RU2814349C1 - Device for creating gas-liquid flow, method and system for dissolving gas in liquid - Google Patents

Device for creating gas-liquid flow, method and system for dissolving gas in liquid Download PDF

Info

Publication number
RU2814349C1
RU2814349C1 RU2023111447A RU2023111447A RU2814349C1 RU 2814349 C1 RU2814349 C1 RU 2814349C1 RU 2023111447 A RU2023111447 A RU 2023111447A RU 2023111447 A RU2023111447 A RU 2023111447A RU 2814349 C1 RU2814349 C1 RU 2814349C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
liquid
flow
liquid flow
cavitator
Prior art date
Application number
RU2023111447A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Есиков
Константин Владимирович Каменщиков
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "КАВ-ЭКО" (АО "НПО "КАВ-ЭКО")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение "КАВ-ЭКО" (АО "НПО "КАВ-ЭКО") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "КАВ-ЭКО" (АО "НПО "КАВ-ЭКО")
Application granted granted Critical
Publication of RU2814349C1 publication Critical patent/RU2814349C1/en

Links

Abstract

FIELD: various technological processes.
SUBSTANCE: group of inventions relates to methods and devices for dissolving gases in liquids and can be used, in particular, for dissolving air oxygen in water during treatment of domestic and industrial waste water. System for dissolving gas in a liquid comprises in-series connected a liquid supply unit, at least one device for creating a gas-liquid flow, located above the surface of the volume of liquid in which the gas is dissolved, and at least one turbine located in the bottom area of the liquid volume. Device for creating a gas-liquid flow comprises nozzle, working chamber, ejector chamber and diffuser, all being connected in series to make a single cylindrical housing. Nozzle consists of confuser and cavitator. At the beginning of the ejector chamber there are support posts with openings for gas supply along the external surface of the liquid flow. In cavitator there are channels for suction of gas flow from external medium and its supply inside liquid flow. Nozzle is made with possibility to create gas-liquid flow and is characterized by a flow coefficient of not less than 0.9.
EFFECT: increased energy efficiency of gas dissolution in liquid.
23 cl, 1 tbl, 40 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

Изобретение относится к способам и устройствам для растворения газов в жидкостях и может быть использовано, в частности, для растворения кислорода воздуха в воде в процессе очистки бытовых и производственных сточных вод.The invention relates to methods and devices for dissolving gases in liquids and can be used, in particular, for dissolving oxygen in water in the process of treating domestic and industrial wastewater.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Явление гидродинамической кавитации, впервые описанное Рэлеем в работе [Rayleigh L. On the pressure developed in a liquid during the collapse of a spherical cavity // Philos. Mag. - 1917 - V. 34. - P. 94-98.], характеризуется появлением в жидкой среде парогазовых пузырьков, растущих из ядер кавитации в результате локального понижения давления в потоке до уровня, при котором происходит испарение жидкости и диффузия растворенных газов внутрь пузырьков. Кавитация, возникающая по этому механизму, называется естественной. Для возникновения гидродинамической кавитации необходимое для этого снижение давления в жидкости достигается за счет ускорения потока при уменьшении его живого сечения.The phenomenon of hydrodynamic cavitation, first described by Rayleigh in [Rayleigh L. On the pressure developed in a liquid during the collapse of a spherical cavity // Philos. Mag. - 1917 - V. 34. - P. 94-98.], characterized by the appearance in a liquid medium of vapor-gas bubbles growing from cavitation nuclei as a result of a local decrease in pressure in the flow to a level at which evaporation of the liquid and diffusion of dissolved gases into the bubbles occurs. Cavitation that occurs through this mechanism is called natural. For hydrodynamic cavitation to occur, the necessary reduction in pressure in the liquid is achieved by accelerating the flow while reducing its open cross-section.

Если в разреженную область потока жидкости подавать газ, то возникает явление, называемое искусственной (вентилируемой) кавитацией, при которой отсутствует испарение жидкости. Искусственная кавитация широко используется в технике экспериментальных исследований кавитационных течений, так как позволяет создавать каверны при существенно меньших скоростях жидкости по сравнению с естественной кавитацией.If gas is supplied to a rarefied region of a liquid flow, a phenomenon called artificial (ventilated) cavitation occurs, in which there is no evaporation of the liquid. Artificial cavitation is widely used in the technique of experimental studies of cavitation flows, as it allows the creation of cavities at significantly lower fluid velocities compared to natural cavitation.

В экспериментальных исследованиях широко используются гидродинамические кавитационные трубы - устройства, конструктивные элементы которых стали базовыми прототипами подавляющего большинства кавитационных технологических аппаратов [Горшков А.С., Русецкий А.А. Кавитационные трубы. Ленинград: Судостроение, 1972], [Борусевич В.О. Гидродинамические аспекты проектирования кавитационных труб. Диссерт. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук, Санкт-Петербург, 2005, 185 с.]. Например, общим для этих устройств является то, что кавитация создается за счет локального ускорения потока с помощью конфузора и диффузора.In experimental studies, hydrodynamic cavitation tubes are widely used - devices, the structural elements of which have become the basic prototypes of the vast majority of cavitation technological devices [Gorshkov A.S., Rusetsky A.A. Cavitation pipes. Leningrad: Shipbuilding, 1972], [Borusevich V.O. Hydrodynamic aspects of designing cavitation pipes. Dissertation for the job application uch. Art. Ph.D. tech. Sciences, St. Petersburg, 2005, 185 pp.]. For example, what these devices have in common is that cavitation is created by locally accelerating the flow using a confuser and diffuser.

Пороговые значения скорости и давления потока, при которых возникает кавитация, связаны между собой формулой для числа кавитации. При малых числах кавитации, которые соответствуют высоким скоростям и малым давлениям потока, образуется длинная каверна или суперкаверна, длина которой во много раз превышает поперечный размер тела, за которым она образуется. Здесь следует отметить, что при одинаковых скоростях потока искусственная кавитация приводит к образованию более длинных каверн. Другими словами, процесс образования искусственной суперкаверны энергетически более эффективен. Но динамика естественной каверны более интенсивна, так как она развивается в условиях больших градиентов скоростей и давлений.The threshold values of flow velocity and pressure at which cavitation occurs are related by the formula for the cavitation number. At low cavitation numbers, which correspond to high flow velocities and low pressures, a long cavity or supercavity is formed, the length of which is many times greater than the transverse size of the body behind which it is formed. It should be noted here that at the same flow rates, artificial cavitation leads to the formation of longer cavities. In other words, the process of forming an artificial supercavity is energetically more efficient. But the dynamics of a natural cavity are more intense, since it develops under conditions of large velocity and pressure gradients.

На практике в процессах растворения газов в жидкостях часто используются высокоскоростные гидродинамические режимы течения жидкости, соответствующие естественной кавитации, с одновременной подачей газа в область каверны. При этом предполагается, что интенсивный коллапс кавитационных пузырьков вызывает диспергирование газовой фазы и интенсификацию растворения газа в жидкости. Однако, интенсивность коллапса кавитационных пузырьков существенно зависит от наличия пара в нем, конденсация которого и вызывает высокоскоростной коллапс пузырька. Но подача газа в каверну сопровождается повышением давления в каверне, что приводит к прекращению процесса испарения жидкости. Поэтому целевой эффект диспергирования газа за счет кавитационных эффектов при интенсивном коллапсе пузырьков не достигается, но при этом затрачивается много энергии на обеспечение высоких скоростей потока.In practice, in the processes of dissolution of gases in liquids, high-speed hydrodynamic regimes of liquid flow, corresponding to natural cavitation, are often used with simultaneous supply of gas to the cavity region. It is assumed that the intense collapse of cavitation bubbles causes dispersion of the gas phase and intensified dissolution of gas in liquid. However, the intensity of the collapse of cavitation bubbles significantly depends on the presence of steam in it, the condensation of which causes high-speed collapse of the bubble. But the supply of gas to the cavity is accompanied by an increase in pressure in the cavity, which leads to the cessation of the process of evaporation of the liquid. Therefore, the target effect of gas dispersion due to cavitation effects with intense bubble collapse is not achieved, but a lot of energy is spent to ensure high flow rates.

Из уровня техники известен способ и устройство для обработки воды с помощью гидродинамической кавитации, раскрытый в US 7247244 В2, опубликованного 20.04.2006. В способе осуществляют подвод дополнительных газовых компонентов в сечение потока, в котором установлен кавитатор, для проведения окислительных процессов.A method and device for treating water using hydrodynamic cavitation is known from the prior art, disclosed in US 7247244 B2, published on April 20, 2006. The method involves supplying additional gas components to the flow section in which the cavitator is installed to carry out oxidation processes.

Из US 7338551 В2, опубликованного 09.02.2006, известны способ и устройство для генерации микропузырьков в жидкости с помощью гидродинамической кавитации. В способе осуществляют газирование жидкости путем подвода газа в сечение потока, в котором установлен кавитатор, для получения дисперсной газожидкостной смеси.From US 7338551 B2, published 02/09/2006, a method and device for generating microbubbles in a liquid using hydrodynamic cavitation are known. The method involves gassing a liquid by supplying gas to the flow section in which the cavitator is installed to obtain a dispersed gas-liquid mixture.

В US 6012492 А, опубликованного 11.01.2000, раскрыты способ и устройство для проведения сонохимических реакций с помощью гидродинамической кавитации. В способе осуществляют газирование жидкости для управления ходом сонохимических реакций.US 6,012,492 A, published January 11, 2000, discloses a method and apparatus for carrying out sonochemical reactions using hydrodynamic cavitation. The method involves carbonating the liquid to control the progress of sonochemical reactions.

В приведенных выше патентных источниках применяются потоки жидкости со скоростями не менее 12÷16 м/с в сжатом сечении потока, в котором установлен кавитатор. Кроме того, используются многоступенчатые кавитаторы и дополнительные конструктивные элементы для сжатия потока перед кавитатором или после него. Такие решения увеличивают затраты энергии на проведение рабочего процесса и не могут быть использованы в технологиях с более жесткими требованиями к их энергоемкости.In the above patent sources, liquid flows with velocities of at least 12÷16 m/s are used in the compressed section of the flow in which the cavitator is installed. In addition, multi-stage cavitators and additional structural elements are used to compress the flow before or after the cavitator. Such solutions increase energy costs for the work process and cannot be used in technologies with more stringent requirements for their energy intensity.

Из RU 2194024, опубликованного 10.12.2000, известен аэратор. Аэратор подводит газ в область потока жидкости, в которой скорость течения увеличивается при обтекании установленного в ней тела до уровня, при котором возникает паровая кавитация. Диспергирование газа в жидкости для проведения окислительных процессов осуществляется с помощью энергии коллапса кавитационных пузырьков. В аэраторе обтекаемая насадка выполняется в виде комбинации конуса 11, обтекаемого в режиме паровой кавитации, и крыльчатки 12, служащей для усиления турбулизации потока. Газ поступает в поток жидкости в двух его сечениях, удаленных друг от друга вдоль потока. При этом первый по ходу потока вход газа выполняется через патрубок 2 линии нагнетания воздуха, подключенной к источнику сжатого воздуха. Газ подается по патрубку 2 не в каверну, а в поток жидкости в сечении, расположенном выше по потоку до зоны 18 низкого давления. Второй по ходу потока вход газа выполняется через патрубок 6, который вводит газ не в каверну, а в зону 18 пониженного давления вокруг каверны. Режим течения жидкости предполагает ее кавитационное вскипание в зоне 18 и последующий коллапс кавитационных пузырьков в зоне 19. Создаваемая таким образом парогазовая кавитация служит для диспергирования потока газа в потоке жидкости.From RU 2194024, published on December 10, 2000, an aerator is known. The aerator supplies gas to the region of liquid flow, in which the flow speed increases as it flows around a body installed in it to a level at which steam cavitation occurs. Dispersion of gas in liquid for carrying out oxidative processes is carried out using the energy of collapse of cavitation bubbles. In the aerator, the streamlined nozzle is made in the form of a combination of a cone 11, streamlined in the steam cavitation mode, and an impeller 12, which serves to enhance the turbulization of the flow. Gas enters the liquid flow in two of its sections, distant from each other along the flow. In this case, the first gas inlet along the flow is made through pipe 2 of the air injection line connected to a source of compressed air. Gas is supplied through pipe 2 not into the cavern, but into the liquid flow in a section located upstream to the low pressure zone 18. The second gas inlet along the flow path is made through pipe 6, which introduces gas not into the cavern, but into the low-pressure zone 18 around the cavern. The liquid flow regime assumes its cavitation boiling in zone 18 and the subsequent collapse of cavitation bubbles in zone 19. The vapor-gas cavitation thus created serves to disperse the gas flow in the liquid flow.

Использование дополнительных источников сжатого воздуха, проведение процесса газификации в режиме паровой кавитации, требующих высоких скоростей потока в сжатом сечении установки кавитатора более 15 м/с, принудительная турбулизация потока в зоне высоких скоростей с применением специально установленных трудно обтекаемых тел требуют повышенных затрат энергии.The use of additional sources of compressed air, carrying out the gasification process in the steam cavitation mode, requiring high flow velocities in the compressed section of the cavitator installation of more than 15 m/s, forced turbulization of the flow in the high-speed zone using specially installed difficult-to-flow bodies require increased energy consumption.

В SU 865847 А1, опубликованного 23.09.1981, раскрыто устройство для аэрации воды. В устройстве, закрепленном на трубе под уровнем воды, используется локальное ускорение потока воды в конфузоре 2. Достигаемое при этом динамическое снижение давления обеспечивает всасывание воздуха в две стадии - между конфузорами 2 и 3 и между конфузорами 3 и 6 через зазоры между трубами 1 и 5 и верхней цилиндрической частью конфузора 3. Устройство работает в бескавитационном режиме и используется для аэрации сточных вод.SU 865847 A1, published 09/23/1981, discloses a device for aerating water. The device, mounted on a pipe below the water level, uses local acceleration of the water flow in confuser 2. The resulting dynamic pressure reduction ensures air suction in two stages - between confusers 2 and 3 and between confusers 3 and 6 through the gaps between pipes 1 and 5 and the upper cylindrical part of the confuser 3. The device operates in non-cavitation mode and is used for aeration of wastewater.

