本技術(shù)涉及一種空化發(fā)生器，尤其涉及一種多級換向的空化發(fā)生器，可用于食品加工、廢水處理等工序，屬于空化設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、水力空化現(xiàn)象是流體流過一個限流區(qū)域(孔板、文丘里管、環(huán)隙等)時內(nèi)部壓力下降，當(dāng)壓力降至液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，液體開始汽化而產(chǎn)生大量空化汽泡，空化汽泡在流經(jīng)瞬間擴大流道時，液體壓力上升，空化汽泡體積急劇縮小直至潰滅，在其潰滅瞬間伴有高溫、高壓、強烈的沖擊波和微射流。利用空泡潰滅時釋放的巨大瞬間能量能夠破壞化學(xué)鏈、加快反應(yīng)進(jìn)程，故水力空化在廢水處理、食品、強化反應(yīng)過程等領(lǐng)域得到廣泛運用。

2、目前國內(nèi)外研究者一般認(rèn)為用空化值δc來判定空化發(fā)生強弱，δc＜1有空化發(fā)生可能，空化值δc越小，空化反應(yīng)越劇烈；可以看出局部靜壓p、液體速率v是重要的控制參數(shù)。根據(jù)流體靜壓能、動能的轉(zhuǎn)變關(guān)系、靜壓p、速率v反比關(guān)系，可以得出空化強弱由速率v、靜壓p主導(dǎo)，同時流體流經(jīng)的邊界條件也會對空化產(chǎn)生影響；對工業(yè)運用的水力空化器而言，空化泡產(chǎn)生和空化泡潰滅一直是研究的方向。

3、空化數(shù)cv的計算公式為：cv=2（p-pv）/(ρv2)，其中cv是空化數(shù)，p是液體板后靜壓，pv是液體飽和蒸汽壓，ρ是液體的密度，v是液體的速度。

4、目前國內(nèi)外空化器設(shè)計基本靠單級或串聯(lián)多級固定孔孔板或由內(nèi)部阻流體和外腔體之間形成的環(huán)隙來強制流體截流、流速急增、失壓產(chǎn)生空化泡，當(dāng)流體流經(jīng)截面增大，壓力升高、氣泡潰滅，達(dá)到強化反應(yīng)的功效。

5、空化數(shù)cv（空化強度）隨著液體局部靜壓增加而增加，隨空化元件孔或狹窄喉部的速度增大而減少。研究表明，理想條件下空化開始發(fā)生通常cv=1（cv起始）；當(dāng)cv＜1時空化效應(yīng)顯著。然而在很多情況下，由于存在少量溶解氣體和懸浮顆粒，在cv大于1時也能產(chǎn)生空化泡。溶解的氣體和懸浮的粒子負(fù)責(zé)產(chǎn)生引發(fā)空化所需的核。cv值越小雖然空化泡生成數(shù)量增加，但空化泡坍塌的強度會降低，阻塞空化、即所謂的超級空化，空化泡開始相互合并，形成空泡云，流體由兩相氣泡流轉(zhuǎn)變?yōu)閮上喹h(huán)形射流，中心液核被環(huán)形蒸汽云覆蓋，不利于產(chǎn)生更多的能量和活性自由基。常規(guī)污水處理時，空化狀態(tài)應(yīng)介于起始空化和阻塞空化之間。

6、公開號為cn?219823720u的中國實用新型專利申請，公開了一種強制旋流的空化發(fā)生器，包括空化柱體，空化柱體的內(nèi)腔沿料流方向依次設(shè)有：收縮塊，沿料流方向設(shè)有收縮塊漸縮孔、收縮塊喉口和漸擴的收縮塊中心孔；雙錐渦流器，呈圓柱狀，入口端外壁均勻設(shè)有多道由中心向外周分流的外旋發(fā)散槽，出口端外壁均勻設(shè)有多道由外周向出口中心孔匯流的內(nèi)旋匯流槽，外圓柱壁上設(shè)有多道對應(yīng)溝通外旋發(fā)散槽與內(nèi)旋匯流槽的外圓螺旋槽；擴壓塊，沿料流方向設(shè)有擴壓塊喉口和擴壓塊漸擴孔；雙錐渦流器的入口端中心設(shè)有中心分散錐，中心分散錐插入于收縮塊中心孔的尾端中心；擴壓塊喉口與雙錐渦流器的出口中心孔相對接。該實用新型中錐環(huán)間隙調(diào)整可控制空化強度，但錐隙形成狹窄環(huán)面相比小孔結(jié)構(gòu)，存在著空化的范圍窄、整體不太均勻的弊端。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種多級換向的空化發(fā)生器，可以創(chuàng)造高剪切流、強湍流、旋轉(zhuǎn)渦流的流場，讓流體物料快速分散充分且均勻混合，且流動阻力小。

