[发明专利]基于射流的微气泡产生方法及射流微气泡曝气器

摘要

本发明涉及一种基于射流的微气泡产生方法及射流微气泡曝气器，该曝气器包括进水管、进气管、吸气室、喉管段、扩压管段；其中，进水管连接一喷嘴，喷嘴伸入至吸气室内，进气管也连接至吸气室；吸气室为封闭腔室，其包括一出口，出口连接至喉管段，喉管段连接扩压管段，并最终通向外部曝气装置内；由于曝气器在使用时，喷嘴位置和/或喉管段内的流场剪切速率大于大气泡破碎的临界剪切速率，能够确定射流微气泡曝气器几何外形。该种微气泡曝气器结构简单、成本低、不易堵塞、维修方便；通过该射流微气泡方法可以连续产生大量微小气泡，提高了氧利用率，降低污了水处理的能耗和成本。

主权项

1.一种基于射流的微气泡产生方法，其特征在于，该方法使用的曝气器包括进水管、进气管、吸气室、喉管段、扩压管段；其中，所述进水管连接一喷嘴，所述喷嘴伸入至吸气室内，所述进气管也连接至吸气室；所述吸气室为封闭腔室，其包括一出口，出口连接至喉管段，所述喉管段连接扩压管段，并最终通向外部曝气设备内，该方法具体包括以下步骤：步骤1、根据射流微气泡曝气器的使用环境及工况，确定液体和气体的粘性系数，确定气液粘性系数比p，再初步确定流动过程中气泡的雷诺数Re_b，根据气液粘性系数比p和气泡的雷诺数Re_b确定出气泡的临界毛细管数Ca_cr；步骤2、根据曝气器的使用条件，确定液体的体积流量，并根据混合要求，确定气液体积流量比；步骤3、在曝气器使用时，要求喷嘴位置和/或喉管段内的流场剪切速率大于大气泡破碎的临界剪切速率，由此初步确定射流微气泡曝气器几何外形；根据步骤1中设定的微气泡直径d_b和气泡临界毛细管数Ca_cr，初步计算出该条件下流场所需要的剪切速率γ；再根据初步计算出射流微气泡曝气器的喉管段直径r，其中，u为流体速度，r为径向距离，为湍流脉动引起的剪切，从而根据曝气器的基本性能方程，确定出射流微气泡曝气器各部分的几何尺寸，所述射流微气泡曝气器各部分的几何尺寸具体为：进水管直径其中Q_l为液体流量，u_l1为液体设计流速；喷嘴直径其中φ为喷嘴流速系数，P_l为液体流量，ρ为流体密度；进水管喷嘴收缩长度L_n＝a_n(d_l‑d_n)，其中a_n为喷嘴收缩长度系数；进气管直径其中q为气液体积流量比，u_g2为气体设计流速；吸气室直径d_s＝a_dsd_l，其中a_ds为吸气室直径系数；喉嘴距，即喷嘴与喉管的距离L_nt＝a_ntd_n，其中a_nt为喉嘴距长度系数；喉管长度L_t＝a_td_n，其中a_t为喉管长度系数；扩压管段出口直径d_d＝a_ddd_l，其中a_dd为扩压管段出口直径系数；扩压管段长度L_d＝a_d(d_d‑r)，其中a_d为扩压管段长度系数；步骤4、射流微气泡曝气器数值仿真计算与几何构型优化： 将所述步骤3中确定的曝气器几何尺寸，建立曝气器数值模型并进行数值模拟；将射流流场中的剪切速率与临界毛细管数进行对比分析，对射流剪切速率不理想的区域的几何尺寸进行改进，将所述喉管段内径调小，从而达到对射流微气泡曝气器的构型进行优化的目的，给出流场剪切速率更好的射流微气泡曝气器几何尺寸。