一種強剪切式中心射流空化發生器的制作方法

本實用新型屬于水力空化技術領域，具體涉及一種強剪切式中心射流空化發生器。

背景技術：

水力空化是因流體動力因素作用而在液體內部或在液體與固體界面上發生的液體與其蒸汽的相變過程和現象。空化流動中空泡初生、發展、潰滅時獨有的物理特性與其誘導產生的獨特的化學特性可以被有效運用與食品工業、生物工程及飲用水消毒等方面，例如污水處理及消毒殺菌等等。

現有水力空化主要通過孔板、文丘里管、噴嘴射流等來實現。而孔板和文丘里管等結構的空化發生器空化發生至潰滅的過程較長，空化發生區域圍壓較小，空化效果較差，空化強度較弱。同類噴嘴射流空化發生器剪切效果不強，仍有較大改良空間。

因此在水力空化過程中，空化發生器的結構設計至關重要，直接關系到空化效果。需要提供一種空化效率高、空化效果好的空化發生器。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是：提出一種剪切效果好、能大幅度提高空化效果的空化發生器。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種強剪切式中心射流空化發生器，其具體技術方案如下：

一種強剪切式中心射流空化發生器，包括出流管和依次同軸連接并相通的高壓給水管、出流室、管狀回水腔；所述出流管與出流室連通；所述回水腔外端設置有擋板；所述高壓給水管出水端位于出流室內；所述高壓給水管出水端設置有噴嘴；所述回水腔往擋板方向包括依次連通的錐形管和喉管；所述噴嘴出液端位于回水腔的錐形管內。

所述噴嘴沿其水流方向內徑逐漸縮小，為錐形段；所述噴嘴出液端設置有直管段；所述直管段出液口處設置有向中心軸方向凸出的凸臺。

所述喉管內徑大于噴嘴出液端內徑。

所述高壓給水管與出流室之間、出流室與回水腔之間、回水腔與擋板之間可采用多種連接方式，不影響效果，如法蘭螺栓連接。

所述出流管與出流室可采用多種連接方式，不影響效果，如焊接方式。

所述高壓給水管與噴嘴可采用多種連接方式，不影響效果，如螺紋連接。

本實用新型的工作流體經高壓給水管進入噴嘴，經噴嘴時流道截面減小，流速增大，壓力減小，在噴嘴出口以高速噴出，進入回水腔，同時在噴嘴出口內緣的環形凸臺作用下，射出的高速流體周圍紊動性大幅提高，由于射流的擴散以及回水腔與擋板的封堵作用，流體在回水腔喉管段出現擁堵，局部壓力增大，中心流體被擠到管道邊壁，并呈環形回流向喉管段入口運動。當環形回流從喉管段射出時，與中心高速射流在噴嘴出口至喉管入口之間發生強剪切作用，隨著速度差的增大，剪切作用增強。由于剪切層內高強度渦結構，特別是剪切層中出現渦量聚集的湍流相干結構，以及湍流壓力脈動，使流場局部最小壓力遠低于飽和蒸汽壓，從而導致高強度空化發生。隨后強剪切空化流向錐形管運動，圍壓增大，空泡迅速在高壓作用下潰滅，形成沖擊波和微射流，同時產生高溫高壓。與同類型剪切空化發生器相比，本實用新型剪切層更大，速度差更大，剪切作用更強，空化潰滅后釋放的能量更高；與現有空化器相比，本實用新型空化效果更好，空化強度更高。

本實用新型的有益效果是：

1、通過噴嘴對高壓流體加速，噴嘴出口內緣環形凸臺增強流體紊動性，在噴嘴出口形成中心高速射流，提高了射流剪切速度差，提高了剪切效果；通過回水腔喉管與擋板封堵作用形成回流，在噴嘴出口至喉管入口之間與高速中心射流產生強剪切作用，產生劇烈空化；

