离心泵4的输出端密封连通在一起，另一端通过法兰盘21与铝丝软管20连接，并且铝丝软管20具有可伸缩性；在靠近离心泵2输出端的管路上分别依次安装有压力表7、启停闸阀3和电磁流量计6，压力表7可测量出离心泵4提供给自激吸气式脉冲射流装置9的水流工作压力，启停闸阀3可控制离心泵4的启停，电磁流量计6可测量出水管19内的水体流量。

铝丝软管20的末端通过法兰盘21与出水管19密封连通，首端通过法兰盘21与连接管26密封连接，在射流船17的前端中部设有进水管27，进水管27的末端通过铰接杆与射流船17铰接在一起，连接管26与进水管27连接在一起，在进水管27的首端横向设有配水管28，配水管28与进水管组合构成T字形，配水管28的中部与进水管27的首端密封连通在一起；配水管28上均匀水平安装有多个自激吸气式脉冲射流装置9，自激吸气式脉冲射流装置9通过法兰盘21四周配以螺栓与弯头35密封连接，弯头35通过法兰盘21与配水管28密封连接在一起，自激吸气式脉冲射流装置9可通过弯头来调节角度，弯头35的角度范围在0~90°之间，自激吸气式脉冲射流装置9四周侧面开有两个吸气孔12，在吸气孔12内设有吸气软管29，吸气软管29的首端固定密封在吸气孔12内，末端固定在射流船17船体前端的固定盘30内与大气相连。

射流船17船体上的前端固定焊接有四角支架22，在四角支架22上方固定安装有滑轮23，离心泵4的内侧固定安装有卷扬机25，牵引钢丝24一端与卷扬机25固定连接在一起，另一端缠绕并穿过滑轮23固定连接在配水管28中部；射流船17的前侧设有采样船31，在采样船31船体上的前端设置有多参数水质监测仪11，在采样船31船体上的后端设置有垂直采样器32和采样瓶33，垂直采样器32和采样瓶33，用于对河渠和湖库等地表水的样品采集。

在试验曝气系统开始工作前，为了获得循环水箱1中转移到水中的氧气量，首先在循环水箱1中注入已知体积的水，通过刻度尺2来控制水深，当水注入完成后，加入亚硫酸钠和氯化钴作为催化剂进行去氧化处理，使循环水箱1内的水的溶解氧浓度在1.0mg/L~2.0mg/L之间，通过多参数水质监测仪11对初始溶解氧浓度进行测量并记录，然后将离心泵4开启，循环水箱1中具有低溶解氧浓度的水通过管路15被泵出，管路15内的水通过电磁流量计6、压力表7和压力传感器8至自激吸气式脉冲射流装置9内，电磁流量计6用于测量管路15内水体的流量大小，压力表7和压力传感器8用于观察和记录离心泵4提供给自激吸气式脉冲射流装置的水流工作压力，通过闸阀5可以调节离心泵4提供给自激吸气式脉冲射流装置的水流工作压力的大小，通过启停闸阀3可以控制离心泵4的启停，自激吸气式脉冲射流装置9垂直设置在循环水箱1的上方，通过设置在自激吸气式脉冲射流装置吸气孔内的气体涡轮流量计可以测量出自激吸气式脉冲射流装置的吸气量，并且自激吸气式脉冲射流装置9的下喷嘴距离循环水箱1内的水面有一定的距离，当水进入到自激吸气式脉冲射流装置9内后，通过在装置内部形成负压与外界大气压形成压力差，在压力差的驱动下，外界空气能够通过吸气孔进入到自激吸气式脉冲射流装置9内，形成旋转具有周期性的膨胀和压缩器水涡团，在自激吸气式脉冲射流装置9的下喷嘴产生水气两相脉冲射流并喷出，进入到循环水箱1中，实现自激吸气式脉冲射流装置9的水气混合行为。

通过调整图像分辨率和帧率来对高速摄像机13拍摄图像的清晰度和数量进行控制，采用数学图像处理技术对水气混合图像进行处理，分析高质量图像结合刻度尺2可分析气体体积分数和直径、气泡群宽度、气泡群穿透深度等水气混合行为。