Расположение устройства для аэрации воды под уровнем воды характеризуется увеличением гидростатического давления, зависящего от глубины его погружения, в тех сечениях потока внутри устройства, в которых производится всасывание воздуха. Увеличение указанного давления снижает количество всасываемого воздуха по сравнению с вариантами установки устройства над поверхностью воды. Поэтому для поддержания количества всасываемого воздуха на необходимом уровне в данном устройстве требуется увеличение скорости потока воды, что вызывает дополнительные потери энергии.The location of the device for water aeration under the water level is characterized by an increase in hydrostatic pressure, depending on the depth of its immersion, in those sections of the flow inside the device in which air is sucked. Increasing the specified pressure reduces the amount of air drawn in compared to options for installing the device above the water surface. Therefore, to maintain the amount of intake air at the required level in this device, an increase in the water flow rate is required, which causes additional energy losses.

Принцип работы данного устройства для аэрации воды предполагает выброс струи аэрированной воды в окружающий объем. В этом случае происходит быстрое отделение газа от воды с концентрированием всплывающих пузырьков вокруг устройства в непосредственной близости к нему. Более широкое объемное распределение воздушных пузырьков возможно при увеличении скорости потока на выходе из устройства, что также приводит к росту затрат энергии.The operating principle of this device for water aeration involves the release of a stream of aerated water into the surrounding volume. In this case, rapid separation of gas from water occurs with a concentration of floating bubbles around the device in close proximity to it. A wider volumetric distribution of air bubbles is possible by increasing the flow rate at the outlet of the device, which also leads to an increase in energy costs.

Из RU 2248331 С1, опубликованного 20.03.2005, известно устройство для аэрации воды. Устройство содержит водоподводящую трубу 1 с коническим соплом 2, воздухоподводящую трубу 3 с коническим наконечником, являющуюся конфузором, смесительную камеру 4 и диффузор 5, коаксиально расположенные к воздухоподводящей трубе 3. Водоподводящая труба 1 связана с трубопроводом подачи воды 6 через цилиндрическое распределительное устройство 7, установленное снаружи и коаксиально относительно воздухоподводящей трубы 3. Распределительное устройство 7 снабжено патрубками 8. Устройство работает в бескавитационном режиме и используется для аэрации сточных вод. Устройство использует эффект закрутки потока воды, поступающего по трубопроводу 6 в распределительное устройство 7 и далее через патрубки 8 в водоподводящую трубу 1, в которой поток воды тангенциально закручивается. Затем закрученный поток дополнительно ускоряется в коническом сопле 2, на выходе которого вращающийся ускоренный поток создает разрежение в камере 4 и всасывает воздух, поступающий по трубе 3.From RU 2248331 C1, published on March 20, 2005, a device for water aeration is known. The device contains a water supply pipe 1 with a conical nozzle 2, an air supply pipe 3 with a conical tip, which is a confuser, a mixing chamber 4 and a diffuser 5, coaxially located to the air supply pipe 3. The water supply pipe 1 is connected to the water supply pipeline 6 through a cylindrical distribution device 7 installed outside and coaxially relative to the air supply pipe 3. The distribution device 7 is equipped with pipes 8. The device operates in a non-cavitation mode and is used for aeration of wastewater. The device uses the effect of swirling the water flow entering through pipeline 6 into the distribution device 7 and then through pipes 8 into the water supply pipe 1, in which the water flow is tangentially swirled. Then the swirling flow is further accelerated in conical nozzle 2, at the output of which the rotating accelerated flow creates a vacuum in chamber 4 and sucks in air entering through pipe 3.

Ускорение и закрутка потока обеспечивают всасывание воздуха и его взаимодействие с вращающимся потоком воды, в результате которого воздух продвигается вниз по потоку. Однако такой способ организации процесса не оптимален с точки зрения затрат энергии, так как поток воды проходит несколько стадий интенсивного вихреобразования, соударения потоков и ускорения: на входе в распределительное устройство 7, на входе и выходе из патрубков 8, в водоподводящей трубе 1, в сопле 2, в смесительной камере 4. Принцип работы данного устройства предполагает выброс струи аэрированной воды в окружающий объем. В этом случае происходит быстрое отделение газа от воды с концентрированием всплывающих пузырьков вокруг устройства в непосредственной близости к нему. Более широкое объемное распределение воздушных пузырьков возможно при увеличении скорости потока на выходе из устройства, что также приводит к росту затрат энергии.The acceleration and swirling of the flow ensures that air is sucked in and interacts with the rotating flow of water, as a result of which the air moves downstream. However, this method of organizing the process is not optimal from the point of view of energy consumption, since the water flow goes through several stages of intense vortex formation, flow collision and acceleration: at the inlet to the distribution device 7, at the inlet and outlet of the nozzles 8, in the water supply pipe 1, in the nozzle 2, in mixing chamber 4. The operating principle of this device involves the release of a stream of aerated water into the surrounding volume. In this case, rapid separation of gas from water occurs with a concentration of floating bubbles around the device in close proximity to it. A wider volumetric distribution of air bubbles is possible by increasing the flow rate at the outlet of the device, which also leads to an increase in energy costs.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гидродинамический кавитационный смеситель, раскрытый в SU 1456206 А/1, опубликовано 07.02.1989.The closest in technical essence to the proposed invention is a hydrodynamic cavitation mixer, disclosed in SU 1456206 A/1, published 02/07/1989.

Устройство состоит из эжектора 1 с патрубками подвода компонентов 2 и 3 и отвода смеси 4, выполненного в виде конусной камеры 5 с конусным соплом 6. Эжектор 1 снабжен кавитатором 7, выполненным в виде конфузора. Устройство содержит вращающийся рассекатель 8 с радиально расположенными лопастями. Устройство работает в кавитационном режиме и используется, в том числе, для смешивания жидкости и газа. Устройство обеспечивает подвод воды к патрубку 2, из которого вода проходит сопло 6, полость 5 и кавитатор 7 и далее истекает в полость стакана 10. В сжатом сечении кавитатора 7 происходит падение давления, которое сопровождается всасыванием газа через патрубки 3 и вскипанием воды в результате кавитации потока.The device consists of an ejector 1 with inlet pipes for components 2 and 3 and a mixture outlet 4, made in the form of a conical chamber 5 with a conical nozzle 6. Ejector 1 is equipped with a cavitator 7, made in the form of a confuser. The device contains a rotating divider 8 with radially arranged blades. The device operates in cavitation mode and is used, among other things, for mixing liquid and gas. The device provides water supply to pipe 2, from which water passes through nozzle 6, cavity 5 and cavitator 7 and then flows into the cavity of glass 10. In the compressed section of cavitator 7, a pressure drop occurs, which is accompanied by gas suction through pipes 3 and boiling of water as a result of cavitation flow.

Образовавшаяся струя воды и газа натекает на вращающийся рассекатель 8 в нижней части стакана 10, в результате чего происходит дополнительное диспергирование газа в воде. Смесь газа и жидкости отводится из устройства через патрубки 4.The resulting stream of water and gas flows onto the rotating divider 8 at the bottom of the glass 10, resulting in additional dispersion of the gas in the water. The mixture of gas and liquid is removed from the device through pipes 4.

В данном устройстве рабочий процесс проводится в режиме паровой кавитации, чтобы использовать импульсные эффекты кавитации, возникающие при испарении воды и конденсации пара, для диспергирования газа. Для получения таких режимов поток воды разгоняется в канале кавитатора до скоростей не менее 32 м/с. После этого высокоскоростной струйный поток натекает на вращающийся рассекатель 8, служащий для интенсивного перемешивания компонентов потока в объеме стакана 10. Все эти этапы суммарно вызывают большие затраты энергии.In this device, the operating process is carried out in steam cavitation mode to use the pulsed cavitation effects that occur when water evaporates and steam condenses to disperse the gas. To obtain such regimes, the water flow is accelerated in the cavitator channel to speeds of at least 32 m/s. After this, a high-speed jet flow flows onto a rotating divider 8, which serves to intensively mix the components of the flow in the volume of the glass 10. All these stages together cause large energy costs.

Технологические процессы газификации жидкости требуют растворения определенного количества газа и в основном содержат два этапа - всасывание газа и его растворение. Растворение газа эффективно решается путем его диспергирования в потоке жидкости, так как увеличение площади контакта газовой и жидкой фаз интенсифицирует массоперенос. Но при увеличении требуемого количества растворяемого газа возникает необходимость увеличения объема всасываемого газа, а это осложняет процесс его диспергирования и ухудшает массоперенос. Интенсификация диспергирования газа путем увеличения скорости потока жидкости или его турбулизации в результате усложнения конструкции проточных каналов приводит к росту затрат энергии. Решение находится в оптимальном сочетании гидродинамических параметров (скорость и давление потоков) на участках всасывания газа и его диспергирования.Technological processes of liquid gasification require the dissolution of a certain amount of gas and mainly contain two stages - gas absorption and its dissolution. Gas dissolution is effectively solved by dispersing it in a liquid flow, since an increase in the contact area of the gas and liquid phases intensifies mass transfer. But with an increase in the required amount of dissolved gas, it becomes necessary to increase the volume of sucked gas, and this complicates the process of its dispersion and worsens mass transfer. Intensification of gas dispersion by increasing the speed of liquid flow or its turbulization as a result of complicating the design of flow channels leads to an increase in energy costs. The solution lies in the optimal combination of hydrodynamic parameters (flow speed and pressure) in the gas suction and dispersion areas.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF INVENTION

Технической задачей, которую решает предлагаемый способ, является увеличение энергетической эффективности растворения газа в жидкости, которая определяется отношением количества растворенного газа к затраченной на этот процесс энергии.The technical problem that the proposed method solves is to increase the energy efficiency of dissolving gas in liquid, which is determined by the ratio of the amount of dissolved gas to the energy spent on this process.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа, совпадает с поставленной технической задачей.The technical result achieved by implementing the proposed method coincides with the stated technical task.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для создания газожидкостного потока содержит последовательно соединенные и образующие единый корпус цилиндрической формы сопло, состоящее из конфузора и кавитатора, рабочую камеру и диффузор, при этом в кавитаторе выполнены каналы для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, при этом сопло характеризуется коэффициентом расхода не менее 0,9.The specified technical result is achieved due to the fact that the device for creating a gas-liquid flow contains a nozzle consisting of a confuser and a cavitator, a working chamber and a diffuser, connected in series and forming a single cylindrical body, while the cavitator has channels for sucking in the gas flow from the external environment and feeding it into the liquid flow, while the nozzle is characterized by a flow coefficient of at least 0.9.

Между диффузором и рабочей камерой расположена эжекторная камера, в начале которой выполнены опорные стойки с окнами для подачи газа вдоль внешней поверхности потока жидкости.Between the diffuser and the working chamber there is an ejector chamber, at the beginning of which there are support posts with windows for supplying gas along the outer surface of the liquid flow.

Кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнены осесимметричное кавитирующее тело и по крайней мере две стойки, соединяющие осесимметричное кавитирующее тело и внутреннюю поверхность корпуса кавитатора, при этом внутри каждой стойки выполнен канал для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе.The cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is an axisymmetric cavitating body and at least two struts connecting the axisymmetric cavitating body and the inner surface of the cavitator body, while inside each strut there is a channel for sucking a gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow , connected to a corresponding gas flow suction hole located in the cylindrical body.

Кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнено кавитирующее тело в виде по крайней мере двух параллельных пластин, установленных на расстоянии друг от друга в плоскости поперечного сечения цилиндрического корпуса, при этом на входе в кавитатор пластины выполнены заостренными, а в каждой пластине выполнен канал для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе.The cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is a cavitating body in the form of at least two parallel plates installed at a distance from each other in the cross-sectional plane of the cylindrical body, while at the entrance to the cavitator the plates are made pointed, and a channel is made in each plate for sucking a gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow, connected to a corresponding gas flow suction hole located in the cylindrical body.

В кавитирующем теле выполнен по крайней мере один дополнительный канал, расположенный между каналами для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, и по крайней мере один дополнительный канал, расположенный перед указанными каналами для всасывания потока газа, при этом указанные дополнительные каналы соединены друг с другом и выполнены с возможностью подачи технологических добавок в поток жидкости.The cavitating body has at least one additional channel located between the channels for sucking up a gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow, and at least one additional channel located in front of said channels for sucking up a gas flow, wherein said additional channels connected to each other and configured to supply technological additives into the liquid flow.

Кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнено кавитирующее тело в виде по крайней мере двух диаметрально пересекающихся пластин, при этом на входе в кавитатор пластины выполнены заостренными, а в каждой пластине выполнен канал для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе.The cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is a cavitating body in the form of at least two diametrically intersecting plates, while at the entrance to the cavitator the plates are made pointed, and in each plate there is a channel for sucking the gas flow from the external environment and supplying it into the flow liquid connected to a corresponding gas flow suction hole located in a cylindrical body.

Кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнено кавитирующее тело в виде по крайней мере двух диаметрально непересекающихся обтекателей, при этом внутри обтекателей установлены гибкие трубки с каналами для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, один конец которых выведен в поток жидкости, а другой закреплен в соответствующем отверстии для всасывания потока газа, расположенном в цилиндрическом корпусе.The cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is a cavitating body in the form of at least two diametrically non-intersecting fairings, while flexible tubes with channels are installed inside the fairings for sucking the gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow, one end of which is brought out into a liquid stream, and the other is fixed in a corresponding suction hole for a gas stream located in a cylindrical body.

Кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнено кавитирующее тело в виде по крайней мере двух параллельных обтекателей, при этом внутри обтекателей установлены гибкие трубки с каналами для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, один конец которых выведен в поток жидкости, а другой закреплен в соответствующем отверстии для всасывания потока газа, расположенном в цилиндрическом корпусе.The cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is a cavitating body in the form of at least two parallel fairings, while flexible tubes with channels are installed inside the fairings for sucking the gas flow from the external environment and supplying it inside the liquid flow, one end of which is brought into the flow liquid, and the other is fixed in the corresponding hole for suction of the gas flow, located in the cylindrical body.

Способ растворения газа в жидкости включает следующие этапы:The method of dissolving gas in liquid includes the following steps:

a) формирование над поверхностью жидкости газожидкостного потока, состоящего по крайней мере из двух потоков газа и по крайней мере одного потока жидкости, расположенного между потоками газа, при помощи устройства для создания газожидкостного потока;a) forming a gas-liquid flow above the surface of the liquid, consisting of at least two gas flows and at least one liquid flow located between the gas flows, using a device for creating a gas-liquid flow;

b) подача газожидкостного потока в донную область жидкости в вертикальном направлении;b) supplying a gas-liquid flow to the bottom region of the liquid in the vertical direction;

c) диспергирование газа в составе двухфазного потока и распределение газа в объеме жидкости;c) dispersion of gas as part of a two-phase flow and distribution of gas in the volume of liquid;

d) растворение газа в объеме жидкости.d) dissolution of gas in a volume of liquid.