2、為解決以上技術(shù)問題，本實用新型的一種多級換向的空化發(fā)生器，包括空化筒體，所述空化筒體的前端蓋中心設(shè)有物料進(jìn)口，所述空化筒體的末端圓周壁上設(shè)有物料出口，所述空化筒體的內(nèi)腔沿料流方向依次設(shè)有：

3、旋流發(fā)生器，呈中間大、兩端小的紡錘形，中部大徑處設(shè)有發(fā)生器法蘭；尾部錐體的外周均勻設(shè)有多道錐體螺旋槽；所述發(fā)生器法蘭的圓周上均勻分布有多個切向孔與各錐體螺旋槽的入口端相通；

4、收縮塊，沿料流方向設(shè)有收縮塊漸縮孔、收縮塊喉口和漸擴的收縮塊中心孔，且末端設(shè)有收縮塊內(nèi)錐面；

5、雙錐渦流器，中段呈圓柱狀，兩端分別設(shè)有外錐面，入口外錐面與收縮塊內(nèi)錐面相貼合，入口外錐面上均勻設(shè)有多道由中心向外周分流的外旋發(fā)散槽，出口外錐面上均勻設(shè)有多道由外周向出口中心孔匯流的內(nèi)旋匯流槽，外圓柱壁上設(shè)有多道對應(yīng)溝通外旋發(fā)散槽與內(nèi)旋匯流槽的外圓螺旋槽；

6、擴壓塊，沿料流方向設(shè)有擴壓塊內(nèi)錐面、擴壓塊喉口和擴壓塊漸擴孔，所述擴壓塊內(nèi)錐面與所述雙錐渦流器的出口外錐面相貼合，所述擴壓塊喉口與所述雙錐渦流器的出口中心孔相對接。

7、作為本實用新型的改進(jìn)，所述擴壓塊漸擴孔的出口嵌裝有內(nèi)管柱，所述內(nèi)管柱的末端抵靠在后端蓋的中心，所述后端蓋覆蓋在空化筒體的后端口，所述內(nèi)管柱的圓周壁上均勻設(shè)有多個徑向小孔與所述空化筒體的末端內(nèi)腔相通。

8、作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述內(nèi)管柱中設(shè)有活塞，所述活塞的后端面中心與調(diào)節(jié)桿相連，所述調(diào)節(jié)桿的中段從后端蓋中心穿過且通過軸封實現(xiàn)密封，調(diào)節(jié)桿的末端螺紋段旋接在固定座的螺孔中，所述固定座的根部固定在后端蓋上，所述調(diào)節(jié)桿的末端安裝有手輪。

9、作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述外旋發(fā)散槽沿渦旋線或漸開線向外延伸，所述內(nèi)旋匯流槽沿渦旋線或漸開線向內(nèi)延伸。

10、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型取得了以下有益效果：1、一個空化器內(nèi)部實現(xiàn)流體的切向旋轉(zhuǎn)、螺旋收縮、徑向旋轉(zhuǎn)分散及向心匯聚，軸向流變換徑向流。創(chuàng)造高剪切流、強湍流、旋轉(zhuǎn)渦流的流場、讓物料快速分散密集超微小液滴，破壞化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物之間的邊界接觸屏障，反應(yīng)過程更快、更充分；同時物料中隱含的少量揮發(fā)組分在通過狹逢或小孔處迅速失壓產(chǎn)生大量微小的納米級空化泡，納米氣泡隨著流體壓力恢復(fù)潰滅時產(chǎn)生的微射流、激波的能量瞬間在復(fù)雜狹窄小區(qū)域內(nèi)集中釋放，從而直接作用于反應(yīng)物，而且彎曲壁面產(chǎn)生多次渦流碰撞效應(yīng)，這些效應(yīng)都是傳統(tǒng)攪拌混合無法比擬的。