2、通過保持噴嘴出口與喉管入口的合適距離（0.5～1倍喉管內徑）使噴嘴出口射流與喉管回流能夠充分接觸，產生強剪切作用，增強空化效果；

3、噴嘴外壁面與回水腔錐形管圍成的環形擴散段使空化流流速減小，圍壓增大，進而使空泡在高壓作用下潰滅，形成沖擊波和微射流，產生高溫高壓。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖；

圖2為本實用新型噴嘴內部結構放大示意圖；

圖3為本實用新型回水腔結構示意圖；

其中，1-高壓給水管，2-出流室，3-出流管，4-噴嘴，5-回水腔，6-擋板；41-錐形段，42-直管段，43-凸臺；51-錐形管，52-喉管。

具體實施方式

一種強剪切式中心射流空化發生器，包括出流管3和依次同軸連接并相通的高壓給水管1、出流室2、管狀回水腔5；所述出流管3與出流室2連通；所述回水腔5外端設置有擋板6；所述高壓給水管1出水端位于出流室2內；所述高壓給水管1出水端設置有噴嘴4；所述回水腔5往擋板6方向包括依次連通的錐形管51和喉管52；所述噴嘴4出液端位于回水腔5的錐形管51內。

所述噴嘴4沿其水流方向內徑逐漸縮小，為錐形段41；所述噴嘴5出液端設置有直管段42；所述直管段42出液口處設置有向中心軸方向凸出的凸臺43。

所述喉管52內徑大于噴嘴4出液端內徑。

所述高壓給水管1與出流室2之間、出流室2與回水腔5之間、回水腔5與擋板6之間可采用多種連接方式，不影響效果，本實施例中均采用法蘭連接。

所述出流管3與出流室2可采用多種連接方式，不影響效果，本實施例中采用焊接方式連接。

所述高壓給水管1與噴嘴4可采用多種連接方式，不影響效果，本實施例中采用螺紋連接。

如圖1所示，本實施例提供了一種強剪切式中心射流空化發生器，其中，所述高壓給水管1用于輸送高壓工作流體；所述噴嘴4將高壓工作流體壓力能轉化為動能，并通過其出口內緣環形凸臺增強射出流體的紊動性；所述回水腔5用于在喉管形成回流并使回流在噴嘴出口至喉管入口之間與高速射流產生強剪切作用，形成劇烈空化，同時回水腔錐形管與噴嘴外壁面形成的環形擴散段將使產生的空化氣泡在較高圍壓作用下潰滅，形成沖擊波和微射流，同時產生高溫高壓；所述擋板6用于封堵回水腔5喉管部分，產生擁堵形成回流；所述出流室2與出流管3連接，作為流體輸送過渡區域，起到穩流作用；所述出流管3用于輸送出流流體。

所述的喉管直徑大于噴嘴出口直徑，錐形管的長度保證裝配好的裝置中噴嘴出口與喉管入口的距離等于0.5～1倍喉管內徑且噴嘴出口在錐形管內；喉管部分在擋板協同作用下產生回流，回射流在喉管入口外與高速流體產生反向強剪切作用，誘導產生劇烈空化；回水腔錐形管與噴嘴外壁面形成的環形擴散管將使產生的空化氣泡在較高壓力作用下潰滅，形成沖擊波和微射流，同時產生高溫高壓。

本實用新型提供的空化發生器可以通過各種流動介質，適用于各種領域，例如，在對污水的處理過程中，本實用新型能夠利用空化產生的特殊物理化學效應降解污水中的有機物，起到凈化污水的作用。例如，在對飲用水消毒殺菌方面，本實用新型提供的空化發生器產生的劇烈空化作用能夠有效破壞細菌等微生物結構，改變其生存空間，使微生物死亡。

本實用新型中不同管件結構可采用不同種連接方式，不會影響實用新型的效果。

盡管本說明書較多地使用了 1-高壓給水管，2-出流室，3-出流管，4-噴嘴，5-回水腔，6-擋板；41-錐形段，42-直管段，43-凸臺；51-錐形管，52-喉管等術語，但并不排除使用其他術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便的描述本實用新型的本質，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。