Растворение газа осуществляется в неподвижном объеме жидкости или подвижном объеме жидкости.Gas dissolution is carried out in a stationary volume of liquid or a moving volume of liquid.

Дополнительно при формировании газожидкостного потока в поток жидкости вводят технологические добавки.Additionally, when forming a gas-liquid flow, technological additives are introduced into the liquid flow.

Система для растворения газа в жидкости содержит последовательно соединенные узел подачи жидкости, по крайней мере одно устройство для создания газожидкостного потока, расположенное над поверхностью объема жидкости, в которой растворяется газ, и по крайней мере одна турбина, расположенная в донной области жидкости и содержащая диффузор, направляющее основание, выполненное с возможностью изменения направления газожидкостного потока, и перфорированные сопла, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси диффузора турбины, при этом узел подачи жидкости и устройство для создания газожидкостного потока соединены друг с другом при помощи первого трубопровода, а устройство для создания газожидкостного потока и турбина соединены друг с другом при помощи второго трубопровода.A system for dissolving a gas in a liquid contains a series-connected liquid supply unit, at least one device for creating a gas-liquid flow located above the surface of the liquid volume in which the gas is dissolved, and at least one turbine located in the bottom region of the liquid and containing a diffuser, a guide base configured to change the direction of the gas-liquid flow, and perforated nozzles located in a plane perpendicular to the axis of the turbine diffuser, wherein the liquid supply unit and the device for creating a gas-liquid flow are connected to each other using a first pipeline, and the device for creating a gas-liquid flow and the turbine are connected to each other via a second pipeline.

Растворение газа осуществляют в неподвижном объеме жидкости или в подвижном объеме жидкости.Gas dissolution is carried out in a stationary volume of liquid or in a moving volume of liquid.

Направляющее основание содержит расположенный в центре обтекатель турбины и направляющие лопасти, расположенные в радиальном направлении вокруг обтекателя турбины.The guide base comprises a centrally located turbine fairing and guide vanes arranged radially around the turbine fairing.

Перфорированные сопла выполнены в виде трубки прямоугольного сечения.The perforated nozzles are made in the form of a rectangular tube.

Перфорированные сопла выполнены в виде трубки круглого сечения.The perforated nozzles are made in the form of a round tube.

По крайней мере одно перфорированное сопло содержит направляющий наконечник, загнутый в вертикальной плоскости.At least one perforated nozzle contains a guide tip bent in a vertical plane.

По крайней мере одно перфорированное сопло содержит направляющий наконечник, загнутый в горизонтальной плоскости.At least one perforated nozzle contains a guide tip bent in a horizontal plane.

Перфорация - выполнена в виде щели или в виде отверстий круглой, треугольной, квадратной, прямоугольной и многоугольной формы.Perforation - made in the form of a slot or in the form of holes of round, triangular, square, rectangular and polygonal shapes.

Для перфорированного сопла в виде трубки прямоугольного сечения перфорация выполнена на вертикальной или горизонтальной поверхности перфорированного сопла.For a perforated nozzle in the form of a rectangular tube, the perforation is made on the vertical or horizontal surface of the perforated nozzle.

Для перфорированного сопла в виде трубки прямоугольного сечения перфорация выполнена на вертикальной поверхности перфорированного сопла в виде щели с наклоном от нижней горизонтальной поверхности на входе в перфорированное сопло к верхней горизонтальной поверхности на выходе перфорированного сопла.For a perforated nozzle in the form of a rectangular tube, the perforation is made on the vertical surface of the perforated nozzle in the form of a slot with an inclination from the lower horizontal surface at the entrance to the perforated nozzle to the upper horizontal surface at the exit of the perforated nozzle.

Узел подачи жидкости выполнен в виде насоса, закрепленного снаружи или внутри неподвижного объема жидкости.The liquid supply unit is made in the form of a pump mounted outside or inside a stationary volume of liquid.

Узел подачи жидкости выполнен в виде насоса, закрепленного снаружи или внутри подвижного объема жидкости.The liquid supply unit is made in the form of a pump fixed outside or inside the moving volume of liquid.

Узел подачи жидкости выполнен в виде насоса, установленного на поплавковой платформе.The liquid supply unit is made in the form of a pump installed on a float platform.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The invention will be more clear from the description, which is not restrictive and is given with reference to the accompanying drawings, which show:

Фиг. 1 - продольное сечение заявленного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 1 is a longitudinal section through the claimed device according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 2 - продольное сечение сопла заявленного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 2 is a longitudinal section through the nozzle of the claimed device according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 3 - продольное сечение конфузора заявленного устройства.Fig. 3 - longitudinal section of the confuser of the claimed device.

Фиг. 4 - кавитатор заявленного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 4 - cavitator of the claimed device according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 5 - вид кавитатора заявленного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения (со стороны входа).Fig. 5 is a view of the cavitator of the claimed device according to the first embodiment of the invention (from the entrance side).

Фиг. 6 - местное сечение кавитатора заявленного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 6 is a local cross-section of the cavitator of the claimed device according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 7а - вид кавитатора заявленного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения (со стороны выхода).Fig. 7a is a view of the cavitator of the claimed device according to the first embodiment of the invention (from the outlet side).

Фиг. 7b - распределение потоков газа и жидкости в поперечном сечении кавитатора заявленного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 7b - distribution of gas and liquid flows in the cross section of the cavitator of the claimed device according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 8 - изменение профиля потоков газа и жидкости при использовании кавитатора заявленного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 8 - change in the profile of gas and liquid flows when using the cavitator of the claimed device according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 9 - продольное сечение известного из уровня техники кавитационного устройства.Fig. 9 is a longitudinal section through a cavitation device known from the prior art.

Фиг. 10 - продольное сечение заявленного устройства без эжекторной камеры согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 10 is a longitudinal section through the claimed device without an ejector chamber according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 11 - графики зависимости коэффициента эжекции от расхода потока жидкости в зависимости от конструкции кавитатора: а - конструкция кавитатора по фиг. 9; b - конструкция кавитатора по фиг. 10; с - конструкция кавитатора по фиг. 1; d - конструкция кавитатора по фиг. 12; е - конструкция кавитатора по фиг. 16; f - конструкция кавитатора по фиг. 20.Fig. 11 - graphs of the dependence of the ejection coefficient on the liquid flow rate depending on the cavitator design: a - cavitator design according to FIG. 9; b - cavitator design according to Fig. 10; c - cavitator design according to Fig. 1; d - cavitator design according to Fig. 12; e - cavitator design according to Fig. 16; f - cavitator design according to Fig. 20.

Фиг. 12 - кавитатор заявленного устройства согласно второму варианту осуществления изобретения.Fig. 12 - cavitator of the claimed device according to the second embodiment of the invention.

Фиг. 13 - продольное сечение кавитатора заявленного устройства согласно второму варианту осуществления изобретения.Fig. 13 is a longitudinal section through the cavitator of the claimed device according to the second embodiment of the invention.

Фиг. 14а - поперечное сечение кавитатора заявленного устройства согласно второму варианту осуществления изобретения.Fig. 14a is a cross-section of the cavitator of the claimed device according to the second embodiment of the invention.

Фиг. 14b - распределение потоков газа и жидкости в поперечном сечении кавитатора заявленного устройства согласно второму варианту осуществления изобретения.Fig. 14b - distribution of gas and liquid flows in the cross section of the cavitator of the claimed device according to the second embodiment of the invention.

Фиг. 15 - продольное сечение кавитатора заявленного устройства согласно третьему варианту осуществления изобретения.Fig. 15 is a longitudinal section through the cavitator of the claimed device according to the third embodiment of the invention.

Фиг. 16 - кавитатор заявленного устройства согласно четвертому варианту осуществления изобретения.Fig. 16 - cavitator of the claimed device according to the fourth embodiment of the invention.

Фиг. 17 - продольное сечение кавитатора заявленного устройства согласно четвертому варианту осуществления изобретения (разрез).Fig. 17 is a longitudinal section of the cavitator of the claimed device according to the fourth embodiment of the invention (section).

Фиг. 18 - продольное сечение кавитатора заявленного устройства согласно четвертому варианту осуществления изобретения (разрез).Fig. 18 is a longitudinal section of the cavitator of the claimed device according to the fourth embodiment of the invention (section).

Фиг. 19 - распределение потоков газа и жидкости в поперечном сечении кавитатора заявленного устройства согласно четвертому варианту осуществления изобретения.Fig. 19 - distribution of gas and liquid flows in the cross section of the cavitator of the claimed device according to the fourth embodiment of the invention.

Фиг. 20 - продольное сечение кавитатора заявленного устройства согласно пятому варианту осуществления изобретения.Fig. 20 is a longitudinal section through the cavitator of the claimed device according to the fifth embodiment of the invention.

Фиг. 21 - вид кавитатора заявленного устройства согласно пятому варианту осуществления изобретения в поперечной плоскости (со стороны входа).Fig. 21 is a view of the cavitator of the claimed device according to the fifth embodiment of the invention in the transverse plane (from the entrance side).

Фиг. 22 - вид кавитатора заявленного устройства согласно пятому варианту осуществления изобретения в поперечной плоскости (со стороны выхода).Fig. 22 is a view of the cavitator of the claimed device according to the fifth embodiment of the invention in the transverse plane (from the outlet side).

Фиг. 23 - распределение потоков газа и жидкости в поперечном сечении кавитатора заявленного устройства согласно пятому варианту осуществления изобретения в поперечной плоскости.Fig. 23 - distribution of gas and liquid flows in the cross section of the cavitator of the claimed device according to the fifth embodiment of the invention in the transverse plane.

Фиг.24 - продольное сечение кавитатора заявленного устройства согласно шестому варианту осуществления изобретения.Fig. 24 is a longitudinal section through the cavitator of the claimed device according to the sixth embodiment of the invention.

Фиг. 25 - распределение потоков газа и жидкости в поперечном сечении кавитатора заявленного устройства согласно шестому варианту осуществления изобретения.Fig. 25 - distribution of gas and liquid flows in the cross section of the cavitator of the claimed device according to the sixth embodiment of the invention.

Фиг. 26 - общий вид турбины согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 26 is a general view of a turbine according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 27 - продольное сечение турбины согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 27 is a longitudinal section through a turbine according to a first embodiment of the invention.

Фиг. 28 - продольное сечение диффузора турбины.Fig. 28 - longitudinal section of the turbine diffuser.

Фиг. 29 - общий вид направляющего основания турбины.Fig. 29 is a general view of the turbine guide base.

Фиг. 30 - общий вид перфорированного сопла согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 30 is a perspective view of a perforated nozzle according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 31 - общий вид перфорированного сопла согласно второму варианту осуществления изобретения.Fig. 31 is a perspective view of a perforated nozzle according to a second embodiment of the invention.

Фиг. 32 - общий вид перфорированного сопла согласно третьему варианту осуществления изобретения.Fig. 32 is a perspective view of a perforated nozzle according to a third embodiment of the invention.

Фиг. 33 - общий вид перфорированного сопла согласно четвертому варианту осуществления изобретения.Fig. 33 is a perspective view of a perforated nozzle according to a fourth embodiment of the invention.

Фиг. 34 - общий вид перфорированного сопла согласно пятому варианту осуществления изобретения.Fig. 34 is a perspective view of a perforated nozzle according to a fifth embodiment of the invention.

Фиг. 35 - общий вид турбины согласно второму варианту осуществления изобретения.Fig. 35 is a general view of a turbine according to a second embodiment of the invention.

Фиг. 36 - общий вид турбины согласно третьему варианту осуществления изобретения.Fig. 36 is a general view of a turbine according to a third embodiment of the invention.

Фиг. 37 - общий вид заявленной системы для растворения газа в жидкости согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 37 is a general view of the inventive system for dissolving gas in liquid according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 38 - общий вид заявленной системы для растворения газа в жидкости согласно первому варианту осуществления изобретения.Fig. 38 is a general view of the inventive system for dissolving gas in liquid according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 39 - общий вид заявленной системы для растворения газа в жидкости согласно второму варианту осуществления изобретенияFig. 39 is a general view of the claimed system for dissolving gas in liquid according to the second embodiment of the invention

Фиг. 40 - общий вид заявленной системы для растворения газа в жидкости согласно третьему варианту осуществления изобретенияFig. 40 is a general view of the claimed system for dissolving gas in liquid according to the third embodiment of the invention