11、2、該空化發(fā)生器中旋流發(fā)生器前端的小孔設(shè)計為切向，流體經(jīng)小孔后被迫高速旋轉(zhuǎn)，同時由于小孔處流通截面突然收縮，流體在此流速增高，靜壓急劇下降，產(chǎn)生大量空化微氣泡，氣泡伴隨流體流動在隨后擴張螺旋通道內(nèi)爆、碰撞，加之旋流器后端有多道且漸縮變徑多螺旋葉片，流體反應(yīng)的作用時間及強度大大增強，為分子間碰撞、納米級微尺度顆粒反應(yīng)實現(xiàn)提供了有效的實施方案。

12、3、改進(jìn)型的雙錐渦流器相比圓柱渦流器流體流動阻力降低、更節(jié)能，并且雙錐面上螺旋槽流通路徑更長，延長了流體間激烈碰撞、高湍流、高剪切的接觸機會，強化反應(yīng)過程。

13、4、空化器末級采用內(nèi)管柱加徑向小孔及活塞結(jié)構(gòu)也能夠在線控制空化發(fā)生強度，其一、空化發(fā)生在內(nèi)管柱的徑向開設(shè)的小孔處，圓筒形結(jié)構(gòu)受力明顯優(yōu)于平板，故壁厚較薄，流體通過阻力小，降低能耗，同時圓筒徑向開設(shè)小孔數(shù)量相比圓平板空間排布上更加靈活不受腔體橫截面的限制。其二、通過套裝在軸上的活塞軸向移動改變流體過流截面積，從而流速變化改變空化強度；此外活塞移動對圓筒內(nèi)壁有刮刷的功效，對于含顆粒流體或停機后沉積導(dǎo)致小孔堵塞問題發(fā)生提供了優(yōu)選的方案代替原先的額外反沖洗系統(tǒng)甚至停機拆卸設(shè)備清洗。

技術(shù)特征：

1.一種多級換向的空化發(fā)生器，包括空化筒體，所述空化筒體的前端蓋中心設(shè)有物料進(jìn)口，所述空化筒體的末端圓周壁上設(shè)有物料出口，其特征在于，所述空化筒體的內(nèi)腔沿料流方向依次設(shè)有：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級換向的空化發(fā)生器，其特征在于，所述擴壓塊漸擴孔的出口嵌裝有內(nèi)管柱，所述內(nèi)管柱的末端抵靠在后端蓋的中心，所述后端蓋覆蓋在空化筒體的后端口，所述內(nèi)管柱的圓周壁上均勻設(shè)有多個徑向小孔與所述空化筒體的末端內(nèi)腔相通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級換向的空化發(fā)生器，其特征在于，所述內(nèi)管柱中設(shè)有活塞，所述活塞的后端面中心與調(diào)節(jié)桿相連，所述調(diào)節(jié)桿的中段從后端蓋中心穿過且通過軸封實現(xiàn)密封，調(diào)節(jié)桿的末端螺紋段旋接在固定座的螺孔中，所述固定座的根部固定在后端蓋上，所述調(diào)節(jié)桿的末端安裝有手輪。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多級換向的空化發(fā)生器，其特征在于，所述外旋發(fā)散槽沿渦旋線或漸開線向外延伸，所述內(nèi)旋匯流槽沿渦旋線或漸開線向內(nèi)延伸。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及一種多級換向的空化發(fā)生器，空化筒體的內(nèi)腔沿料流方向依次設(shè)有：旋流發(fā)生器，呈紡錘形，尾部錐體的外周均勻設(shè)有多道錐體螺旋槽；中部圓周均布有多個切向孔與各錐體螺旋槽的入口相通；收縮塊，沿料流方向設(shè)有漸縮孔、喉口和中心孔，末端設(shè)有內(nèi)錐面；雙錐渦流器，中段呈圓柱狀，兩端分別設(shè)有外錐面，入口外錐面與收縮塊內(nèi)錐面相貼合且均勻設(shè)有多道由中心向外周分流的外旋發(fā)散槽，出口外錐面上均勻設(shè)有多道由外周向出口中心孔匯流的內(nèi)旋匯流槽，外圓柱壁上設(shè)有多道對應(yīng)溝通兩端的外圓螺旋槽；擴壓塊，沿料流方向設(shè)有內(nèi)錐面、喉口和漸擴孔，擴壓塊內(nèi)錐面與雙錐渦流器的出口外錐面相貼合。本空化發(fā)生器的空化效果好切流動阻力小。

技術(shù)研發(fā)人員：杭明,張鵬程,鄭億青
受保護的技術(shù)使用者：邁安德集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240617
技術(shù)公布日：2025/1/9