[发明专利]多级台阶型文丘里式气泡发生装置

说明书

本发明提供了一种多级台阶型文丘里式气泡发生装置，包括收缩段，喉部段，导气管和扩散段，其中扩散段由多级台阶组成；所述导气管从喉部段的喉部四个方位连接；扩散段由两种倾斜角度为α和β的台阶组成，本发明将普通文丘里鼓泡器的扩散段分为多级台阶，通过倾斜两种台阶的角度增强了文丘里鼓泡器的扩散段的湍流强度，同时可以确保抑制扩散段的空化效应带来的沿程损失，这样一方面在结构简单，稳定性强，还提高了气泡在扩散段的破碎的效率效率，同时降低了能耗，解决了文丘里鼓泡器生成气泡的尺度的问题，为化工领域的污水净化，核工程领域的裂变气体脱出提供了技术支持。

技术领域

本发明涉及流体动力学技术领域，具体地，涉及一种多级台阶型文丘里式气泡发生装置。

背景技术

微气泡在很多工业领域中都得到广泛的应用，例如在污水处理、油气田钻井、医学造影、矿物浮选等。目前微气泡生成方法主要有三种：引气制造气泡、压力溶气析出气泡、电解析出气泡。但是这些微气泡生成方式具有结构复杂，能耗较大，以及结构上的不稳定性等缺陷。

鼓泡脱气技术在工业上具有广泛的应用前景，其中的文丘里式鼓泡器具有结构简单，稳定性强等优势。例如在第四代反应堆熔盐堆的运行过程中会产生大量的裂变产物，这些裂变产物会影响反应堆的经济性和稳定性。鼓泡-脱气的技术以解决裂变气体的脱除，如在MSBR的研究中提出了旁路脱气技术，通过燃料循环泵的出口引出独立的旁路，在支路中采用鼓泡装置不断向旁路中充入微小气泡，形成泡状流。由于放射性气体在熔盐中溶解度较小，与气泡接触后通过传质作用转移到气泡中，再将气泡从熔盐中分离出来，进入尾气处理系统，以达到有效去除裂变气体的目的。鼓泡-脱气的方法被国际上认为最有可能解决裂变气体脱除的方法。但是微气泡生成、裂变气体传质扩散等基础科学问题制约着鼓泡-脱气技术的发展。

这种鼓泡脱气技术在化工领域尤其是污水处理方面具有很高的利用价值，通过气泡发生装置的特殊设计，基于湍流碎化的原理，将大气泡碎化成微米级别的气泡，强化了传质过程，提高了污水处理过程中对杂质的吸收速率，节省了能耗。

在流体控制应用中，多级台阶型文丘里式气泡发生装置在各种工作条件下具有很强的鲁棒性和容错性。在机械结构方面具有结构简单、无运动部件、不依赖驱动装置等优点，因此能够广泛应用于核电、液压系统和石油化工等领。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多级台阶型文丘里式气泡发生装置。

根据本发明提供的一种多级台阶型文丘里式气泡发生装置，包括收缩段、喉部段、导气管、扩散段；

所述收缩段、喉部段和扩散段依次相连，导气管与喉部段垂直连接；

扩散段由多级台阶组成，台阶根据倾斜角度分成两种，两种倾斜角度分别记为第一倾斜角度和第二倾斜角度，第一倾斜角度的台阶和第二倾斜角度的台阶交替连接形成台阶形状。

优选地，所述扩散段中，第一倾斜角度是第一台阶倾斜边与喉部段形成的第一夹角α，第二倾斜角度是第二台阶倾斜边与与喉部段形成的第二夹角β，多级台阶形成整体壁面，整体壁面与第一台阶倾斜边和第二台阶倾斜边均形成第三夹角γ，第三夹角γ保持特定角度值。

优选地，所述特定角度值是3°。

优选地，所述整体壁面与喉部段形成的第四夹角θ为7.5°或者10°或者12.5°。

优选地，所述第一夹角α和第二夹角β分别为4.5°和10.5°、7°和13°、9.5°和15.5°三种组合，每种组合对应的台阶数目不相同。

优选地，所述收缩段的进口管径与扩散段的出口内部管径长度相同。

优选地，所述收缩段的进口管径与扩散段的出口内部管径长度均为53mm。

优选地，所述收缩段的长度为37mm，所述喉部段的长度为50mm。