1 - конфузор; 2 - кавитатор; 3 - рабочая камера; 4 - эжекторная камера; 5 - опорные стойки; 6 - диффузор; 7 - канал для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости; 8 - направление потока газа при истечении в поток жидкости из кавитатора; 9 - направление потока газа через окна между опорными стойками; 10 - направление потока жидкости в конфузоре; 11 - направление газожидкостного потока; 12 - выпуклая дуга; 13 - вогнутая дуга; 14 - корпус кавитатора; 15 - стойка; 16 - кавитирующее тело; 17 - отверстие для всасывания потока газа; 18 - общий выход каналов для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости; 19 - входная кромка стойки; 20 - внешняя поверхность кавитирующего тела; 21 - кромка кавитирующего тела; 22 - поток газа внутри кольцевого потока жидкости; 23 - кольцевой поток жидкости; 24 - внешний кольцевой поток газа; 25 - входной поток воды; 26 - поток воздуха внутри потока воды; 27 - суперкаверна; 28 - кольцевой поток воды; 29 - внешний поток воздуха; 30 - хвостовая область газожидкостного потока; 31 - внешний кольцевой поток воздуха; 32 - прогиб кольцевого потока воды; 33 - приемная камера; 34 - направление потока жидкости в приемной камере; 35 - гондола, 36 - трубка; 37 - заостренные грани; 38 - плоский поток жидкости; 39 - плоский поток газа; 40 - канал подачи технологических добавок, расположенный перед каналами для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости; 41 - канал подачи технологических добавок, расположенный между каналами для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости; 42 - первый поток подачи технологических добавок; 43 - второй поток подачи технологических добавок; 44 - направление подачи технологических добавок в поток жидкости; 45 - выходная кромка стойки; 46 - секторный поток жидкости; 47 - звездообразный поток газа; 48 - обтекатель кавитатора; 49 - гибкая трубка; 50 - направление всасывания газа через гибкую трубку; 51 - конец гибкой трубки, выведенный в поток жидкости; 52 - направление поток жидкости на входе в кавитатор; 53 - поток жидкости; 54 - поток газа в гибких трубках; 55 - диффузор турбины; 56 - направляющее основание турбины; 57 - перфорированное сопло турбины; 58 - обтекатель турбины; 59 - направляющие лопасти; 60 - отверстия перфорированного сопла турбины; 61 - торцевой выход перфорированного сопла турбины; 62 - газожидкостной поток; 63 - траектория изменения направления газожидкостного потока в турбине; 64 - входное отверстие диффузора турбины; 65 - закругленный вогнутый профиль диффузора турбины; 66 - диаметр выходного отверстия диффузора турбины; 67 - вогнутый профиль обтекателя турбины; 68 - межлопастной канал; 69 - боковая поверхность направляющей лопасти; 70 - передняя кромка направляющей лопасти; 71 - цилиндрическая поверхность направляющей лопасти; 72 - вход в перфорированное сопло турбины; 73 - щель перфорированного сопла; 74 - направляющий наконечник; 75 - емкость с жидкостью; 76 - насос; 77 - первый трубопровод; 78 - устройство для создания газожидкостного потока; 79 - второй трубопровод; 80 - турбина; 81 - объем жидкости; 82 - погружной ящик; 83 - всасывающий трубопровод; 84 - поплавковая платформа.1 - confuser; 2 - cavitator; 3 - working chamber; 4 - ejector chamber; 5 - support posts; 6 - diffuser; 7 - channel for sucking a gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow; 8 - direction of gas flow when flowing into the liquid flow from the cavitator; 9 - direction of gas flow through the windows between the support posts; 10 - direction of fluid flow in the confuser; 11 - direction of gas-liquid flow; 12 - convex arc; 13 - concave arc; 14 - cavitator body; 15 - stand; 16 - cavitating body; 17 - hole for suction of gas flow; 18 - common outlet of channels for sucking gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow; 19 - entrance edge of the rack; 20 - outer surface of the cavitating body; 21 - edge of the cavitating body; 22 - gas flow inside the annular liquid flow; 23 - annular fluid flow; 24 - external annular gas flow; 25 - inlet water flow; 26 - air flow inside the water flow; 27 - supercavity; 28 - annular flow of water; 29 - external air flow; 30 - tail region of the gas-liquid flow; 31 - external annular air flow; 32 - deflection of the annular water flow; 33 - receiving chamber; 34 - direction of liquid flow in the receiving chamber; 35 - gondola, 36 - tube; 37 - pointed edges; 38 - flat liquid flow; 39 - flat gas flow; 40 - channel for supplying technological additives, located in front of the channels for sucking a gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow; 41 - channel for supplying technological additives, located between the channels for sucking a gas flow from the external environment and supplying it inside the liquid flow; 42 - first feed stream of technological additives; 43 - second feed stream of technological additives; 44 - direction of supply of technological additives into the liquid flow; 45 - output edge of the rack; 46 - sector fluid flow; 47 - star-shaped gas flow; 48 - cavitator fairing; 49 - flexible tube; 50 - direction of gas suction through a flexible tube; 51 - end of a flexible tube brought into the liquid stream; 52 - direction of fluid flow at the entrance to the cavitator; 53 - fluid flow; 54 - gas flow in flexible tubes; 55 - turbine diffuser; 56 - turbine guide base; 57 - perforated turbine nozzle; 58 - turbine fairing; 59 - guide blades; 60 - holes of the perforated turbine nozzle; 61 - end exit of the perforated turbine nozzle; 62 - gas-liquid flow; 63 - trajectory of change in direction of gas-liquid flow in the turbine; 64 - turbine diffuser inlet; 65 - rounded concave profile of the turbine diffuser; 66 - diameter of the turbine diffuser outlet; 67 - concave profile of the turbine fairing; 68 - interblade channel; 69 - side surface of the guide blade; 70 - leading edge of the guide blade; 71 - cylindrical surface of the guide blade; 72 - entrance to the perforated turbine nozzle; 73 - slot of the perforated nozzle; 74 - guide tip; 75 - container with liquid; 76 - pump; 77 - first pipeline; 78 - device for creating a gas-liquid flow; 79 - second pipeline; 80 - turbine; 81 - volume of liquid; 82 - submersible box; 83 - suction pipeline; 84 - float platform.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Затраты энергии в устройстве для создания газожидкостного потока определяются скоростью потока жидкости в нем и гидравлическим сопротивлением устройства, которое характеризуется коэффициентом расхода сопла устройства.Energy consumption in a device for creating a gas-liquid flow is determined by the fluid flow rate in it and the hydraulic resistance of the device, which is characterized by the device nozzle flow rate.

Заявленное устройство для создания газожидкостного потока работает не в режиме паровой кавитации, а в режиме газовой суперкавитации, который осуществляется при меньших скоростях потока жидкости в устройстве. При этом, коэффициент расхода сопла устройства составляет не менее 0,9.The claimed device for creating a gas-liquid flow does not operate in the steam cavitation mode, but in the gas supercavitation mode, which is carried out at lower liquid flow rates in the device. At the same time, the device nozzle flow coefficient is at least 0.9.

Увеличение количества всасываемого газа в устройстве для создания газожидкостного потока достигается улучшением контактного взаимодействия между потоками жидкости и газа.An increase in the amount of sucked gas in a device for creating a gas-liquid flow is achieved by improving the contact interaction between the liquid and gas flows.

Заявленное устройство для создания газожидкостного потока увеличивает количество газа, всасываемого в поток жидкости, путем улучшения контактного взаимодействия потоков газа и жидкости в результате изменения формы поверхности контакта между несколькими потоками газа и жидкости в направлении течения.The claimed device for creating a gas-liquid flow increases the amount of gas sucked into the liquid flow by improving the contact interaction of gas and liquid flows as a result of changing the shape of the contact surface between several gas and liquid flows in the direction of flow.

На фиг. 9 показано устройство для создания газожидкостного потока, типичное для использования режима течения жидкости, соответствующего паровой кавитации. Устройство для создания газожидкостного потока (при паровой кавитации) содержит приемную камеру (33), в которую входит поток жидкости по направлению (34), конфузор (1), рабочую камеру (3), диффузор (6), гондолу (35), трубку (36), кавитатор (2). Приемная камера (33), гондола (35), трубка (36) и кавитатор (2) имеют канал (7) для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости по направлению (8).In fig. 9 shows a device for creating a gas-liquid flow, typical for the use of a liquid flow regime corresponding to steam cavitation. A device for creating a gas-liquid flow (for steam cavitation) contains a receiving chamber (33), which includes a liquid flow in direction (34), a confuser (1), a working chamber (3), a diffuser (6), a nacelle (35), and a tube (36), cavitator (2). The receiving chamber (33), nacelle (35), tube (36) and cavitator (2) have a channel (7) for sucking a gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow in direction (8).

Кавитатор (2) на фиг. 9 выполнен в виде диска. Как правило, в таких устройствах кавитатор выполняется в виде плохо обтекаемого тела с резкими изгибами профиля в продольном сечении, что способствует образованию вихрей жидкости при его обтекании. Резкое падение давления в вихрях приводит к вскипанию жидкости и образованию каверны-области пониженного давления, расположенной за кавитатором по ходу потока. Всасывание газа в указанную каверну происходит из-за разницы давлений между каверной и внешним источником газа, из которого газ втекает во внутренние каналы аппарата.Cavitator (2) in Fig. 9 is made in the form of a disk. As a rule, in such devices the cavitator is made in the form of a poorly streamlined body with sharp bends of the profile in the longitudinal section, which contributes to the formation of liquid vortices as it flows around it. A sharp drop in pressure in the vortices leads to boiling of the liquid and the formation of a cavity, an area of low pressure, located behind the cavitator along the flow. The suction of gas into the specified cavity occurs due to the pressure difference between the cavity and an external source of gas, from which gas flows into the internal channels of the apparatus.

Кавитационный аппарат, показанный на фиг. 9, демонстрирует распространенный подход к конструированию аппаратов этого типа - кавитатор устанавливается в потоке посредством опорной гондолы 38, расположенной в трубопроводе перед конфузором 35, что приводит к турбулизации потока внутри конфузора 35 и вызывает дополнительные потери энергии. Всасываемый газ проходит через каналы большей длины, поперечные размеры которых ограничиваются необходимостью снижения внешних размеров гондолы 38 и трубки 36 для уменьшения гидравлического сопротивления всей конструкции. Это увеличивает сопротивление течению газа. Указанные обстоятельства ухудшают энергетическую эффективность аппарата.The cavitation apparatus shown in FIG. 9 demonstrates a common approach to the design of devices of this type - the cavitator is installed in the flow by means of a support nacelle 38 located in the pipeline in front of the confuser 35, which leads to turbulence of the flow inside the confuser 35 and causes additional energy losses. The sucked gas passes through channels of greater length, the transverse dimensions of which are limited by the need to reduce the external dimensions of the nacelle 38 and tube 36 to reduce the hydraulic resistance of the entire structure. This increases the resistance to gas flow. These circumstances worsen the energy efficiency of the device.

Заявленное устройство для создания газожидкостного потока содержит последовательно соединенные и образующие единый корпус цилиндрической формы сопло, состоящее из конфузора (1) и кавитатора (2), рабочую камеру (3) и диффузор (6), при этом в кавитаторе (2) выполнены каналы (7) для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, при этом сопло характеризуется коэффициентом расхода не менее 0,9.The claimed device for creating a gas-liquid flow contains a nozzle connected in series and forming a single cylindrical body, consisting of a confuser (1) and a cavitator (2), a working chamber (3) and a diffuser (6), while the cavitator (2) has channels ( 7) to suck in a gas flow from the external environment and supply it into the liquid flow, while the nozzle is characterized by a flow coefficient of at least 0.9.

Основным элементом устройства для создания газожидкостного потока является его сопло, установленное на входе в устройство и состоящее из конфузора 1 и кавитатора 2. Конструкция сопла определяет энергоемкость суперкавитационного аппарата. Основной его характеристикой является коэффициент расхода и, величина которого зависит от гидравлического сопротивления проточных каналов сопла. Предлагаемый способ растворения газа в жидкости реализуется при значениях μ≥0.9. Для достижения такого значения коэффициента расхода сопла геометрия конфузора и кавитатора должны обеспечивать минимальное сопротивление течению жидкости.The main element of the device for creating a gas-liquid flow is its nozzle, installed at the entrance to the device and consisting of a confuser 1 and a cavitator 2. The design of the nozzle determines the energy intensity of the supercavitation apparatus. Its main characteristic is the flow coefficient u, the value of which depends on the hydraulic resistance of the nozzle flow channels. The proposed method of dissolving gas in liquid is implemented at values of μ≥0.9. To achieve such a value of the nozzle flow coefficient, the geometry of the confuser and cavitator must provide minimal resistance to fluid flow.

Конфузор (1) служит для ускорения потока жидкости, так как площадь его поперечного сечения уменьшается по ходу потока от площади поперечного сечения на входе в конфузор (1) до площади поперечного сечения проточной части кавитатора (2). Ускорение потока жидкости приводит к уменьшению давления в нем, что создает условия для всасывания газа. Профиль продольного сечения внутренней поверхности конфузора (1) образован выпуклой дугой (12), касательная к которой на входе в конфузор (1) параллельна оси конфузора (1), и вогнутой дугой (13), касательная к которой на выходе конфузора (1) параллельна оси конфузора (1). Обе дуги (12, 13) в точке пересечения имеют общую касательную.The confuser (1) serves to accelerate the flow of liquid, since its cross-sectional area decreases along the flow from the cross-sectional area at the entrance to the confuser (1) to the cross-sectional area of the cavitator flow part (2). Accelerating the flow of liquid leads to a decrease in pressure in it, which creates conditions for gas absorption. The longitudinal section profile of the inner surface of the confuser (1) is formed by a convex arc (12), the tangent to which at the entrance to the confuser (1) is parallel to the axis of the confuser (1), and a concave arc (13), the tangent to which at the exit of the confuser (1) is parallel confuser axis (1). Both arcs (12, 13) at the intersection point have a common tangent.

