CN111532371A - 一种小型微气泡发生器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种小型微气泡发生器及方法，属于微气泡减阻领域；包括水泵、三个阀门、控制器、气泡发生室、第一管道、第二管道、单向阀；第一管道上依次安装有水泵、第一阀门、气泡发生室、第二阀门；固态反应原料块通过滤网盒安装于第一管道内形成气泡发生室；所述第二管道的第一端口和第二端口分别与所述气泡发生室的两端连通，并位于所述第一阀门和第二阀门之间；第二管道的第三端口与第一管道的出口端连通，第三阀门和单向阀安装于第二端口和第三端口之间。装置通过水和有机酸与碳酸氢钠混合固体反应生成二氧化碳气体，生成的气泡小，密度大，更有利于减阻，在水流中分布均匀且不需要携带额外的气源，装置体积小，成本低。

Description

一种小型微气泡发生器及方法
技术领域
本发明属于微气泡减阻领域，具体涉及一种小型微气泡发生器及方法。
背景技术
船舶及水下航行器阻力以粘性阻力为主，兴波阻力所占部分较少，而粘性阻力中摩擦阻力又占绝大部分，所以如何减小这类摩擦阻力吸引了众多研究者的目光。微气泡减阻技术就是利用气体介质与液体介质之问在密度和粘度等方面的属性差异，在壁面边界层附近连续不断的喷射微小气泡，形成气液两相混合流，将部分流体与壁面隔离，以气液界面取代固液界面，从而达到减小摩擦阻力的作用。学者Tokunaga在拖曳被气泡包围的平板的实验中,取得了摩擦阻力减少80％的令人振奋的成果。
目前的航行器用微气泡发生器多为微孔成泡方式，微孔成泡是利用某些介质制成微孔结构，当压缩气体经过微孔结构时在水中形成微气泡。发明专利CN108341019A中涉及一种由进气管和水翼的组成的微气泡发生器，通过进气管把水面上的空气吸入水翼处形成气泡，装置一部分需要在水面上吸入空气，不适用于水下航行器的使用；发明专利CN105857511A中涉及一种由进水管、进气管、鼓风机、水泵组成的微气泡发生器，通过鼓风机经进气管吸入的空气和通过水泵经进水管吸入水混合形成气泡，但是此装置同样需要在水面上吸入空气，且设备体积大，耗能大，不适用与水下航行器的使用；发明专利CN103861488A涉及一种由进水管、水泵、供气系统、孔板组成的微气泡发生器，通过水泵吸水和供气系统混合成水气两相流体通过孔板生成微气泡，但是此装置需要额外的供气系统，不利于水下小型航行器的使用。使用气体直接供给的设备，需要从水面上吸取空气或携带气瓶等装备，前者一般需要动力源吸取空气，导致设备复杂，体积大，成本高，且只适用于水面上的航行体。后者可运用到水下航行器中，但是需要额外携带的气源体积大，同样造成设备复杂，体积大，不适用于小型水下航行器的使用。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种适用于小型水下航行器的小型微气泡发生器及方法，基于化学反应原理，采用装有由柠檬酸和碳酸氢钠压制成的固态反应原料块，固态反应原料块遇水产生二氧化碳气泡，反应方程式为C6H8O7+3NaHCO3＝C6H5O7Na3+3H2O+3CO2↑，以此解决小型水下航行器微气泡生成问题。
本发明的技术方案是：一种小型微气泡发生器，其特征在于：包括水泵、三个阀门、控制器、气泡发生室、第一管道、第二管道、单向阀，通过所述控制器控制三个阀门的通断；
所述第一管道上从管道入口端到出口端依次安装有水泵、第一阀门、气泡发生室、第二阀门；所述气泡发生室包括滤网盒和装入滤网盒内的固态反应原料块，第一阀门和第二阀门用于控制进、出所述气泡发生室的水流；
所述固态反应原料块包括柠檬酸和碳酸氢钠的固体粉末；
所述第二管道设置有三个端口，第一端口和第二端口分别与所述气泡发生室的两端连通，并位于所述第一阀门和第二阀门之间；所述第二管道的第三端口与第一管道的出口端连通，所述第三阀门和单向阀安装于第二端口和第三端口之间。
本发明的进一步技术方案是：所述固态反应原料块中柠檬酸和碳酸氢钠固体粉末的重量比为16：7。
本发明的进一步技术方案是：所述第一管道为L型，所述气泡发生室与第一管道为可拆卸连接。
本发明的进一步技术方案是：所述固态反应原料块为蜂窝状，便于水流穿过。
一种采用所述小型微气泡发生器产生微气泡的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1：所述控制器向所述水泵和三个阀门发出指令；
步骤2：将所述水泵打开，第一阀门、第二阀门打开，第三阀门关闭；
步骤3：通过所述水泵将水源抽入第一管道中，在所述气泡发生室中与固态反应原料块发生反应生成二氧化碳气泡，并与水形成气液两相混合流体；
步骤4：将步骤3产生的微气泡排出第一管道的出口，并附着在航行器表面上实现减阻；
步骤5：达到设定的微气泡生成量后，所述控制器发出关闭指令；
步骤6：将所述水泵关闭，第一阀门、第二阀门关闭，第三阀门打开；