在自激吸气式脉冲射流装置运行的时间段内以一定的时间间隔采用多参数水质监测仪11测量循环水箱1中的水中的瞬时溶解氧浓度；在确保自激吸气式脉冲射流装置运行一段时间后循环水箱1中的水溶解氧浓度未达到饱和值，采用多参数水质监测仪11测量循环水箱1中的水中的最终溶解氧浓度。

通过多参数水质监测仪11测量出来的初始溶解氧浓度、瞬时溶解氧浓度和最终溶解氧浓度，根据溶解氧浓度估算体积传递系数，再根据每单位体积水的输入功率计算氧气传递效率，进而分析自激吸气式脉冲射流装置9的曝气性能。

通过数据采集系统16可以对压力传感器8采集到的离心泵4提供给自激吸气式脉冲射流装置的水流工作压力、电磁流量计6采集到的管路15内水体的流量、气体涡轮流量计10采集的吸气量和多参数水质监测仪11采集的初始、瞬时和最终溶解氧浓度进行实时采集并贮存和分析。

试验曝气系统结束时，首先将电磁流量计6和气体涡轮流量计10关闭，然后依次关闭闸阀5、关闭离心泵4、高速摄像机13和LED灯14。

在现场曝气系统开始工作前，首先对曝气位置附近的水深、流速以及地表水体的物理、化学和水生生物参数进行详细的了解，然后将射流船17航行到曝气位置处，将离心泵4启动，离心泵通过吸水管18将水吸入出水管19，水体经过闸阀5、压力表7电磁流量计5进入到铝丝软管20，在通过铝丝软管20进入到连接管26和进水管27，进水管通过配水管28将水均匀分给多个自激吸气式脉冲射流装置，自激吸气式脉冲射流装置通过安装在射流船17上的吸气软管29吸入空气，混合后形成水气脉冲射流并冲击地表水体，来对地表水体进行曝气。

通过卷扬机可以使自激吸气式脉冲射流装置放置在河渠和湖库等地表水体曝气点上，由于进水管通过铰接杆与射流船铰接在一起，在需要调节进水管与配水管的角度时，启动卷扬机，卷扬机便会带动牵引钢丝收卷和松放，通过牵引钢丝的收卷或松放，牵引钢丝便会通过滑轮带动配水管起落，从而使自激吸气式脉冲射流装置放置在河渠和湖库等地表水体曝气点上。

如图8所示，自激吸气式脉冲射流装置通过弯头35角度的变化可实现自激吸气式脉冲射流装置的水平放置、倾斜放置和垂直放置三种方式，通过卷扬机可以调整自激吸气式脉冲射流装置垂直放置和倾斜放置时水面以上的距离以及水平放置时的水下位置。

在较浅的水体中，可采用水平放置和倾斜放置，在使用水平放置的时候，通过卷扬机将自激吸气式脉冲射流装置放置在地表水体中，通过调节弯头的角度， 使自激吸气式脉冲射流装置与水面平行；在使用倾斜放置的时候，通过卷扬机将自激吸气式脉冲射流装置放置在地表水体的水面上方，然后通过调节弯头的角度，使自激吸气式脉冲射流装置倾斜于水面；在使用垂直放置的时候，通过卷扬机将自激吸气式脉冲射流装置放置在地表水体的水面上方，然后通过调节弯头的角度，使自激吸气式脉冲射流装置垂直于水面；通过调整射流船17上安装的离心泵4的水流工作压力可以控制自激吸气式脉冲射流装置的吸气量、气泡群宽度和气泡群穿透长度，以适应河渠和湖库等地表水体水深的变化。

其中水平放置的方式能够增加接触表面积和曝气的时间，从而增加氧气的传递效率，深水水体可以采用垂直放置的方式，既可以去分层化也可以对深水层进行充氧；如果仅给深水层补充氧气的话，则可以采用水平放置和倾斜放置形式。

在藻类较多的河渠和湖库等地表水体中，对于浅水水体，可以通过自激吸气式脉冲射流装置水气两相脉冲射流的扩散使水体中藻类发生迁移来控制藻类生长，对于深水水体通过自激吸气式脉冲射流装置垂直放置的方式使上下层水体循环可减少水体上层藻类的数量来控制藻类生长，同时在下层增加藻类，从而使藻类分布均匀化，上层藻类的减少降低了它们的生产能力，而下层藻类的增加加速了由于不利的生长条件导致的藻类死亡，从而改善水体水生态的健康。