В устройстве для создания газожидкостного потока дополнительно между диффузором (6) и рабочей камерой (3) расположена эжекторная камера (4), в начале которой выполнены опорные стойки (5) с окнами для подачи газа вдоль внешней поверхности потока жидкости.In the device for creating a gas-liquid flow, an ejector chamber (4) is additionally located between the diffuser (6) and the working chamber (3), at the beginning of which there are support posts (5) with windows for supplying gas along the outer surface of the liquid flow.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения кавитатор (2) выполнен в виде цилиндрического корпуса (14), внутри которого выполнены осесимметричное кавитирующее тело (16) и по крайней мере две стойки (15), соединяющие осесимметричное кавитирующее тело (16) и внутреннюю поверхность корпуса (14) кавитатора, при этом внутри каждой стойки (15) выполнен канал (7) для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием (17) для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе (14). Каналы (7) с одной стороны имеют отверстия (17), связывающие каналы (7) с внешней газовой средой, например, с атмосферой, а с другой стороны каналы (7) объединяются общим выходом (18), через который всасываемый газ поступает в поток жидкости по направлению (8). Количество стоек (15) может быть более двух, при условии, что площадь поперечного сечения стоек (15) в плоскости наибольшей их ширины составляет не более 30% от площади поперечного сечения корпуса (14), рассчитанной по его внутреннему диаметру. Входная (19) и выходная кромки (45) стоек (15) выполнены заостренными с полным углом схождения граней не более 20°. Внешняя поверхность (20) осесимметричного кавитирующего тела (16) имеет форму половины эллипсоида вращения, образованного вращением эллипса вокруг его длинной оси, совпадающей с продольной осью кавитатора (2), причем длинная ось эллипса в 2-2.5 раза больше его меньшей оси, которая представляет собой диаметр осесимметричного кавитирующего тела (16) в плоскости кромки кавитирующего тела (21), величина которого составляет 0.5-0.7 от внутреннего диаметра корпуса (14) кавитатора (2), при этом отношение площади потока газа (22) к сумме площадей потоков газа (22) и жидкости (23) не превышает 50% от площади поперечного сечения рабочей камеры (3). Таким образом, конструкция проточных каналов суперкавитационного аппарата создает условия для образования многослойного пространственного течения, состоящего из внутреннего потока газа 22 в виде суперкаверны, окружающего его кольцеобразного потока жидкости 23 и внешнего потока газа 24. Устройство для создания газожидкостного потока, содержащее последовательно соединенные и образующие единый корпус цилиндрической формы сопло, состоящее из конфузора (1) и кавитатора (2), содержащего осесимметричное кавитирующее тело (16), рабочую камеру (3), эжекторную камера (4) и диффузор (6) создает условия для образования многослойного пространственного течения - газожидкостного потока, содержащего поток газа (22) в виде суперкаверны внутри кольцевого потока жидкости (23), окружающего его кольцевой поток жидкости (23) и внешний кольцевой поток газа (24), при этом кольцевой поток жидкости (23) расположен между потоками газа (22, 24). Совместное течение указанных потоков (22, 23, 24) сопровождается волнообразными деформациями кольцевого потока жидкости (23), которое улучшает контактное взаимодействие между потоками жидкости и газа (22, 23, 24) и увеличивает количество всасываемого газа.In accordance with the first embodiment of the invention, the cavitator (2) is made in the form of a cylindrical body (14), inside of which there is an axisymmetric cavitating body (16) and at least two posts (15) connecting the axisymmetric cavitating body (16) and the inner surface of the body (14) of the cavitator, while inside each rack (15) there is a channel (7) for sucking the gas flow from the external environment and supplying it inside the liquid flow, connected to the corresponding hole (17) for sucking the gas flow, located in the cylindrical body (14 ). The channels (7) on one side have holes (17) connecting the channels (7) with the external gas environment, for example, the atmosphere, and on the other side the channels (7) are united by a common outlet (18), through which the sucked gas enters the flow liquid in direction (8). The number of racks (15) can be more than two, provided that the cross-sectional area of the racks (15) in the plane of their greatest width is no more than 30% of the cross-sectional area of the body (14), calculated by its internal diameter. The inlet (19) and outlet edges (45) of the racks (15) are made pointed with a full angle of convergence of the edges of no more than 20°. The outer surface (20) of the axisymmetric cavitating body (16) has the shape of half an ellipsoid of revolution formed by rotating the ellipse around its long axis coinciding with the longitudinal axis of the cavitator (2), and the long axis of the ellipse is 2-2.5 times larger than its minor axis, which represents is the diameter of the axisymmetric cavitating body (16) in the plane of the edge of the cavitating body (21), the value of which is 0.5-0.7 of the internal diameter of the cavitator body (14) (2), and the ratio of the gas flow area (22) to the sum of the gas flow areas ( 22) and liquid (23) does not exceed 50% of the cross-sectional area of the working chamber (3). Thus, the design of the flow channels of the supercavitation apparatus creates conditions for the formation of a multilayer spatial flow, consisting of an internal gas flow 22 in the form of a supercavity, a surrounding ring-shaped liquid flow 23 and an external gas flow 24. A device for creating a gas-liquid flow, containing series-connected and forming a single cylindrical body nozzle consisting of a confuser (1) and a cavitator (2), containing an axisymmetric cavitating body (16), a working chamber (3), an ejector chamber (4) and a diffuser (6) creates conditions for the formation of a multilayer spatial flow - gas-liquid flow containing a gas flow (22) in the form of a supercavity inside an annular liquid flow (23), surrounding an annular liquid flow (23) and an outer annular gas flow (24), while the annular liquid flow (23) is located between the gas flows (22 , 24). The combined flow of these flows (22, 23, 24) is accompanied by wave-like deformations of the annular liquid flow (23), which improves the contact interaction between the liquid and gas flows (22, 23, 24) and increases the amount of sucked gas.

Улучшение контактного взаимодействия потоков газа и жидкости в устройстве по первому варианту его осуществления обеспечивается путем создания двух соосных потоков газа внутри и снаружи кольцевого потока жидкости, расположенного между потоками газа, причем внутренний поток газа представляет собой газовую суперкаверну. При этом, движение кольцевого потока жидкости сопровождается волнообразными деформациями его формы в направлении течения, которые улучшают контактное взаимодействие потоков и приводят к увеличению количества всасываемого газа.Improvement of the contact interaction of gas and liquid flows in the device according to the first embodiment is ensured by creating two coaxial gas flows inside and outside the annular liquid flow located between the gas flows, and the internal gas flow is a gas supercavity. At the same time, the movement of the annular liquid flow is accompanied by wave-like deformations of its shape in the direction of the flow, which improve the contact interaction of the flows and lead to an increase in the amount of sucked gas.

В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения кавитатор (2) выполнен в виде цилиндрического корпуса (14), внутри которого выполнено кавитирующее тело (16) в виде по крайней мере двух параллельных пластин, установленных на расстоянии друг от друга в плоскости поперечного сечения цилиндрического корпуса (14), при этом на входе в кавитатор (2) пластины выполнены заостренными, а в каждой пластине выполнен канал (7) для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием (17) для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе (14). Устройство для создания газожидкостного потока (без эжекторной камеры) содержит последовательно соединенные и образующие единый корпус цилиндрической формы сопло, состоящее из конфузора (1) и кавитатора (2), содержащего кавитирующее тело (16) в виде по крайней мере двух параллельных пластин, установленных на расстоянии друг от друга в плоскости поперечного сечения цилиндрического корпуса (14), рабочую камеру (3) и диффузор (6) формирует многослойный газожидкостный поток, состоящий из плоских потоков жидкости (38) и плоских потоков газа (39). В кавитаторе (2) может быть установлено более двух параллельных пластин кавитирующего тела (16). Ширина и количество параллельных пластин кавитирующего тела (16) выбирается таким образом, чтобы суммарная площадь плоских потоков газа (39) составляла не более 50% от общей площади потоков жидкости (38) и газа (39). Многослойный газожидкостный поток создается при помощи кавитирующего тела (16) в виде указанных параллельных пластин при их обтекании потоком жидкости и всасывании газа через каналы (7), при этом указанные параллельные пластины кавитирующего тела (16) имеют хорошо обтекаемую форму, а входные кромки указанных параллельных пластин кавитирующего тела (16), обращенные навстречу потоку жидкости, выполнены с заостренными гранями (37) с полным углом схождения граней (37) не более 20°. Устройство для создания газожидкостного потока без эжекторной камеры (4) имеет длину рабочей камеры (3), превышающую диаметр рабочей камеры (2) в 2-4 раза.In accordance with the second embodiment of the invention, the cavitator (2) is made in the form of a cylindrical body (14), inside of which there is a cavitating body (16) in the form of at least two parallel plates installed at a distance from each other in the cross-sectional plane of the cylindrical body ( 14), while at the entrance to the cavitator (2) the plates are made pointed, and in each plate there is a channel (7) for sucking the gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow, connected to the corresponding hole (17) for sucking the gas flow , located in a cylindrical housing (14). A device for creating a gas-liquid flow (without an ejector chamber) contains a nozzle connected in series and forming a single cylindrical body, consisting of a confuser (1) and a cavitator (2), containing a cavitating body (16) in the form of at least two parallel plates mounted on distance from each other in the cross-sectional plane of the cylindrical body (14), the working chamber (3) and the diffuser (6) forms a multilayer gas-liquid flow consisting of flat liquid flows (38) and flat gas flows (39). More than two parallel plates of the cavitating body (16) can be installed in the cavitator (2). The width and number of parallel plates of the cavitating body (16) are selected so that the total area of flat gas flows (39) is no more than 50% of the total area of liquid (38) and gas flows (39). A multilayer gas-liquid flow is created using a cavitating body (16) in the form of the specified parallel plates when a liquid flow flows around them and gas is sucked through channels (7), while the specified parallel plates of the cavitating body (16) have a well-streamlined shape, and the inlet edges of the specified parallel The plates of the cavitating body (16), facing towards the fluid flow, are made with pointed edges (37) with a full angle of convergence of the edges (37) of no more than 20°. A device for creating a gas-liquid flow without an ejector chamber (4) has a length of the working chamber (3) that is 2-4 times greater than the diameter of the working chamber (2).

Улучшение контактного взаимодействия потоков газа и жидкости в устройстве по второму варианту его осуществления обеспечивается путем создания нескольких плоскопараллельных потоков газа и жидкости, движение которых сопровождается инверсионным изменением формы поверхности контакта газа и жидкости в направлении течения.Improvement of the contact interaction of gas and liquid flows in the device according to the second embodiment is ensured by creating several plane-parallel flows of gas and liquid, the movement of which is accompanied by an inversion change in the shape of the contact surface of the gas and liquid in the direction of the flow.

В соответствии с третьем вариантом осуществления изобретения в пластинах квитирующего тела (16) кавитатора (2) выполнен по крайней мере один дополнительный канал (41), расположенный между каналами (7) для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, и по крайней мере один дополнительный канал (40), расположенный перед указанными каналами (7) для всасывания потока газа, при этом указанные дополнительные каналы (40, 41) соединены друг с другом и выполнены с возможностью подачи технологических добавок в поток жидкости. Через указанные каналы (40, 41) подают первый (42) и второй (43) потоки технологических добавок в поток жидкости, при этом направление подачи технологических добавок в поток жидкости совпадает с направлением потока газа при истечении в поток жидкости из кавитатора (2).In accordance with the third embodiment of the invention, in the plates of the acquitting body (16) of the cavitator (2) there is at least one additional channel (41) located between the channels (7) for sucking the gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow, and at least one additional channel (40) located in front of the specified channels (7) for suction of the gas flow, while the specified additional channels (40, 41) are connected to each other and are configured to supply technological additives into the liquid flow. Through the indicated channels (40, 41) the first (42) and second (43) flows of technological additives are supplied into the liquid flow, and the direction of supply of technological additives into the liquid flow coincides with the direction of the gas flow when flowing into the liquid flow from the cavitator (2).

В соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения кавитатор (2) выполнен в виде цилиндрического корпуса (14), внутри которого выполнено квитирующее тело (16) в виде по крайней мере двух диаметрально пересекающихся пластин, при этом на входе в кавитатор (2) пластины выполнены заостренными, а в каждой пластине выполнен канал (7) для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием (17) для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе (14). Устройство для создания газожидкостного потока (без эжекторной камеры) с кавитатором (2), содержащим квитирующее тело (16) в виде по крайней мере двух диаметрально пересекающихся пластин, формирует многослойный газожидкостный поток, состоящий из секторных потоков жидкости (46) и звездообразного потока газа (47). В кавитаторе (2) может быть установлено более двух диаметрально пересекающихся пластин. Ширина и количество диаметрально пересекающихся пластин выбирается таким образом, чтобы площадь газового потока (47) составляла не более 50% от общей площади потоков жидкости (46) и газа (47). Многослойный газожидкостный поток создается при помощи кавитирующего тела (16) в виде указанных диаметрально пересекающихся пластин при их обтекании потоком жидкости и всасывании газа через каналы (7), при этом указанные диаметрально пересекающиеся пластины кавитирующего тела (16) имеют хорошо обтекаемую форму, а входная кромка указанных параллельных пластин кавитирующего тела (16), обращенная навстречу потоку жидкости, выполнена с заостренными гранями (37) с полным углом схождения граней (37) не более 20°.In accordance with the fourth embodiment of the invention, the cavitator (2) is made in the form of a cylindrical body (14), inside of which there is a handshake body (16) in the form of at least two diametrically intersecting plates, while at the entrance to the cavitator (2) the plates are made pointed , and in each plate there is a channel (7) for sucking the gas flow from the external environment and supplying it inside the liquid flow, connected to the corresponding hole (17) for sucking the gas flow, located in the cylindrical body (14). A device for creating a gas-liquid flow (without an ejector chamber) with a cavitator (2) containing a handshake body (16) in the form of at least two diametrically intersecting plates forms a multilayer gas-liquid flow consisting of sector liquid flows (46) and a star-shaped gas flow ( 47). More than two diametrically intersecting plates can be installed in the cavitator (2). The width and number of diametrically intersecting plates are selected so that the area of the gas flow (47) is no more than 50% of the total area of the liquid (46) and gas flows (47). A multilayer gas-liquid flow is created using a cavitating body (16) in the form of the specified diametrically intersecting plates when they flow around them with a liquid flow and gas suction through the channels (7), while the specified diametrically intersecting plates of the cavitating body (16) have a well-streamlined shape, and the inlet edge the indicated parallel plates of the cavitating body (16), facing the liquid flow, are made with pointed edges (37) with a full angle of convergence of the edges (37) of no more than 20°.

Улучшение контактного взаимодействия потоков газа и жидкости в устройстве по четвертому варианту его осуществления обеспечивается путем создания нескольких секторных потоков жидкости, разделенных звездообразным потоком газа, движение которых сопровождается инверсионным изменением формы поверхности контакта газа и жидкости в направлении течения.Improving the contact interaction of gas and liquid flows in the device according to the fourth embodiment is ensured by creating several sectoral liquid flows separated by a star-shaped gas flow, the movement of which is accompanied by an inversion change in the shape of the gas-liquid contact surface in the direction of the flow.

В соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения кавитатор (2) выполнен в виде цилиндрического корпуса (14), внутри которого выполнено кавитирующее тело (16) в виде по крайней мере двух диаметрально непересекающихся обтекателей (48), выполненных с заостренной передней кромкой, обращенной навстречу потоку, с полным углом схождения граней (37) не более 20°. При этом внутри обтекателей (48) установлены гибкие трубки (49) с каналами (7) для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, один конец которых выведен в поток жидкости, а другой закреплен в соответствующем отверстии (17) для всасывания потока газа, расположенном в цилиндрическом корпусе (14). Поток жидкости входит в кавитатор по направлению (52), при течении в области обтекателей (48) и гибких трубок (49) происходит снижение давления вследствие местного уменьшения живого сечения потока жидкости и соответствующего увеличения его скорости. В результате образования разности давления между внешней средой и потоком жидкости внутри кавитатора (2) происходит всасывание газа через гибкие трубки (49) по направлению (50) всасывания газа, который поступает в поток жидкости в виде отдельных газовых струй. Под действием турбулентного потока гибкие трубки (49) приходят в движение относительно своей оси и их выходное сечение (51) совершает нестационарные колебательные движения, в результате которых истекающие из трубок газовые струи приобретают траекторию движения, отличную от прямолинейной, следствием этого является изменение формы поверхности контакта потоков газа и жидкости. Таким образом, применение гибких трубок (49), подающих газ в поток жидкости, способствует увеличению количества всасываемого газа. В кавитаторе (2) может быть установлены более двух обтекателей (48). Диаметр гибких трубок (49) не должен превышать поперечный размер обтекателей (48), чтобы не увеличивать гидравлическое сопротивление кавитатора (2). Ширина и количество обтекателей (48) выбираются, исходя из того, что суммарная площадь потоков газа (54) в гибких трубках не должна превышать 50% от общей площади потоков жидкости (53) и газа (54). В составе одного кавитатора (2) могут быть использованы гибкие трубки (49) разных диаметров.In accordance with the fifth embodiment of the invention, the cavitator (2) is made in the form of a cylindrical body (14), inside of which there is a cavitating body (16) in the form of at least two diametrically non-intersecting fairings (48), made with a pointed leading edge facing the flow , with a full angle of convergence of the faces (37) no more than 20°. In this case, flexible tubes (49) with channels (7) are installed inside the fairings (48) for sucking the gas flow from the external environment and supplying it inside the liquid flow, one end of which is brought out into the liquid flow, and the other is fixed in the corresponding hole (17) for suction gas flow located in a cylindrical housing (14). The liquid flow enters the cavitator in the direction (52); when flowing in the area of the fairings (48) and flexible tubes (49), a decrease in pressure occurs due to a local decrease in the open cross-section of the liquid flow and a corresponding increase in its speed. As a result of the formation of a pressure difference between the external environment and the liquid flow inside the cavitator (2), gas is suctioned through flexible tubes (49) in the direction (50) of gas suction, which enters the liquid flow in the form of separate gas jets. Under the influence of a turbulent flow, the flexible tubes (49) begin to move relative to their axis and their outlet section (51) performs unsteady oscillatory movements, as a result of which the gas jets flowing from the tubes acquire a trajectory of motion that is different from a straight line, resulting in a change in the shape of the contact surface gas and liquid flows. Thus, the use of flexible tubes (49) supplying gas to the liquid flow increases the amount of gas drawn in. More than two fairings (48) can be installed in the cavitator (2). The diameter of the flexible tubes (49) should not exceed the transverse size of the fairings (48), so as not to increase the hydraulic resistance of the cavitator (2). The width and number of fairings (48) are selected based on the fact that the total area of gas flows (54) in flexible tubes should not exceed 50% of the total area of liquid (53) and gas flows (54). Flexible tubes (49) of different diameters can be used as part of one cavitator (2).

В соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения кавитатор (2) выполнен в виде цилиндрического корпуса (14), внутри которого выполнено кавитирующее тело (16) в виде по крайней мере двух параллельных обтекателей (48), при этом внутри обтекателей (48) установлены гибкие трубки (49) с каналами (7) для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, один конец которых выведен в поток жидкости, а другой закреплен в соответствующем отверстии (17) для всасывания потока газа, расположенном в цилиндрическом корпусе (14). Устройство для создания газожидкостного потока (без эжекторной камеры) с кавитатором (2), содержащим квитирующее тело (16) в виде трех параллельных обтекателей (48) формирует газожидкостной поток в виде потоков газа (54), между которыми расположен поток жидкости (53).In accordance with the sixth embodiment of the invention, the cavitator (2) is made in the form of a cylindrical body (14), inside of which there is a cavitating body (16) in the form of at least two parallel fairings (48), with flexible tubes installed inside the fairings (48). (49) with channels (7) for sucking a gas flow from the external environment and supplying it inside the liquid flow, one end of which is brought into the liquid flow, and the other is fixed in the corresponding hole (17) for sucking the gas flow, located in a cylindrical body (14 ). A device for creating a gas-liquid flow (without an ejector chamber) with a cavitator (2) containing a handshaking body (16) in the form of three parallel fairings (48) forms a gas-liquid flow in the form of gas flows (54), between which there is a liquid flow (53).

Улучшение контактного взаимодействия потоков газа и жидкости в устройстве по пятому и шестому вариантам его осуществления обеспечивается путем создания нескольких потоков газа, истекающих в жидкость через гибкие трубки, причем область втекания газовых потоков в поток жидкости изменяет свое место положения под действием потока жидкости, что сопровождается изменением формы поверхности контакта потоков газа и жидкости в направлении течения.Improving the contact interaction of gas and liquid flows in the device according to the fifth and sixth embodiments is ensured by creating several gas flows flowing into the liquid through flexible tubes, and the area of inflow of gas flows into the liquid flow changes its position under the action of the liquid flow, which is accompanied by a change shapes of the contact surface of gas and liquid flows in the direction of flow.

На фиг. 11 представлены данные об эффективности всасывания газа с помощью различных конструкций заявленного кавитатора, раскрытые на графиках зависимости коэффициентов эжекции воздуха от расхода потока воды, полученные на экспериментальном стенде: а - конструкция кавитатора по фиг. 9; b - конструкция кавитатора по фиг. 10; с - конструкция кавитатора по фиг. 1; d - конструкция кавитатора по фиг. 12; е - конструкция кавитатора по фиг. 16; f - конструкция кавитатора по фиг. 20. Как видно из фиг. 11, заявленное устройство для создания газожидкостного потока во всех вариантах его осуществления имеет более высокое значение коэффициента эжекции, чем известное из уровня техники кавитационное устройство.In fig. Figure 11 presents data on the efficiency of gas suction using various designs of the claimed cavitator, disclosed on graphs of the dependence of air ejection coefficients on water flow rate, obtained on an experimental stand: a - design of the cavitator according to Fig. 9; b - cavitator design according to Fig. 10; c - cavitator design according to Fig. 1; d - cavitator design according to Fig. 12; e - cavitator design according to Fig. 16; f - cavitator design according to Fig. 20. As can be seen from FIG. 11, the claimed device for creating a gas-liquid flow in all its embodiments has a higher ejection coefficient than a cavitation device known from the prior art.

Система для растворения газа в жидкости содержит последовательно соединенные узел подачи жидкости в виде насоса (76), по крайней мере одно устройство (78) для создания газожидкостного потока, расположенное над поверхностью объема жидкости (81), в которой растворяется газ, и по крайней мере одна турбина (80), расположенная в донной области объема жидкости (81) и содержащая диффузор (55) турбины, направляющее основание (56), выполненное с возможностью изменения направления газожидкостного потока по траектории (63) и перфорированные сопла (57), расположенные в плоскости, перпендикулярной оси диффузора (55) турбины, при этом узел подачи жидкости (76) и устройство (78) для создания газожидкостного потока соединены друг с другом при помощи первого трубопровода (77), а устройство (78) для создания газожидкостного потока и турбина (80) соединены друг с другом при помощи второго трубопровода (79).A system for dissolving a gas in a liquid contains a series-connected liquid supply unit in the form of a pump (76), at least one device (78) for creating a gas-liquid flow located above the surface of the liquid volume (81) in which the gas is dissolved, and at least one turbine (80) located in the bottom region of the liquid volume (81) and containing a turbine diffuser (55), a guide base (56) configured to change the direction of the gas-liquid flow along the trajectory (63) and perforated nozzles (57) located in plane perpendicular to the axis of the diffuser (55) of the turbine, wherein the liquid supply unit (76) and the device (78) for creating a gas-liquid flow are connected to each other using a first pipeline (77), and the device (78) for creating a gas-liquid flow and the turbine (80) are connected to each other using a second pipeline (79).

Растворение газа осуществляют в неподвижном объеме жидкости (81), например, в емкости (75), или в подвижном объеме жидкости (81), например, в реке.Dissolution of the gas is carried out in a stationary volume of liquid (81), for example, in a container (75), or in a moving volume of liquid (81), for example, in a river.

Направляющее основание (56)содержит расположенный в центре обтекатель (58) турбины и направляющие лопасти (59), расположенные в радиальном направлении вокруг обтекателя (58) турбины.The guide base (56) contains a centrally located turbine fairing (58) and guide vanes (59) arranged radially around the turbine fairing (58).

Перфорированные сопла (57) выполнены в виде трубки прямоугольного сечения.The perforated nozzles (57) are made in the form of a rectangular tube.

Перфорированные сопла (57) выполнены в виде трубки круглого сечения.The perforated nozzles (57) are made in the form of a round tube.

По крайней мере одно перфорированное сопло (57) содержит направляющий наконечник (74), загнутый в вертикальной плоскости.At least one perforated nozzle (57) contains a guide tip (74) bent in a vertical plane.

По крайней мере одно перфорированное сопло (57) содержит направляющий наконечник (74), загнутый в горизонтальной плоскости.At least one perforated nozzle (57) contains a guide tip (74) bent in a horizontal plane.

Перфорация выполнена в виде щели (73) или в виде отверстий круглой, треугольной, квадратной, прямоугольной и многоугольной формы.The perforation is made in the form of a slot (73) or in the form of round, triangular, square, rectangular and polygonal holes.

Для перфорированного сопла (57) в виде трубки прямоугольного сечения перфорация выполнена на вертикальной или горизонтальной поверхности сопла (57).For a perforated nozzle (57) in the form of a rectangular tube, the perforation is made on the vertical or horizontal surface of the nozzle (57).

Для перфорированного сопла (57) в виде трубки прямоугольного сечения перфорация выполнена на вертикальной поверхности перфорированного сопла (57) в виде щели (73) с наклоном от нижней горизонтальной поверхности на входе в перфорированное сопло (57) к верхней горизонтальной поверхности на выходе перфорированного сопла (57).For a perforated nozzle (57) in the form of a rectangular tube, perforation is made on the vertical surface of the perforated nozzle (57) in the form of a slot (73) with an inclination from the lower horizontal surface at the entrance to the perforated nozzle (57) to the upper horizontal surface at the exit of the perforated nozzle ( 57).

Узел подачи жидкости выполнен в виде насоса (76), закрепленного снаружи или внутри неподвижного объема жидкости (81).The liquid supply unit is made in the form of a pump (76) fixed outside or inside a stationary volume of liquid (81).

Узел подачи жидкости выполнен в виде насоса (76), закрепленного снаружи или внутри подвижного объема жидкости (81).The liquid supply unit is made in the form of a pump (76) fixed outside or inside the moving volume of liquid (81).

Узел подачи жидкости выполнен в виде насоса (76), установленного на поплавковой платформе (84).The fluid supply unit is made in the form of a pump (76) installed on a float platform (84).

Заявленный способ растворения газа в жидкости с применением заявленной системы для растворения газа (воздух) в жидкости (вода), содержащей устройство для создания газожидкостного потока в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, содержащее кавитатор (2) согласно первому варианту осуществления изобретения, осуществляется следующим образом.The claimed method for dissolving a gas in a liquid using a claimed system for dissolving a gas (air) in a liquid (water) containing a device for creating a gas-liquid flow in accordance with the first embodiment of the invention, containing a cavitator (2) according to the first embodiment of the invention, is carried out as follows .

На первом этапе воду, расположенную в емкости (75), при помощи насоса (76) подают по первому трубопроводу (77) в устройство (78) для создания газожидкостного потока, расположенного над уровнем жидкости (81) в емкости (75). Вода через конфузор (1) по направлению (10) поступает в кавитатор (2). Поток воды (25) обтекает кавитирующее тело 16, показанное на фиг. 4, и в результате локального понижения давления в потоке воды (25) происходит всасывание воздуха и формирование потока (26) воздуха внутри кольцевого потока воды (28) в виде суперкаверны (27), наполненной воздухом. Суперкаверна (27) окружена кольцевым потоком воды (28). Далее поток воздуха (26), окруженный кольцевым потоком воды (28), поступает в пространство между рабочей камерой (3) и эжекторной камерой (4), где происходит всасывание воздуха через окна опорной стойки (5) и образование внешнего потока воздуха (29). При выходе газожидкостного потока с суперкаверной (27) из эжекторной камеры (3) в направлении (11) газожидкостного потока суперкаверна уменьшается в поперечном размере в хвостовой области (30) газожидкостного потока, а внешний кольцевой поток воздуха (31) увеличивается по площади, в результате формируется прогиб (32) кольцеобразного потока воды (28), который перемещается в направлении течения, в результате чего возникают периодические волнообразные деформации потока воды (28). Эти деформации усиливают контактное взаимодействие потоков воды и воздуха. Сформированный газожидкостной поток, из диффузора (6) устройства (78) для создания газожидкостного потока в вертикальном направлении через второй трубопровод (79) поступает в турбину (80), расположенную в донной области объема жидкости (81). Газожидкостной поток (62) из второго трубопровода (79) в вертикальном направлении поступает в диффузор (55) турбины, содержащий входное отверстие (64) и закругленный вогнутый профиль (65). В диффузоре (55) турбины происходит снижение скорости газожидкостного потока (62), который поступает в направляющее основание (56)турбины и изменяет направление течения на 90° по траектории (63), плавность указанного изменения направления обеспечивается обтекателем (58) турбины. Направляющие лопасти (59) распределяют газожидкостный поток (62) по перфорированным соплам (57). Далее газожидкостный поток (62) выходит из перфорированных сопел (57) в окружающий объем жидкости (81) через прямоугольные перфорированные отверстия (60), выполненные на перфорированных сопел (57), и через торцевой выход 61. При истечении газожидкостного потока из перфорированных сопел (57) происходит диспергирование газа и его распределение в плоскости дна объема жидкости, в которой выполняется растворение газа.At the first stage, water located in the container (75), using a pump (76), is supplied through the first pipeline (77) to the device (78) to create a gas-liquid flow located above the liquid level (81) in the container (75). Water through the confuser (1) in direction (10) enters the cavitator (2). The water flow (25) flows around the cavitating body 16 shown in FIG. 4, and as a result of a local decrease in pressure in the water flow (25), air is sucked in and an air flow (26) is formed inside the annular water flow (28) in the form of a supercavity (27) filled with air. The supercavity (27) is surrounded by an annular flow of water (28). Next, the air flow (26), surrounded by an annular flow of water (28), enters the space between the working chamber (3) and the ejector chamber (4), where air is sucked through the windows of the support column (5) and an external air flow (29) is formed. . When the gas-liquid flow exits from the supercavity (27) from the ejector chamber (3) in the direction (11) of the gas-liquid flow, the supercavity decreases in transverse size in the tail region (30) of the gas-liquid flow, and the outer annular air flow (31) increases in area, as a result a deflection (32) of the annular water flow (28) is formed, which moves in the direction of the flow, resulting in periodic wave-like deformations of the water flow (28). These deformations enhance the contact interaction of water and air flows. The generated gas-liquid flow from the diffuser (6) of the device (78) for creating a gas-liquid flow in the vertical direction through the second pipeline (79) enters the turbine (80) located in the bottom region of the liquid volume (81). The gas-liquid flow (62) from the second pipeline (79) enters the turbine diffuser (55) in a vertical direction, containing an inlet (64) and a rounded concave profile (65). In the diffuser (55) of the turbine, the speed of the gas-liquid flow (62) decreases, which enters the guide base (56) of the turbine and changes the flow direction by 90° along the trajectory (63), the smoothness of this change in direction is ensured by the fairing (58) of the turbine. The guide vanes (59) distribute the gas-liquid flow (62) through the perforated nozzles (57). Next, the gas-liquid flow (62) exits from the perforated nozzles (57) into the surrounding volume of liquid (81) through rectangular perforated holes (60) made on the perforated nozzles (57) and through the end outlet 61. When the gas-liquid flow flows out of the perforated nozzles ( 57) the gas is dispersed and distributed in the plane of the bottom of the volume of liquid in which the gas is dissolved.

