超薄射流與等離子體組合式洗消凈化方法及其裝置與流程

本發明涉及一種洗消凈化裝置，尤其是一種將超薄射流技術（ultrathin jet stream，UJS）與低溫等離子技術（low temperature plasma，LTP）結合的組合式節水高效洗消凈化裝置。

背景技術：

目前常規的三防洗消，一般采用水槍和噴霧器噴射開花射流或霧狀水,存在洗消速度慢、洗消不徹底、耗水量大、所需洗消劑多等問題。特別是流水槍和開花水槍, 不僅耗水量大,而且易造成污水漫流, 形成二次污染，導致很多情況下需要對污染現場進行洗消。洗消車對處置這種情況頗為有效，但其儲水量有限，污染現場又常常缺乏清潔水源，所以節水和高效的洗消技術和設備便成為這種情勢下的關鍵技術之一，對于完善和恢復戰斗力將起到舉足輕重的作用。

等離子體（plasma）是氣體原子在達到暈電壓等特定物理條件下，電子和原子核相互共存，宏觀上正負電量相等，所呈現的電中性狀態，是物質存在的第四態。依據等離子體的粒子溫度可將其分為兩大類，即熱平衡等離子體(Thermal balance plasma，TBP)和等離子體(Low temperature plasma，LTP)。熱平衡等離子體(TBP)不僅電子溫度高，重粒子溫度也高。非熱平衡等離子體的電子溫度極高，而離子和原子之類的重粒子溫度卻可低到與常溫相似；由于等離子體的宏觀溫度取決于重粒子的溫度，因此這類等離子體也稱為等離子體(LTP)。

目前，LTP已成為一種新的滅菌手段應用于醫學儀器消毒、空氣消毒凈化等方面。其滅菌原理主要有：①在等離子體中大量受激原子、分子、自由基等活性物質，易與細菌體內蛋白質和核酸發生反應，導致細菌死亡；②在等離子體產生過程中，由于輝光放電，可放出大量紫外線，這種高能紫外線光子可起到殺菌作用；③等離子體靜電場能分解與擊破帶負電細菌，并能極化和吸附塵埃。

同時，LTP也是一種新型的廢水廢氣處理技術，起作用的物質也是大量受激原子、分子、自由基等活性物質和紫外線。紫外光作用原理是有毒有害物的分子吸收光子后進入激發態，激發態分子返回基態時吸收的能量使其分子鍵斷裂，生成相應的游離基或離子。這些游離基或離子易與溶解氧或水分子反應生成新的物質而被除去。活性物質的作用原理是和部分有毒有害物分子碰撞結合，同時產生的大量活性自由基和氧化性極強的O3，能與有害氣體分子發生化學反應，最后生成無害產物。

可見，應用LTP技術應對生化武器乃至核武器的威脅有其可靠的理論基礎。首先，LTP是一種廣譜的殺菌技術，對炭疽桿菌等生物武器可直接起殺滅作用。

其次，LTP對各種有機的生物毒劑可起到降解作用。再者，LTP可與無機的有害物發生反應使其降解，可能會使芥子氣等化學毒劑降解。最后，LTP對塵埃的極化和吸附作用將有助于核子意外時的空氣凈化，減少和避免含有放射性核微粒的塵埃在人體及環境中的存留。

迄今為止，LTP技術應用于核生化武器三防保障的研究還未見報道。

另外，本申請的發明人在2015.4.17日申請了申請號為201510186316.9的中國專利，該專利公開了一種產生混合射流的方法及其引流結構，所述產生混合射流的方法，具體包括以下步驟：首先，將氣體介質流體和液體介質流體分別以兩個不同的初速度射出；隨后，使射出的氣體介質流體和液體介質流體匯流和混合；之后，讓匯流和混合的氣體介質流體和液體介質流體作弧形的離心運動；通過離心運動使得液體介質流體和氣體介質流體因為比重不同而發生分離，氣體介質流體比重較低，在液體介質流體表面移動，氣體介質流體將動量傳遞給液體介質流體；最后，分離后的液體介質流體在氣體介質流體驅動下，產生薄面狀的混合射流；而上述的“讓匯流和混合的氣體介質流體和液體介質流體作弧形的離心運動”是通過引流結構中的弧形匯流面來實現的。而正是因為采用了上述的弧形匯流面，當所述的氣體介質流體為具有抑菌效果的等離子體、液體介質流體為具有去污效果的洗消液時，等離子體和洗消液在弧形匯流面匯流過程中，會發生混合，大量的等離子體被打散在洗消液中，致使大量等離子體難以保留氣體原有性狀，極大地影響了等離子體的抑菌效果，即影響了洗消效果。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提供一種超薄射流與等離子體組合式洗消凈化裝置，其能夠使得從洗消液輸送管中噴出的洗消液呈薄面狀射出，同時，從等離子體輸送管中輸出的等離子體也能夠呈幕狀噴出，且薄面狀噴出的洗消液和幕狀噴出的等離子體能夠匯流，匯流后的流體中，大部分的等離子體能夠保留氣體原有性狀，具有良好的抑菌效果。