现场曝气系统结束后一段时间内，根据环境监测的标准和规范来布置采样点34，将采样船航行至采样点34处，通过采样船31上的垂直取样器32和采样瓶33对河渠和湖库等地表水体曝气系统附近区域物理、化学和水生生物参数进行样品采集，来分析曝气对水生态健康的改善效果，如水质改善、沉积物磷负荷释放控制、浮游藻类控制以及对鱼类、浮游动物和底栖动物的影响等。

实施例2，本实施中的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统以与实施例1中的不同点为中心进行说明。

本实施例中，在试验曝气系统中，自激吸气式脉冲射流装置9为水平放置，如图2所示，自激吸气式脉冲射流装置9设在循环水箱1的一边侧壁上，在循环水箱1开有通孔，自激吸气式脉冲射流装置9的下喷嘴穿过通孔与水箱密封连接，并且自激吸气式脉冲射流装置9通过法兰盘21和螺栓与循环水箱1固定连接，通过自激吸气式脉冲射流装置的水平放置可以通过高速摄像机13并结合LED灯14来观察深水层中水平射流水气混合行为，循环水箱1的长度要大于水平射流的穿透长度；从而可以对循环水箱1内水中深水层的水气混合行为和溶解氧浓度进行观察和测量，包括吸气量、气泡浓度和直径、动量射流穿透长度、浮力射流穿透长度和总穿透长度等，在此基础上进一步分析曝气性能。

实施例3，本实施中的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统以与实施例1中的不同点为中心进行说明。

本实施例中，在试验曝气系统中，自激吸气式脉冲射流装置9为倾斜放置，如图3所示，自激吸气式脉冲射流装置9倾斜设在循环水箱1上方，并且自激吸气式脉冲射流装置9的下喷嘴距离水面有一定的距离，自激吸气式脉冲射流装置9在倾斜放置时，可设置30°、45°、60°和75°的倾斜角，通过自激吸气式脉冲射流装置的倾斜放置可以通过高速摄像机13并结合LED灯14来观察自激吸气式脉冲射流装置的不同喷射角度下的水气混合行为，循环水箱1的长度要大于水平射流的穿透长度，循环水箱1的水深和长度要大于气泡群穿透深度和气泡群宽度；从而可以对循环水箱1内水中的水气混合行为和溶解氧浓度进行观察和测量，包括吸气量、气泡浓度和直径、动量射流穿透长度、浮力射流穿透长度和总穿透长度等，在此基础上进一步分析曝气性能。

实施例4，本实施中的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统以与实施例1中的不同点为中心进行说明。

本实施例中，如图7所示，在进水管27和配水管28之间斜向对称设有支撑杆36，支撑杆36为两个，支撑杆36斜向镜像固定焊接在进水管27和配水管28之间，并且与进水管27和配水管28组成三角支架，通过焊接的支撑杆36能够使加固稳定进水管27和配水管28，延长进水管和配水管的使用寿命，降低了维修成本。

实施例5，本实施中的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统以与实施例1中的不同点为中心进行说明。

本实施例中，在现场曝气系统中，自激吸气式脉冲射流装置9中腔体的四周开设有四个吸气孔12，每个吸气孔12内设有吸气软管29，吸气软管29的首端密封连接在吸气孔12内，吸气软管29的末端固定在射流船17船体上前端的固定盘30内，通过增加的吸气孔12能够更好的满足自激吸气式脉冲射流装置9吸气量的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，包括试验曝气系统和现场曝气系统，其特征在于，所述试验曝气系统包括自激吸气式脉冲射流装置、气体涡轮流量计、水箱、记录单元、抽水单元和数据检测单元，所述抽水单元的输入端与水箱连接，在水箱边壁装有刻度尺，抽水单元的输出端与自激吸气式脉冲射流装置输入端密封连接，在自激吸气式脉冲射流装置上开有吸气孔，所述气体涡轮流量计安装在吸气孔内，所述数据检测单元包括电磁流量计、压力传感器、多参数水质监测仪和数据采集系统，电磁流量计和压力传感器安装在抽水单元的输出管路上，所述多参数水质监测仪安装在水箱侧面，所述电磁流量计、压力传感器和多参数水质监测仪与数据采集系统电连接，所述记录单元设于水箱的一侧；所述现场曝气系统包括自激吸气式脉冲射流装置、射流船、采样船、抽水机构、升降调节装置、采样收集单元，所述抽水机构设置在射流船上，抽水机构的输入端延伸至水中，所述抽水机构的输出端与多个自激吸气式脉冲射流装置的输入端密封连接，所述升降调节装置固定设置在射流船的船体上；所述采样船设在射流船旁侧，所述采样收集单元设置在采样船上。