Затраты энергии в устройстве для создания газожидкостного потока зависят от величины противодавления на выходе устройства. Чем выше противодавление, тем больше должна быть скорость потока жидкости, чтобы перенести газ из зоны всасывания в область повышенного давления ниже по потоку на выходе устройства, и тем выше затраты энергии на работу устройства.The energy consumption in the device for creating a gas-liquid flow depends on the value of the back pressure at the outlet of the device. The higher the back pressure, the higher the fluid flow rate must be to transfer gas from the suction zone to the high pressure area downstream at the outlet of the device, and the higher the energy required to operate the device.

В заявленном способе растворения газа в жидкости снижение противодавления на выходе устройства для создания газожидкостного потока достигается его вертикальной установкой над поверхностью жидкости. При этом, на участке трубопровода между устройством для создания газожидкостного потока и турбиной, расположенном над поверхностью жидкости, создается отрицательное гидростатическое давление, которое уменьшает противодавление на выходе устройства для создания газожидкостного потока.In the claimed method of dissolving a gas in a liquid, reducing the back pressure at the outlet of the device for creating a gas-liquid flow is achieved by installing it vertically above the surface of the liquid. In this case, in the pipeline section between the device for creating a gas-liquid flow and the turbine located above the surface of the liquid, negative hydrostatic pressure is created, which reduces the back pressure at the outlet of the device for creating a gas-liquid flow.

Для увеличения количества растворяемого в жидкости газа необходимо диспергировать газ и распределять его в объеме жидкости так, чтобы избежать слияния мелких пузырьков газа в большие, в результате чего уменьшается массообменная поверхность.To increase the amount of gas dissolved in a liquid, it is necessary to disperse the gas and distribute it throughout the volume of the liquid so as to avoid the merging of small gas bubbles into large ones, as a result of which the mass transfer surface decreases.

В заявленном способе растворения газа в жидкости увеличение количества растворяемого в жидкости газа обеспечивается перфорированными соплами турбины путем диспергирования газа в составе газожидкостных потоков, истекающих в объем жидкости, и пространственного распределения газа в плоскости его дна.In the claimed method of dissolving gas in a liquid, an increase in the amount of gas dissolved in the liquid is provided by perforated turbine nozzles by dispersing the gas as part of the gas-liquid flows flowing into the volume of the liquid and the spatial distribution of the gas in the plane of its bottom.

Испытания системы проводились по следующей методике:The system was tested using the following method:

при выключенной системе аэрации в воду в аэротенке (емкость, наполненная водой) добавляется реагент на основе бисульфита натрия, который связывает растворенный в воде кислород;when the aeration system is turned off, a sodium bisulfite-based reagent is added to the water in the aeration tank (a container filled with water), which binds oxygen dissolved in the water;

в процессе перемешивания воды производится измерение концентрации растворенного кислорода с помощью приборов, датчики которых установлены в аэротенке на различной глубине;during the process of mixing water, the concentration of dissolved oxygen is measured using instruments whose sensors are installed in the aeration tank at different depths;

при достижении концентрации растворенного кислорода малых значений (≤1-2 мг/л) включается гидронасос системы аэрации в режим расхода потока воды 100 м3/ч и начинается всасывание воздуха в суперкавитационный аппарат;when the dissolved oxygen concentration reaches low values (≤1-2 mg/l), the hydraulic pump of the aeration system is switched on to a water flow rate of 100 m 3 /h and air suction into the supercavitation apparatus begins;

производится непрерывное аэрирование воды в аэротенке и одновременное измерение концентрации растворенного кислорода в воде до достижения концентрации кислорода, близкой к насыщенным при данной температуре воды;the water in the aeration tank is continuously aerated and the concentration of dissolved oxygen in the water is simultaneously measured until an oxygen concentration close to saturated at a given water temperature is achieved;

используя результаты измерений концентраций кислорода в воде, определяются стандартные (пересчитанные на температуру воды 20°С) показатели эффективности растворения кислорода в процессе аэрации: стандартная эффективность переноса кислорода SOTE, стандартная скорость переноса кислорода SOTR, стандартная энергетическая эффективность аэрации SAE.Using the results of measurements of oxygen concentrations in water, standard (calculated to a water temperature of 20°C) indicators of the efficiency of oxygen dissolution during aeration are determined: standard oxygen transfer efficiency SOTE, standard oxygen transfer rate SOTR, standard aeration energy efficiency SAE.

В системе использовалось устройство для создания газожидкостного потока (без эжекторной камеры) с кавитатором, раскрытым на фиг. 12, в котором кавитатор создает плоскопараллельные потоки жидкости и газа. Коэффициент расхода сопла суперкавитационного аппарата μ=0.96.The system used a device for creating a gas-liquid flow (without an ejector chamber) with a cavitator, disclosed in Fig. 12, in which the cavitator creates plane-parallel flows of liquid and gas. The nozzle consumption coefficient of the supercavitation apparatus is μ=0.96.

Испытания проводились в аэротенке с объемом воды 54.8 м3 при глубине воды HWT=4.5 м. При расходе потока воды QW=100 м3/ч коэффициенты эжекции воздуха составили η=0.5 и η=0.6 при высоте установки устройства для создания газожидкостного потока над поверхностью воды HWTA=0.5 м и HWTA=1.0 м, соответственно. Температура наружного воздуха в ходе проведения испытаний находилась в диапазоне TA=18.6-20.2°С, температура воды была в диапазоне TW=16.5-17.0°С.The tests were carried out in an aeration tank with a water volume of 54.8 m 3 at a water depth H WT = 4.5 m. At a water flow rate Q W = 100 m 3 / h, the air ejection coefficients were η = 0.5 and η = 0.6 at the installation height of the device for creating a gas-liquid flow above the water surface H WTA =0.5 m and H WTA =1.0 m, respectively. The outside air temperature during the tests was in the range T A = 18.6-20.2 ° C, the water temperature was in the range T W = 16.5-17.0 ° C.

Определение кинетики растворения кислорода в воде выполняется с использованием объемного коэффициента массопереноса kLa.Determination of the kinetics of oxygen dissolution in water is carried out using the volumetric mass transfer coefficient k L a.

Изменение концентрации кислорода в воде в зависимости от времени описывается уравнением:The change in oxygen concentration in water depending on time is described by the equation:

где С - концентрация кислорода в воде, мг/л; С - установившаяся концентрация кислорода в воде, мг/л; t - время, с; kLa - коэффициент массопереноса, с-1.where C is the concentration of oxygen in water, mg/l; C - steady-state oxygen concentration in water, mg/l; t - time, s; k L a - mass transfer coefficient, s -1 .

Интегрируя уравнение в пределах С=С0 в момент времени t=0 и C=Ct в момент времени t=tt, kLa может быть определено по наклону полулогарифмического графика зависимости разности концентраций (С-С) от времени аэрации воды t. Таким образом, коэффициент массопереноса kLa определится как:By integrating the equation within C=C 0 at time t=0 and C=C t at time t=t t , k L a can be determined from the slope of a semi-logarithmic graph of the concentration difference (C -C) versus water aeration time t. Thus, the mass transfer coefficient k L a will be determined as:

График зависимости (C-C)=f(t) аппроксимируется уравнением экспоненциальной регрессии у=А⋅ехр(-В⋅х), в котором А=С, B=kLa. Эти данные используются для расчета скорости переноса кислорода OTR:The dependence graph (C -C)=f(t) is approximated by the exponential regression equation y=A⋅exp(-B⋅x), in which A=C , B=k L a. These data are used to calculate the OTR oxygen transfer rate:

OTR=kLa⋅C⋅Vw OTR=k L a⋅C ⋅V w

где Vw - объем воды в аэротенке.where V w is the volume of water in the aeration tank.

Эффективность аэрации АЕ определяется по формуле:Aeration efficiency AE is determined by the formula:

АЕ=OTR/NP AE=OTR/N P

где NP - потребляемая мощность гидронасоса.where N P is the power consumption of the hydraulic pump.

Эффективность переноса кислорода ОТЕ рассчитывается по формуле:OTE oxygen transfer efficiency is calculated using the formula:

ОТЕ=OTR/MO2 OTE=OTR/M O2

где MO2 - массовый расход кислорода в процессе аэрации.where M O2 is the mass flow of oxygen during aeration.

Для определения показателей эффективности аэрации при стандартных условиях (Т=20°С, Р=101325 Па) производится пересчет коэффициента массопереноса kLa и установившейся концентрации кислорода С на стандартные условия.To determine aeration efficiency indicators under standard conditions (T=20°C, P=101325 Pa), the mass transfer coefficient k L a and the steady-state oxygen concentration C are recalculated to standard conditions.

kLa20=kLa⋅Θ(20-T) k L a 20 =k L a⋅Θ (20-T)

где Θ - коэффициент температурной коррекции (=1.024); Т - температура воды.where Θ is the temperature correction coefficient (=1.024); T - water temperature.

где т - коэффициент температурной коррекции; Ω - коэффициент коррекции по давлению.where t is the temperature correction coefficient; Ω - pressure correction coefficient.

где CST и CS20 - насыщенные концентрации кислорода в воде при фактическом Pb и стандартном Ps барометрическом давлении.where C ST and C S20 are the saturated oxygen concentrations in water at actual P b and standard P s barometric pressure.

Скорость переноса кислорода в стандартных условиях рассчитывается по формуле:The rate of oxygen transfer under standard conditions is calculated by the formula:

SOTR=kLa20⋅C∞20⋅Vw SOTR=k L a 20 ⋅C ∞20 ⋅V w

Эффективность аэрации в стандартных условиях определяется по формуле:The efficiency of aeration under standard conditions is determined by the formula:

SAE=SOTR/NP SAE=SOTR/N P

Эффективность переноса кислорода в стандартных условиях рассчитывается по формуле:The efficiency of oxygen transfer under standard conditions is calculated by the formula:

SOTE=SOTR/MSO2 SOTE=SOTR/M SO2

где MSO2 - массовый расход кислорода в процессе аэрации, рассчитанный по свойствам воздуха и кислорода в стандартных условиях.where M SO2 is the mass flow rate of oxygen during aeration, calculated from the properties of air and oxygen under standard conditions.

Для варианта установки устройства для создания газожидкостного потока над поверхностью воды на высоте 0.5 м показатели аэрации составили ОТЕ=55% (SOTE=57%), OTR=7.7 кгO2/ч (SOTR=8.0 кгO2/ч), АЕ=4.3 кгO2/кВт⋅ч (SAE=4.5 кгO2/кВт⋅ч).For the option of installing a device for creating a gas-liquid flow above the water surface at a height of 0.5 m, the aeration indicators were OTE = 55% (SOTE = 57%), OTR = 7.7 kgO 2 / h (SOTR = 8.0 kgO 2 / h), AE = 4.3 kgO 2 /kWh (SAE=4.5 kgO 2 /kWh).

Для варианта установки устройства для создания газожидкостного потока над поверхностью воды на высоте 1.0 м показатели аэрации составили ОТЕ=59% (SOTE=62%), OTR=9.9 кгО2/ч (SOTR=10.3 кгO2/ч), АЕ=5.0 кгО2/кВт⋅ч (SAE=5.3 кгO2/кВт⋅ч).For the option of installing a device for creating a gas-liquid flow above the water surface at a height of 1.0 m, the aeration indicators were OTE = 59% (SOTE = 62%), OTR = 9.9 kgO 2 / h (SOTR = 10.3 kgO 2 / h), AE = 5.0 kgO 2 /kWh (SAE=5.3 kgO 2 /kWh).

На основе результатов испытаний разработана расчетная модель процесса растворения кислорода в воде по предлагаемому способу. Результаты расчета представлены в таблице 1.Based on the test results, a computational model of the process of dissolving oxygen in water using the proposed method has been developed. The calculation results are presented in Table 1.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как оно раскрыто в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been described above with reference to a specific embodiment thereof. Other embodiments of the invention may be obvious to those skilled in the art but do not change its essence as disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.