步骤7：所述气泡发生室内残留的水继续与固态反应原料块产生气体，气体将剩余的水从气泡发生室的两端压入第二管道中，水经第二管道进入第一管道后排出；直到水面下降至不与固态反应原料块接触，一次微气泡发生工作完成。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明提出一种小型微气泡发生装置，由水泵、阀门、控制器、气泡发生室、第一管道、第二管道、单向阀组成；控制器控制水泵和阀门，控制回路简单；水流进入气泡发生装置与气体产生块发生化学反应生成气体，装置通过水和有机酸与碳酸氢钠混合固体反应生成二氧化碳气体，生成的气泡小，密度大，更有利于减阻，在水流中分布均匀且不需要携带额外的气源，装置体积小，成本低。停止装置时，产生的气体把水面压低至不与固态反应原料块接触，保证固态反应原料块与水不接触，便于下次使用，结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明一种小型微气泡发生装置的总体示意图。
图2为本发明一种小型微气泡发生装置的气泡发生室内部示意图。
图3为本发明一种小型微气泡发生装置的固态反应原料块示意图。
附图标记说明：1.水泵，2.第一阀门，3.控制器，4.气泡发生室，5.第二阀门，6.第一管道，7.单向阀，8.第三阀门，9.第二管道，41.滤网盒，42.固态反应原料块。
注：细线代表控制电路，箭头代表重力方向。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例是一种小型微气泡发生装置。主要由水泵、阀门、控制器、气泡发生室、第一管道、第二管道、单向阀组成。控制器作用是控制水泵的开关和驱动伺服电机来改变气泡发生室的状态。
参阅图1，图2，图3。水泵1安装在第一管道6的前端，气泡发生室4安装在第一管道6中段。气泡发生室4内有滤网盒41，滤网盒41内装有固态反应原料块42，固态反应原料块42主要由柠檬酸和碳酸氢钠压制而成，遇水两者可发生反应生成二氧化碳气体，反应方程式为C6H8O7+3NaHCO3＝C6H5O7Na3+3H2O+3CO2↑，固态反应原料块42为蜂窝状，水可从其中穿过。气泡发生室4可从管路上拆卸，更换固态反应原料块42。控制器3控制水泵1和第一阀门2、第二阀门5、第三阀门8。当控制器3向水泵1和第一阀门2、第二阀门5、第三阀门8发出指令，水泵1开始工作，同时第一阀门2、第二阀门5打开，第三阀门8关闭。水流由水泵1从水源处(航行中水域中)抽取，进入气泡发生室4，此时气泡发生室内的固态反应原料块中的柠檬酸与碳酸氢钠遇水发生反应产生二氧化碳气泡与水混合，在水流的作用下排出，并附着在航行器表面，产生减阻效果。此过程中通过控制水泵1的转速来调整气泡发生室4内水流速度，以此调节气泡产生的速度。
装置停止工作时，控制器3向水泵1和第一阀门2、第二阀门5、第三阀门8发出指令，水泵1停止工作，同时第一阀门2、第二阀门5关闭，第三阀门8打开。此时气泡发生室4存有部分水，会继续有二氧化碳气体产生，产生的二氧化碳气体使气泡发生室内的气压增大，此时产生的二氧化碳气体会把气泡发生室4内的水经第二管道9压入第一管道6，同时单向阀7保证第一管道6内水不会回流至第二管道9内。当气泡发生室4内的固态反应原料块不与水接触，无二氧化碳气体产生，工作结束。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种小型微气泡发生器，其特征在于：包括水泵、三个阀门、控制器、气泡发生室、第一管道、第二管道、单向阀，通过所述控制器控制三个阀门的通断；
所述第一管道上从管道入口端到出口端依次安装有水泵、第一阀门、气泡发生室、第二阀门；所述气泡发生室包括滤网盒和装入滤网盒内的固态反应原料块，第一阀门和第二阀门用于控制进、出所述气泡发生室的水流；
所述固态反应原料块包括柠檬酸和碳酸氢钠的固体粉末；
所述第二管道设置有三个端口，第一端口和第二端口分别与所述气泡发生室的两端连通，并位于所述第一阀门和第二阀门之间；所述第二管道的第三端口与第一管道的出口端连通，所述第三阀门和单向阀安装于第二端口和第三端口之间。
2.根据权利要求1所述小型微气泡发生器，其特征在于：所述固态反应原料块中柠檬酸和碳酸氢钠固体粉末的重量比为16：7。
3.根据权利要求1所述小型微气泡发生器，其特征在于：所述第一管道为L型，所述气泡发生室与第一管道为可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述小型微气泡发生器，其特征在于：所述固态反应原料块为蜂窝状，便于水流穿过。
5.一种采用权利要求1所述小型微气泡发生器产生微气泡的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1：所述控制器向所述水泵和三个阀门发出指令；
步骤2：将所述水泵打开，第一阀门、第二阀门打开，第三阀门关闭；
步骤3：通过所述水泵将水源抽入第一管道中，在所述气泡发生室中与固态反应原料块发生反应生成二氧化碳气泡，并与水形成气液两相混合流体；
步骤4：将步骤3产生的微气泡排出第一管道的出口，并附着在航行器表面上实现减阻；
步骤5：达到设定的微气泡生成量后，所述控制器发出关闭指令；
步骤6：将所述水泵关闭，第一阀门、第二阀门关闭，第三阀门打开；
步骤7：所述气泡发生室内残留的水继续与固态反应原料块产生气体，气体将剩余的水从气泡发生室的两端压入第二管道中，水经第二管道进入第一管道后排出；直到水面下降至不与固态反应原料块接触，一次微气泡发生工作完成。
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