為實現上述的技術目的，本發明將采取如下的技術方案：

一種具有雙源射流的洗消凈化方法，基于超薄射流技術與等離子體技術建立，包括以下步驟：（1）將呈薄面狀的洗消液和呈幕狀的等離子體分別以兩個不同的流速射出；且幕狀等離子體的寬度不小于薄面狀洗消液；（2）呈薄面狀射出的洗消液能夠做離心運動，且幕狀射出的等離子體能夠與做離心運動的呈薄面狀射出的洗消液在位置O處以相切的方式匯流，即在匯流位置O處，等離子體的流速方向與洗消液的流速方向一致；（3）在匯流位置O處，薄面狀等離子體能夠在薄面狀洗消液表面移動，以將自身動量傳遞給處于此位置的薄面狀洗消液；而薄面狀洗消液與薄面狀等離子體比重的不同，致使兩者在經過匯流位置O處后，產生氣-液分層的薄面狀射流。

作為本發明的進一步改進，所述的洗消液能夠從液體導流部件的進液部位到液體導流部件的出液部位逐步延展成薄膜狀，而最終呈薄面狀從液體導流部件的出液部位射出。

作為本發明的進一步改進，液體導流部件為內凹弧形導流部件。

作為本發明的進一步改進，所述等離子體通過氣體導流部件的導流后呈幕狀射出，且氣體導流部件也為內凹弧形導流部件，同時液體導流部件處于氣體導流部件內凹弧面的內側。

作為本發明的進一步改進，所述的液體導流部件為內凹弧面，氣體導流部件為內凹弧形通道。

本發明還提供了一種超薄射流與等離子體組合式洗消凈化裝置，包括液體輸送管、氣體輸送管以及雙源噴頭；雙源噴頭具有液體導流部件和氣體導流部件，液體輸送管的出口與液體導流部件連通，氣體輸送管的出口與氣體導流部件連通；液體輸送管、氣體輸送管分別與雙源噴頭固定連接；液體導流部件設置于雙源噴頭表面，呈內凹弧面設置，該內凹弧面的一端具有進液部位，與液體輸送管的出口連通，另一端則設置成出液部位；氣體導流部件為一內凹弧面通道，設于雙源噴頭內部；該內凹弧面通道的一端為進氣部位，與氣體輸送管的出口連通，另一端則敞口設置，為內凹弧面通道的出氣部位；液體輸送管中輸入的洗消液，經內凹弧面的導流后，從內凹弧面的進液部位到內凹弧面的出液部位逐步延展成膜狀液流，最終從內凹弧面的出液部位呈薄面狀液流射出；等離子體經內凹弧面通道的導流后，從內凹弧面通道的出氣部位呈幕狀噴出；呈幕狀從內凹弧面通道中噴出的等離子體以及呈薄面狀從內凹弧面射出的洗消液能夠在位置O處呈內切方式匯流，此時等離子體的流速方向與洗消液的流速方向一致；從內凹弧面噴射而出的薄面狀洗消液，在經過匯流位置O處后，由于前期內凹弧面的導向，使得洗消液能夠繼續保持離心運動；從內凹弧面通道中噴射而出的薄面狀等離子體在匯流位置O處，能夠在薄面狀洗消液表面移動，以將自身動量傳遞給處于此位置的薄面狀洗消液；薄面狀洗消液與薄面狀等離子體比重的不同，致使兩者在經過匯流位置O處后，產生氣-液分層的薄面狀射流。

