一种强剪切式中心射流空化发生器的制作方法

本实用新型属于水力空化技术领域，具体涉及一种强剪切式中心射流空化发生器。

背景技术：

水力空化是因流体动力因素作用而在液体内部或在液体与固体界面上发生的液体与其蒸汽的相变过程和现象。空化流动中空泡初生、发展、溃灭时独有的物理特性与其诱导产生的独特的化学特性可以被有效运用与食品工业、生物工程及饮用水消毒等方面，例如污水处理及消毒杀菌等等。

现有水力空化主要通过孔板、文丘里管、喷嘴射流等来实现。而孔板和文丘里管等结构的空化发生器空化发生至溃灭的过程较长，空化发生区域围压较小，空化效果较差，空化强度较弱。同类喷嘴射流空化发生器剪切效果不强，仍有较大改良空间。

因此在水力空化过程中，空化发生器的结构设计至关重要，直接关系到空化效果。需要提供一种空化效率高、空化效果好的空化发生器。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提出一种剪切效果好、能大幅度提高空化效果的空化发生器。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种强剪切式中心射流空化发生器，其具体技术方案如下：

一种强剪切式中心射流空化发生器，包括出流管和依次同轴连接并相通的高压给水管、出流室、管状回水腔；所述出流管与出流室连通；所述回水腔外端设置有挡板；所述高压给水管出水端位于出流室内；所述高压给水管出水端设置有喷嘴；所述回水腔往挡板方向包括依次连通的锥形管和喉管；所述喷嘴出液端位于回水腔的锥形管内。

所述喷嘴沿其水流方向内径逐渐缩小，为锥形段；所述喷嘴出液端设置有直管段；所述直管段出液口处设置有向中心轴方向凸出的凸台。

所述喉管内径大于喷嘴出液端内径。

所述高压给水管与出流室之间、出流室与回水腔之间、回水腔与挡板之间可采用多种连接方式，不影响效果，如法兰螺栓连接。

所述出流管与出流室可采用多种连接方式，不影响效果，如焊接方式。

所述高压给水管与喷嘴可采用多种连接方式，不影响效果，如螺纹连接。

本实用新型的工作流体经高压给水管进入喷嘴，经喷嘴时流道截面减小，流速增大，压力减小，在喷嘴出口以高速喷出，进入回水腔，同时在喷嘴出口内缘的环形凸台作用下，射出的高速流体周围紊动性大幅提高，由于射流的扩散以及回水腔与挡板的封堵作用，流体在回水腔喉管段出现拥堵，局部压力增大，中心流体被挤到管道边壁，并呈环形回流向喉管段入口运动。当环形回流从喉管段射出时，与中心高速射流在喷嘴出口至喉管入口之间发生强剪切作用，随着速度差的增大，剪切作用增强。由于剪切层内高强度涡结构，特别是剪切层中出现涡量聚集的湍流相干结构，以及湍流压力脉动，使流场局部最小压力远低于饱和蒸汽压，从而导致高强度空化发生。随后强剪切空化流向锥形管运动，围压增大，空泡迅速在高压作用下溃灭，形成冲击波和微射流，同时产生高温高压。与同类型剪切空化发生器相比，本实用新型剪切层更大，速度差更大，剪切作用更强，空化溃灭后释放的能量更高；与现有空化器相比，本实用新型空化效果更好，空化强度更高。

本实用新型的有益效果是：

1、通过喷嘴对高压流体加速，喷嘴出口内缘环形凸台增强流体紊动性，在喷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；通过回水腔喉管与挡板封堵作用形成回流，在喷嘴出口至喉管入口之间与高速中心射流产生强剪切作用，产生剧烈空化；

2、通过保持喷嘴出口与喉管入口的合适距离（0.5～1倍喉管内径）使喷嘴出口射流与喉管回流能够充分接触，产生强剪切作用，增强空化效果；

3、喷嘴外壁面与回水腔锥形管围成的环形扩散段使空化流流速减小，围压增大，进而使空泡在高压作用下溃灭，形成冲击波和微射流，产生高温高压。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型喷嘴内部结构放大示意图；

图3为本实用新型回水腔结构示意图；

其中，1-高压给水管，2-出流室，3-出流管，4-喷嘴，5-回水腔，6-挡板；41-锥形段，42-直管段，43-凸台；51-锥形管，52-喉管。

具体实施方式

一种强剪切式中心射流空化发生器，包括出流管3和依次同轴连接并相通的高压给水管1、出流室2、管状回水腔5；所述出流管3与出流室2连通；所述回水腔5外端设置有挡板6；所述高压给水管1出水端位于出流室2内；所述高压给水管1出水端设置有喷嘴4；所述回水腔5往挡板6方向包括依次连通的锥形管51和喉管52；所述喷嘴4出液端位于回水腔5的锥形管51内。

所述喷嘴4沿其水流方向内径逐渐缩小，为锥形段41；所述喷嘴5出液端设置有直管段42；所述直管段42出液口处设置有向中心轴方向凸出的凸台43。

所述喉管52内径大于喷嘴4出液端内径。

所述高压给水管1与出流室2之间、出流室2与回水腔5之间、回水腔5与挡板6之间可采用多种连接方式，不影响效果，本实施例中均采用法兰连接。

所述出流管3与出流室2可采用多种连接方式，不影响效果，本实施例中采用焊接方式连接。

所述高压给水管1与喷嘴4可采用多种连接方式，不影响效果，本实施例中采用螺纹连接。

如图1所示，本实施例提供了一种强剪切式中心射流空化发生器，其中，所述高压给水管1用于输送高压工作流体；所述喷嘴4将高压工作流体压力能转化为动能，并通过其出口内缘环形凸台增强射出流体的紊动性；所述回水腔5用于在喉管形成回流并使回流在喷嘴出口至喉管入口之间与高速射流产生强剪切作用，形成剧烈空化，同时回水腔锥形管与喷嘴外壁面形成的环形扩散段将使产生的空化气泡在较高围压作用下溃灭，形成冲击波和微射流，同时产生高温高压；所述挡板6用于封堵回水腔5喉管部分，产生拥堵形成回流；所述出流室2与出流管3连接，作为流体输送过渡区域，起到稳流作用；所述出流管3用于输送出流流体。

所述的喉管直径大于喷嘴出口直径，锥形管的长度保证装配好的装置中喷嘴出口与喉管入口的距离等于0.5～1倍喉管内径且喷嘴出口在锥形管内；喉管部分在挡板协同作用下产生回流，回射流在喉管入口外与高速流体产生反向强剪切作用，诱导产生剧烈空化；回水腔锥形管与喷嘴外壁面形成的环形扩散管将使产生的空化气泡在较高压力作用下溃灭，形成冲击波和微射流，同时产生高温高压。

本实用新型提供的空化发生器可以通过各种流动介质，适用于各种领域，例如，在对污水的处理过程中，本实用新型能够利用空化产生的特殊物理化学效应降解污水中的有机物，起到净化污水的作用。例如，在对饮用水消毒杀菌方面，本实用新型提供的空化发生器产生的剧烈空化作用能够有效破坏细菌等微生物结构，改变其生存空间，使微生物死亡。

本实用新型中不同管件结构可采用不同种连接方式，不会影响实用新型的效果。

尽管本说明书较多地使用了 1-高压给水管，2-出流室，3-出流管，4-喷嘴，5-回水腔，6-挡板；41-锥形段，42-直管段，43-凸台；51-锥形管，52-喉管等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。