[发明专利]多组合易操控空化发生器

说明书

本发明涉及一种多组合易操控空化发生器，包括空化筒体，空化筒体的内腔沿料流方向依次设有：强剪切混合模块、强空化模块和控制调节空化强度模块，强空化模块包括固定在空化筒体中段的空化柱，空化柱中并列且对称设有多个文丘里通道，各文丘里通道沿料流方向分别设有单体收缩柱、文丘里喉口和单体扩压柱，各文丘里喉口分别设有喉部孔板，喉部孔板上均匀分布有多个过流孔。强剪切混合模块沿料流方向依次设有收缩块、叶轮混合器和扩压块，收缩块的入口端设有旋流混合器。本多组合易操控空化发生器对料流进行充分剪切混合后，可以在最优孔径下进行强空化，且可以匹配所需流量，调节空化强度。

技术领域

本发明涉及一种空化发生器，尤其涉及一种多组合易操控空化发生器，可用于食品加工、废水处理等工序，属于空化设备技术领域。

背景技术

水力空化现象是流体流过一个限流区域(孔板、文丘里管、环隙等)时内部压力下降，当压力降至液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体开始汽化而产生大量空化汽泡，空化汽泡在流经瞬间扩大流道时，液体压力上升，空化汽泡体积急剧缩小直至溃灭，在其溃灭瞬间伴有高温、高压、强烈的冲击波和微射流。利用空泡溃灭时释放的巨大瞬间能量能够破坏化学链、加快反应进程，故水力空化在废水处理、食品、强化反应过程等领域得到广泛运用。

目前国内外研究者一般认为用空化值δc来判定空化发生强弱，δc＜1有空化发生可能，空化值δc越小，空化反应越剧烈；可以看出局部静压P、液体速率V是重要的控制参数。根据流体静压能、动能的转变关系、静压P、速率V反比关系，可以得出空化强弱由速率V、静压P主导，同时流体流经的边界条件也会对空化产生影响；对工业运用的水力空化器而言，空化泡产生和空化泡溃灭一直是研究的方向。

空化数Cv的计算公式为：Cv=2（P-P_V）/(ρV²)，其中C_V是空化数，P是液体板后静压，Pv是液体饱和蒸汽压，ρ是液体的密度，V是液体的速度。

目前国内外空化器设计基本靠单级或串联多级固定孔孔板或由内部阻流体和外腔体之间形成的环隙来强制流体截流、流速急增、失压产生空化泡，当流体流经截面增大，压力升高、气泡溃灭，达到强化反应的功效。

空化数Cv（空化强度）随着液体局部静压增加而增加，随空化元件孔或狭窄喉部的速度增大而减少。研究表明，理想条件下空化开始发生通常Cv=1（Cv起始）；当Cv＜1时空化效应显著。然而在很多情况下，由于存在少量溶解气体和悬浮颗粒，在CV大于1时也能产生空化泡。溶解的气体和悬浮的粒子负责产生引发空化所需的核。Cv值越小虽然空化泡生成数量增加，但空化泡坍塌的强度会降低，阻塞空化、即所谓的超级空化，空化泡开始相互合并，形成空泡云，流体由两相气泡流转变为两相环形射流，中心液核被环形蒸汽云覆盖，不利于产生更多的能量和活性自由基。常规污水处理时，空化状态应介于起始空化和阻塞空化之间。

公开号为CN112138888A的中国发明专利申请，公开了一种射流空化发生器，由外壳和空化元件组成，优势在于适用于多元多相流体、可承受高压、适应尺寸范围宽并可产生稳定高效的空化场。射流空化器包括外壳与空化元件，在空化元件来流方向上开有小孔使流体均匀重新分布，之后的圆柱段及逐渐增大的圆台段使流体充分发展，随后进入空化段，流道面积缩小，使流体产生空化。该发明中，孔板加圆柱环隙，孔板重在流体截面分布均匀，中心圆柱区域无布孔，随后进入的圆柱段及逐渐增大的圆台段流体近乎轴向流，无旋转径向流、发散，剪切作用弱，混合功能不强。说明书中还提及适用多元多相流体，水、高压二氧化碳等流体，一般来讲气液混合物，而且高压二氧化碳本身就起到搅拌效果。故圆柱环隙的空化效应可能就是空化夹带很细微的气体飞沫加微射流的形式表现而已，真正的空化气泡发生及破裂作用效果有限。如遇到两种及多种物料流量相差非常悬殊的运用反应场合，该射流空化发生器在混合、剪切，空化强度都难以满足需求。

目前文丘里管和孔板结合的复合空化器将孔板安装在文丘里喉道内，空化的过程受很多因素影响，其中孔道的直径是影响因素之一，在开孔率一定时，孔板的孔径或文丘里喉管的直径越小，整体的空化气含率越高，即空化发生器的空化效果越好。