作為本發明的進一步改進，所述雙源噴頭具有兩個端部，分別為管體固定端以及流體噴出端，管體固定端與流體噴出端相對設置；液體輸送管、氣體輸送管并列地安裝在雙源噴頭的管體固定端；內凹弧面的進液部位與雙源噴頭的管體固定端相鄰，而內凹弧面的出液部位設置于雙源噴頭的流體噴出端；內凹弧面通道的進氣部位與雙源噴頭的管體固定端相鄰，而內凹弧面通道的出氣部位設置于雙源噴頭的流體噴出端。

作為本發明的進一步改進，所述的內凹弧面為扇形內凹弧面，而內凹弧面通道也為扇形內凹弧面通道；且扇形內凹弧面、扇形內凹弧面通道兩者的扇面均從雙源噴頭的管體固定端至雙源噴頭的流體噴出端逐步展開。

作為本發明的進一步改進，所述液體輸送管的管徑為1-2mm，液體輸送管中洗消液的液壓是15-20MPa；內凹弧面的曲率半徑是4-5cm。

作為本發明的進一步改進，所述內凹弧形通道的曲率半徑相對于內凹弧面曲率半徑的差異，與液體輸送管、氣體輸送管在雙源噴頭管體固定端上的安裝位置相關。

作為本發明的進一步改進，所述內凹弧面的曲率半徑與液體輸送管的管徑、流經液體輸送管的洗消液的液壓有關。

根據上述的技術方案，相對于現有技術，本發明具有如下的有益效果：

本發明所述的雙源射流方法，既能夠將等離子體攜帶的動量傳遞給洗消液，以使洗消液保持較高速度進行噴淋；同時由于等離子體僅在匯流位置O處與洗消液呈點接觸，因此，可以有效地減少，甚至避免等離子體在洗消液中的“消融”，即絕大多數的等離子體能夠保留氣體原有性狀，對于維持等離子體的抑菌效果具有良好的保障。

附圖說明

圖1是本發明所述的超薄射流與等離子體組合式洗消凈化裝置的結構示意圖；

圖2是本發明所述的超薄射流與等離子體組合式洗消凈化裝置的正視圖；

圖中：1-液體輸送管；2-氣體輸送管；3-雙源噴頭；31-液體導流部件；32-氣體導流部件；33-管體固定端；34-流體噴出端；O為洗消液經液體導流部件導流射出后與等離子體經氣體導流部件導流射出后呈內切方式匯流的位點；V1為洗消液在匯流位點O處的流速，V2為等離子體在匯流位點O處的流速。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置。表達式和數值不限制本發明的范圍。同時，應當明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個部分的尺寸并不是按照實際的比例關系繪制的。對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為授權說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構造上方”或“在其他器件或構造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構造下方”或“在其他器件或構造之下”。因而，示例性術語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)。

本發明提供了一種具有雙源射流的洗消凈化方法，基于超薄射流技術與等離子體技術建立，主要緣由在于通過使用超薄射流技術，以最大限度地緩解水源有限、利用率低、浪費嚴重、廢水回收處理復雜的問題；通過等離子體技術，有效地緩解常規洗消劑一次性消耗量大、可能對環境造成污染、對武器裝備造成腐蝕的問題；因此，如何有效地整合超薄射流技術與等離子體技術，正是本發明要解決的技術問題。具體地，本發明所述的具有雙源射流的洗消凈化方法，包括以下步驟：（1）將呈薄面狀的洗消液和呈幕狀的等離子體分別以兩個不同的流速射出；且幕狀等離子體的寬度不小于薄面狀洗消液；（2）呈薄面狀射出的洗消液能夠做離心運動，且幕狀射出的等離子體能夠與做離心運動的呈薄面狀射出的洗消液在位置O處以相切的方式匯流，即在匯流位置O處，等離子體的流速方向與洗消液的流速方向一致；（3）在匯流位置O處，幕狀等離子體能夠在薄面狀洗消液表面移動，以將自身動量傳遞給處于此位置的薄面狀洗消液；而薄面狀洗消液與薄面狀等離子體比重的不同，致使兩者在經過匯流位置O處后，產生氣-液分層的薄面狀射流。由此可見，本發明所述的雙源射流方法，既能夠將等離子體攜帶的動量傳遞給洗消液，以使洗消液保持較高速度進行噴淋；同時由于等離子體僅在匯流位置O處與洗消液呈點接觸，因此，可以有效地減少，甚至避免等離子體在洗消液中的“消融”，即絕大多數的等離子體能夠保留氣體原有性狀，對于維持等離子體的抑菌效果具有良好的保障。