2.根据权利要求1所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述试验曝气系统中的自激吸气式脉冲射流装置有水平、倾斜和垂直三种放置方式，根据三种不同的放置方式，试验曝气系统分为自激吸气式脉冲射流装置水平放置的试验曝气系统、自激吸气式脉冲射流装置倾斜放置的试验曝气系统和自激吸气式脉冲射流装置垂直放置的试验曝气系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述试验曝气系统中的抽水单元包括管路、离心泵、启停闸阀、闸阀和压力表，管路的一端与水箱密封连通，另一端与离心泵的输入端密封连接在一起，所述启停闸阀固定设置在离心泵输入端与水箱之间的管路上；所述离心泵的输出端密封连接有管路，所述闸阀与电磁流量计设置在离心泵的输出端与自激吸气式脉冲射流装置的输入端之间的管路上，所述压力表与压力传感器固定设置在靠近自激吸气式脉冲射流装置输入端的管路处。

4.根据权利要求1所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述试验曝气系统中的数据采集系统包括数据采集设备和计算机，计算机与数据采集设备电连接，所述电磁流量计、压力传感器和多参数水质监测仪与数据采集设备电连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述试验曝气系统中的记录单元包括高速摄像机和LED灯源，高速摄像机安装于水箱的一侧，所述LED灯源安装在与高速摄像机同侧的水箱上或另一侧的水箱上。

6.根据权利要求1所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述现场曝气系统中的抽水机构包括吸水管、离心泵、出水管、压力表、闸阀、电磁流量计、铝丝软管、连接管、进水管和配水管，离心泵安装在射流船体上，所述吸水管的一端与离心泵输入端密封连通，另一端延伸至水中，所述出水管的一端与离心泵的输出端密封连通，另一端通过法兰盘与铝丝软管密封连通，所述压力表、闸阀和电磁流量计分别固定安装在出水管上，所述铝丝软管一端通过法兰盘与出水管密封连接，另一端通过法兰盘与连接管密封连接，所述连接管与进水管密封连通；所述配水管横向设置且配水管的中部与进水管的首端密封连通，进水管与配水管组合构成T字形，所述进水管的末端铰接在射流船的船体前端；所述配水管的输出端多个，且每个输出端均通过法兰盘与自激吸气式脉冲射流装置的输入端密封连通。

7.根据权利要求1所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述现场曝气系统中的自激吸气式脉冲射流装置的多个吸气孔内均设有吸气软管，吸气软管的首端密封连接在吸气孔内，另一端固定在射流船船体上与大气相连。

8.根据权利要求7所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述现场曝气系统中的自激吸气式脉冲射流装置还包括弯头，自激吸气式脉冲射流装置输入端通过法兰盘与弯头的输出端密封连接，弯头的输入端通过法兰盘与配水管的输出端密封连通。

9.根据权利要求1所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述现场曝气系统中的升降调节装置包括四腿支架、滑轮、钢丝和卷扬机，四角支架安装在射流船的船体前端，所述滑轮设置在四角支架上方，安装所述卷扬机安装在离心泵的一侧，所述钢丝的一端通过滑轮与配水管固定连接，另一端与卷扬机固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于自激吸气式脉冲射流装置的射流曝气系统，其特征在于，所述现场曝气系统还包括支撑杆，所述支撑杆为两个，支撑杆斜向镜像固定在进水管与配水管之间形成三角支架。

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