Claims (27)

1. Устройство для создания газожидкостного потока, содержащее последовательно соединенные и образующие единый корпус цилиндрической формы сопло, состоящее из конфузора и кавитатора, рабочую камеру, эжекторную камеру, в начале которой выполнены опорные стойки с окнами для подачи газа вдоль внешней поверхности потока жидкости, и диффузор, при этом в кавитаторе выполнены каналы для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, а сопло выполнено с возможностью создания газожидкостного потока и характеризуется коэффициентом расхода не менее 0,9.1. A device for creating a gas-liquid flow, containing a nozzle connected in series and forming a single cylindrical body, consisting of a confuser and a cavitator, a working chamber, an ejector chamber, at the beginning of which there are support posts with windows for supplying gas along the outer surface of the liquid flow, and a diffuser , while in the cavitator there are channels for sucking a gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow, and the nozzle is designed to create a gas-liquid flow and is characterized by a flow coefficient of at least 0.9. 2. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнены осесимметричное кавитирующее тело и по крайней мере две стойки, соединяющие осесимметричное кавитирующее тело и внутреннюю поверхность корпуса кавитатора, при этом внутри каждой стойки выполнен канал для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе.2. The device according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is an axisymmetric cavitating body and at least two racks connecting the axisymmetric cavitating body and the inner surface of the cavitator body, while inside each rack there is a channel for suction of the gas flow from external environment and feeding it into the liquid flow, connected to a corresponding suction hole for the gas flow, located in the cylindrical body. 3. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнено кавитирующее тело в виде по крайней мере двух параллельных пластин, установленных на расстоянии друг от друга в плоскости поперечного сечения цилиндрического корпуса, при этом на входе в кавитатор пластины выполнены заостренными, а в каждой пластине выполнен канал для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе.3. Device according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is a cavitating body in the form of at least two parallel plates installed at a distance from each other in the cross-sectional plane of the cylindrical body, while at the entrance to the cavitator the plates are made pointed, and in each plate there is a channel for sucking a gas flow from the external environment and supplying it into the liquid flow, connected to a corresponding hole for sucking the gas flow located in the cylindrical body. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в кавитирующем теле выполнен по крайней мере один дополнительный канал, расположенный между каналами для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, и по крайней мере один дополнительный канал, расположенный перед указанными каналами для всасывания потока газа, при этом указанные дополнительные каналы соединены друг с другом и выполнены с возможностью подачи технологических добавок в поток жидкости.4. The device according to claim 3, characterized in that the cavitating body has at least one additional channel located between the channels for sucking a gas flow from the external environment and supplying it inside the liquid flow, and at least one additional channel located in front of the specified channels for suction of the gas flow, while the specified additional channels are connected to each other and are configured to supply technological additives into the liquid stream. 5. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнено кавитирующее тело в виде по крайней мере двух диаметрально пересекающихся пластин, при этом на входе в кавитатор пластины выполнены заостренными, а в каждой пластине выполнен канал для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, соединенный с соответствующим отверстием для всасывания потока газа, расположенным в цилиндрическом корпусе.5. Device according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is a cavitating body in the form of at least two diametrically intersecting plates, while at the entrance to the cavitator the plates are made pointed, and in each plate there is a channel for suction of the gas flow from the external environment and feeding it into the liquid flow, connected to a corresponding suction hole for the gas flow, located in the cylindrical body. 6. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнено кавитирующее тело в виде по крайней мере двух диаметрально непересекающихся обтекателей, при этом внутри обтекателей установлены гибкие трубки с каналами для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока жидкости, один конец которых выведен в поток жидкости, а другой закреплен в соответствующем отверстии для всасывания потока газа, расположенном в цилиндрическом корпусе.6. Device according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is a cavitating body in the form of at least two diametrically non-intersecting fairings, while flexible tubes with channels are installed inside the fairings for sucking the gas flow from the external environment and supplying it inside liquid flow, one end of which is discharged into the liquid flow, and the other is fixed in the corresponding hole for suction of the gas flow, located in the cylindrical body. 7. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что кавитатор выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого выполнено кавитирующее тело в виде по крайней мере двух параллельных обтекателей, при этом внутри обтекателей установлены гибкие трубки с каналами для всасывания потока газа из внешней среды и подачи его внутрь потока, один конец которых выведен в поток жидкости, а другой закреплен в соответствующем отверстии для всасывания потока газа, расположенном в цилиндрическом корпусе.7. Device according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the cavitator is made in the form of a cylindrical body, inside of which there is a cavitating body in the form of at least two parallel fairings, while flexible tubes with channels are installed inside the fairings for sucking the gas flow from the external environment and supplying it inside the flow , one end of which is brought out into the liquid flow, and the other is fixed in the corresponding hole for suction of the gas flow, located in the cylindrical body. 8. Способ растворения газа в жидкости с использованием устройства по любому из пп. 1-7, включающий следующие этапы:8. A method for dissolving a gas in a liquid using a device according to any one of claims. 1-7, including the following steps: a) формирование над поверхностью жидкости газожидкостного потока, состоящего по крайней мере из двух потоков газа и по крайней мере одного потока жидкости, расположенного между потоками газа, при помощи устройства для создания газожидкостного потока;a) forming a gas-liquid flow above the surface of the liquid, consisting of at least two gas flows and at least one liquid flow located between the gas flows, using a device for creating a gas-liquid flow; b) подача газожидкостного потока в донную область жидкости в вертикальном направлении;b) supplying a gas-liquid flow to the bottom region of the liquid in the vertical direction; c) диспергирование газа в составе двухфазного потока и распределение газа в объеме жидкости;c) dispersion of gas as part of a two-phase flow and distribution of gas in the volume of liquid; d) растворение газа в объеме жидкости.d) dissolution of gas in a volume of liquid. 9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что растворение газа осуществляется в неподвижном объеме жидкости или в подвижном объеме жидкости.9. The method according to claim 8, characterized in that the gas is dissolved in a stationary volume of liquid or in a moving volume of liquid. 10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что дополнительно при формировании газожидкостного потока в поток жидкости вводят технологические добавки.10. The method according to claim 8, characterized in that additionally, when forming a gas-liquid flow, technological additives are introduced into the liquid flow. 11. Система для растворения газа в жидкости, содержащая последовательно соединенные узел подачи жидкости, по крайней мере одно устройство для создания газожидкостного потока по любому из пп. 1-7, расположенное над поверхностью объема жидкости, в которой растворяется газ, и по крайней мере одну турбину, расположенную в донной области объема жидкости и содержащую диффузор, направляющее основание, выполненное с возможностью изменения направления газожидкостного потока, и перфорированные сопла, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси диффузора турбины, при этом узел подачи жидкости и устройство для создания газожидкостного потока соединены друг с другом при помощи первого трубопровода, а устройство для создания газожидкостного потока и турбина соединены друг с другом при помощи второго трубопровода.11. A system for dissolving gas in liquid, containing a liquid supply unit connected in series, at least one device for creating a gas-liquid flow according to any one of claims. 1-7, located above the surface of the liquid volume in which the gas is dissolved, and at least one turbine located in the bottom region of the liquid volume and containing a diffuser, a guide base configured to change the direction of the gas-liquid flow, and perforated nozzles located in the plane , perpendicular to the axis of the turbine diffuser, wherein the liquid supply unit and the device for creating a gas-liquid flow are connected to each other using a first pipeline, and the device for creating a gas-liquid flow and the turbine are connected to each other using a second pipeline. 12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что растворение газа осуществляют в неподвижном объеме жидкости или в подвижном объеме жидкости.12. The system according to claim 11, characterized in that the gas is dissolved in a stationary volume of liquid or in a moving volume of liquid. 13. Система по п. 11, отличающаяся тем, что направляющее основание содержит расположенный в центре обтекатель турбины и направляющие лопасти, расположенные в радиальном направлении вокруг обтекателя турбины.13. The system according to claim 11, wherein the guide base comprises a centrally located turbine fairing and guide vanes arranged radially around the turbine fairing. 14. Система по п. 11, отличающаяся тем, что перфорированные сопла выполнены в виде трубки прямоугольного сечения.14. The system according to claim 11, characterized in that the perforated nozzles are made in the form of a rectangular tube. 15. Система по п. 11, отличающаяся тем, что перфорированные сопла выполнены в виде трубки круглого сечения.15. The system according to claim 11, characterized in that the perforated nozzles are made in the form of a round tube. 16. Система по п. 11, отличающаяся тем, что по крайней мере одно перфорированное сопло содержит направляющий наконечник, загнутый в вертикальной плоскости.16. The system according to claim 11, characterized in that at least one perforated nozzle contains a guide tip bent in a vertical plane. 17. Система по п. 11, отличающаяся тем, что по крайней мере одно перфорированное сопло содержит направляющий наконечник, загнутый в горизонтальной плоскости.17. The system according to claim 11, characterized in that at least one perforated nozzle contains a guide tip bent in a horizontal plane. 18. Система по любому из пп. 14 или 15, отличающаяся тем, что перфорация выполнена в виде щели или в виде отверстий круглой, треугольной, квадратной, прямоугольной и многоугольной формы.18. The system according to any one of paragraphs. 14 or 15, characterized in that the perforation is made in the form of a slot or in the form of round, triangular, square, rectangular and polygonal holes. 19. Система по п. 14, отличающаяся тем, что перфорация выполнена на вертикальной или горизонтальной поверхности перфорированного сопла.19. The system according to claim 14, characterized in that the perforation is made on a vertical or horizontal surface of the perforated nozzle. 20. Система по п. 14, отличающаяся тем, что перфорация выполнена на вертикальной поверхности перфорированного сопла в виде щели с наклоном от нижней горизонтальной поверхности на входе в перфорированное сопло к верхней горизонтальной поверхности на выходе перфорированного сопла.20. The system according to claim 14, characterized in that the perforation is made on the vertical surface of the perforated nozzle in the form of a slot with an inclination from the lower horizontal surface at the entrance to the perforated nozzle to the upper horizontal surface at the exit of the perforated nozzle. 21. Система по п. 11, отличающаяся тем, что узел подачи жидкости выполнен в виде насоса, закрепленного снаружи или внутри неподвижного объема жидкости.21. The system according to claim 11, characterized in that the liquid supply unit is made in the form of a pump mounted outside or inside a stationary volume of liquid. 22. Система по п. 11, отличающаяся тем, что узел подачи жидкости выполнен в виде насоса, закрепленного снаружи или внутри подвижного объема жидкости.22. The system according to claim 11, characterized in that the liquid supply unit is made in the form of a pump mounted outside or inside the moving volume of liquid. 23. Система по п. 11, отличающаяся тем, что узел подачи жидкости выполнен в виде насоса, установленного на поплавковой платформе.23. The system according to claim 11, characterized in that the liquid supply unit is made in the form of a pump installed on a float platform.
RU2023111447A 2023-05-03 Device for creating gas-liquid flow, method and system for dissolving gas in liquid RU2814349C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2814349C1 true RU2814349C1 (en) 2024-02-28

Family

ID=

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1223983A1 (en) * 1984-02-27 1986-04-15 Ярославский политехнический институт Mixing device for gas-liquid system
SU1643473A1 (en) * 1989-01-23 1991-04-23 С.В.Волейник Apparatus for aeration of water
SU1724603A1 (en) * 1989-12-05 1992-04-07 Институт технической теплофизики АН УССР Cavitation aerator
RU2038332C1 (en) * 1991-02-11 1995-06-27 Ростовский научно-исследовательский институт Академии коммунального хозяйства им.К.Д.Памфилова Liquid aerating equipment
RU2081065C1 (en) * 1990-01-29 1997-06-10 Сакурада Ясуйюки Waste disposal plant
RU2201902C2 (en) * 2001-02-19 2003-04-10 Открытое акционерное общество "Сибирский научно-исследовательский институт лесной и целлюлозно-бумажной промышленности" Waste water aeration system
CN101132848A (en) * 2006-02-20 2008-02-27 韩相培 The mixers and the submersibel aerators with using these mixers
RU82583U1 (en) * 2008-12-03 2009-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" MIXING DEVICE FOR GAS SYSTEMS - LIQUID
US8668187B2 (en) * 2011-11-22 2014-03-11 Kuwait University Integrated aeration system
RU217322U1 (en) * 2022-12-27 2023-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "САБ-Сервис" Liquid aeration device

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1223983A1 (en) * 1984-02-27 1986-04-15 Ярославский политехнический институт Mixing device for gas-liquid system
SU1643473A1 (en) * 1989-01-23 1991-04-23 С.В.Волейник Apparatus for aeration of water
SU1724603A1 (en) * 1989-12-05 1992-04-07 Институт технической теплофизики АН УССР Cavitation aerator
RU2081065C1 (en) * 1990-01-29 1997-06-10 Сакурада Ясуйюки Waste disposal plant
RU2038332C1 (en) * 1991-02-11 1995-06-27 Ростовский научно-исследовательский институт Академии коммунального хозяйства им.К.Д.Памфилова Liquid aerating equipment
RU2201902C2 (en) * 2001-02-19 2003-04-10 Открытое акционерное общество "Сибирский научно-исследовательский институт лесной и целлюлозно-бумажной промышленности" Waste water aeration system
CN101132848A (en) * 2006-02-20 2008-02-27 韩相培 The mixers and the submersibel aerators with using these mixers
RU82583U1 (en) * 2008-12-03 2009-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" MIXING DEVICE FOR GAS SYSTEMS - LIQUID
US8668187B2 (en) * 2011-11-22 2014-03-11 Kuwait University Integrated aeration system
RU217322U1 (en) * 2022-12-27 2023-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "САБ-Сервис" Liquid aeration device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Л.М. ШУСТРОВА "Оптимизация профиля входных конфузоров", Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань, Республика Татарстан, Метрология 6, 2013, с.21-31. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6169749B1 (en) Microbubble generator
JP6483303B2 (en) Gas-liquid dissolution tank and fine bubble generator
US7997563B2 (en) Micro-bubble generator, vortex breakdown nozzle for micro-bubble generator, vane swirler for micro-bubble generator, micro-bubble generating method, and micro-bubble applying device
KR20170104351A (en) Apparatus for generating micro bubbles
US8267381B2 (en) Apparatus and method of dissolving a gas into a liquid
JP4929874B2 (en) Microbubble generator
WO1990005583A1 (en) Liquid-gas mixing device
CN111617656B (en) Micro-bubble generator serving as atomizer and using method thereof
TW201827121A (en) Device and system for generating gas-liquid containing microbubbles
JP4426612B2 (en) Fine bubble generation nozzle
JP2722373B2 (en) Method and apparatus for producing fine foam
RU2814349C1 (en) Device for creating gas-liquid flow, method and system for dissolving gas in liquid
JP2007268390A (en) Bubble generating device
RU118878U1 (en) STATIC MIXER
CN117157137A (en) Apparatus and method for dispersing a gas in a liquid
RU2742558C1 (en) Device for degassing of liquid media
JP2010029774A (en) Fine bubble generating apparatus
RU2576056C2 (en) Mass-transfer apparatus
JPH06285344A (en) Method and device for gas-liquid dissolution and mixing
Kumar et al. Oxygenation by Plunging Jet Aerators: A Review
JP2022073914A (en) Microbubble-generating device
CN2629817Y (en) Gas-liquid mixing jet device
CN212894136U (en) Underwater aeration device and medical wastewater treatment system
RU2618883C1 (en) Hydrodynamic mixer
JP2001115999A (en) Bubble injection nozzle