為保證射出的薄面狀洗消液呈“超薄”狀態，本發明通過配置特定的液體導流部件，使得洗消液能夠從液體導流部件的進液部位到液體導流部件的出液部位逐步延展成薄膜狀，而最終呈薄面狀從液體導流部件的出液部位射出。而為使得射出的薄面狀洗消液能夠做離心運動，本發明將所述液體導流部件設置為內凹弧形導流部件。而為了讓所述的等離子體呈幕狀射出，本發明配置氣體導流部件，并將氣體導流部件也設置為內凹弧形導流部件，同時液體導流部件處于氣體導流部件內凹弧面的內側，由此，在匯流位置O處，幕狀等離子體能夠在薄面狀洗消液表面移動，以將自身動量傳遞給處于此位置的薄面狀洗消液；而薄面狀洗消液與薄面狀等離子體比重的不同，致使兩者在經過匯流位置O處后，產生氣-液分層的薄面狀射流。

根據上述的方法，本發明設計出了一種超薄射流與等離子體組合式洗消凈化裝置，如圖1、圖2所示，包括液體輸送管、氣體輸送管以及雙源噴頭；雙源噴頭具有液體導流部件和氣體導流部件，液體輸送管的出口與液體導流部件連通，氣體輸送管的出口與氣體導流部件連通；液體輸送管、氣體輸送管分別與雙源噴頭固定連接；液體導流部件設置于雙源噴頭表面，呈內凹弧面設置，該內凹弧面的一端具有進液部位，與液體輸送管的出口連通，另一端則設置成出液部位；氣體導流部件為一內凹弧面通道，設于雙源噴頭內部；該內凹弧面通道的一端為進氣部位，與氣體輸送管的出口連通，另一端則敞口設置，為內凹弧面通道的出氣部位；液體輸送管中輸入的洗消液，經內凹弧面的導流后，從內凹弧面的進液部位到內凹弧面的出液部位逐步延展成膜狀液流，最終從內凹弧面的出液部位呈薄面狀液流射出；等離子體經內凹弧面通道的導流后，從內凹弧面通道的出氣部位呈幕狀噴出；呈幕狀從內凹弧面通道中噴出的等離子體以及呈薄面狀從內凹弧面射出的洗消液能夠在位置O處呈內切方式匯流，此時等離子體的流速方向與洗消液的流速方向一致；從內凹弧面噴射而出的薄面狀洗消液，在經過匯流位置O處后，由于前期內凹弧面的導向，使得洗消液能夠繼續保持離心運動；從內凹弧面通道中噴射而出的薄面狀等離子體在匯流位置O處，能夠在薄面狀洗消液表面移動，以將自身動量傳遞給處于此位置的薄面狀洗消液；薄面狀洗消液與薄面狀等離子體比重的不同，致使兩者在經過匯流位置O處后，產生氣-液分層的薄面狀射流。

所述雙源噴頭具有兩個端部，分別為管體固定端以及流體噴出端，管體固定端與流體噴出端相對設置；液體輸送管、氣體輸送管并列地安裝在雙源噴頭的管體固定端；內凹弧面的進液部位與雙源噴頭的管體固定端相鄰，而內凹弧面的出液部位設置于雙源噴頭的流體噴出端；內凹弧面通道的進氣部位與雙源噴頭的管體固定端相鄰，而內凹弧面通道的出氣部位設置于雙源噴頭的流體噴出端。

所述的內凹弧面為扇形內凹弧面，而內凹弧面通道也為扇形內凹弧面通道；且扇形內凹弧面、扇形內凹弧面通道兩者的扇面均從雙源噴頭的管體固定端至雙源噴頭的流體噴出端逐步展開。

所述液體輸送管的管徑為1-2mm，液體輸送管中洗消液的液壓是15-20MPa；內凹弧面的曲率半徑是4-5cm。

所述內凹弧形通道的曲率半徑相對于內凹弧面曲率半徑的差異，與液體輸送管、氣體輸送管在雙源噴頭管體固定端上的安裝位置相關。

所述內凹弧面的曲率半徑與液體輸送管的管徑、流經液體輸送管的洗消液的液壓有關。