CN111701547A - 反弧对冲空化器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种反弧对冲空化器，包括：高压室，其顶部设置有进水口；低压室，其内壁自上而下依次构造有反弧段和直线段，直线段的下游设置有出水口；第一分隔板设置在高压室和低压室之间，第一分隔板的外沿与高压室和/或低压室的内壁构造出自上而下渐缩的第一流道；其中，高压室和低压室自上而下依次布置，通过第一分隔板将流入高压室中的流体均匀引流至第一流道，从而使流体由第一流道经反弧段进入直线段进行空化。该反弧对冲空化器巧妙地利用渐缩流道、反弧段、空化区和对冲区，使得高压流体流出高压室立即进入反弧段，流体中携带大量气泡会在此过程发生剧烈震荡，并在空化区进行空化，产生高效的空化效应，增强了空化强度，提升了能源利用率。

Description

反弧对冲空化器

技术领域

本申请涉及空化技术领域，具体涉及一种反弧对冲空化器。

背景技术

空化是指当流体的压力下降足够低的时候，流体中空泡的生成及其后续的动力学行为。简单说，就是在压力的作用下，流体中出现大量微小的空泡不断进行膨胀和溃灭运动的现象。空泡溃灭时，空泡在极短的时间内迅速坍缩至极小的体积，气泡内的气体受压后急剧升温升压，使空泡内部产生瞬时高温、高压，并在空泡周围的液体中产生冲击波和微射流。空化的这一特性为一些化学反应提供了独一无二的环境，使一些在常温常压下难以发生的化学反应得以发生，在能源、化工、医药等领域具有许多潜在应用。目前常用的水力空化器开发较早，多年来一直没有新型的水力空化器出现，而且都面临着流体掺气弱化空化强度及能量利用率低等问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种反弧对冲空化器，解决了空化强度弱及能源利用率低的问题。

为实现上述目的，本申请第一方面提供了反弧对冲空化器，包括：

高压室，其顶部设置有进水口；

低压室，其内壁自上而下依次构造有反弧段和直线段，所述直线段的下游设置有出水口；

第一分隔板，设置在所述高压室和所述低压室之间，所述第一分隔板的外沿与所述高压室和/或所述低压室的内壁构造出自上而下渐缩的第一流道；

其中，所述高压室和所述低压室自上而下依次布置，通过所述第一分隔板将流入所述高压室中的流体均匀引流至所述第一流道，从而使流体由所述第一流道经所述反弧段进入所述直线段进行空化。

可选地或优选地，所述反弧段与所述直线段的连接处设置有用于提升空化效果的台阶，所述直线段位于所述台阶的下方。

可选地或优选地，所述反弧段与所述直线段的连接处设置有用于提升空化效果的凹槽。

可选地或优选地，由所述第一流道流动至所述反弧段的流体的运动方向与所述高压室和/或低压室的自上而下的中心线平行。

可选地或优选地，还包括第二分隔板，所述第二分隔板与所述第一分隔板固定连接，所述第二分隔板与所述反弧段和/或所述直线段之间构造出沿流体运动方向渐扩的第二流道。

可选地或优选地，所述第一分隔板与所述第二分隔板的连接处呈弧形，且与所述反弧段构造出第三流道；

所述第一流道、所述第二流道和所述第三流道构造成喉部呈弯曲状的文丘管结构。

可选地或优选地，所述低压室中设置有对冲区，所述对冲区位于所述直线段的下游，且所述对冲区与所述出水口连通。

可选地或优选地，还包括：

消能室，位于所述低压室的下方，所述消能室的第一端与所述对冲区连通，所述消能室的第二端与所述出水口连接。

可选地或优选地，所述进水口布置于所述高压室自上而下的中心线上。

可选地或优选地，所述出水口布置于所述低压室自上而下的中心线上。

相较于现有技术，本申请实施例中提供的反弧对冲空化器，巧妙地利用渐缩流道、反弧段、空化区和对冲区，使得高压流体流出高压室立即进入反弧段，流体中携带大量气泡会在此过程发生剧烈震荡，并在空化区进行空化，产生高效的空化效应，增强了空化强度，提升了能源利用率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种反弧对冲空化器的结构示意图；

图2为图1中所示第一流道在水平方向上的截面示意图；

图3为图1中所示反弧段和直线段的俯视示意图；

图4为图1中所示反弧段和直线段处流体的运动示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种反弧对冲空化器的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的又一种反弧对冲空化器的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的又一种反弧对冲空化器的结构示意图；

图8为图7中所示反弧对冲空化器的部分结构示意图。

图中：

1-进水口；

2-高压室；

3-第一分隔板；31-外沿；311-外沿末端；

4-低压室；41-反弧段；42-直线段；43-对冲区；44-台阶；45-凹槽；

5-消能室；

6-出水口；

7-第一流道；

8-第二流道；

9-第二分隔板；

10-第三流道。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

此外，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

参考图1，本申请实施例提供的反弧对冲空化器，包括：自上而下依次布置的进水口1、高压室2、第一分隔板3、低压室4、消能室5和出水口6。

进水口1用于将压力流体引入反弧对冲空化器的高压室2中。进水口1设置于高压室2的顶部。此外，为了使能够均匀流向高压室2的四周，可以将进水口1布置于高压室2自上而下的中心线上。

第一分隔板3设置于高压室2和低压室4之间，第一分隔板3的外沿与高压室2和/或低压室4的内壁构造出自上而下渐缩的第一流道7。例如，如图1中所示，第一分隔板3的外沿31可以以一定角度(如60度)朝向低压室4倾斜，从而使得外沿31和高压室2的内壁之间形成一个渐缩的流道(即第一流道7)。应理解的是，第一流道7在水平方向上的截面以高压室2和/或低压室4的中心点呈中心对称；例如，如图2所示，当高压室2在水平方向上的截面为圆形时，则第一流道7在水平方向上的截面也为圆形，且与高压室2在水平方向上的截面的圆心相同。可选地，第一分隔板3可以焊接于高压室2和/或低压室4的内壁上。

高压室2用于消除紊流，并使流体经第一分隔板3均匀进入渐缩的第一流道7。其中，渐缩的第一流道7用于将流体的压力能转化为动能，使流速增加。

低压室4用于容留低压流体，并为空化的发生和对冲的发生提供空间。低压室4的内壁自上而下依次构造有反弧段41和直线段42，直线段42的下游与出水口6连通。反弧段41和直线段42在水平方向上的截面均以低压室4的中心点呈中心对称；如图3所示，当低压室4在水平方向上的截面为圆形时，则由低压室4内部的上方俯视低压室4内部的下方时，反弧段41和直线段42也均为圆形，且与低压室4在水平方向上的截面的圆心相同。

其中，如图4所示，反弧段41可以改变由渐缩的第一流道7进入低压室4的流体的运动方向，使对冲成为可能。反弧段41还可以产生压力梯度，使流体中的气泡远离低压室4的内壁面，进而使气泡远离了空化区；由于气泡会弱化空化，因此，当气泡远离空化区时，空化强度则会增强。此外，反弧段41的末端直接与直线段42连接，使得反弧段41的末端的弧度突然发生变化，致使流体的离心力突然消失，这就使得流体的压力会突然降低，进而产生空化。

直线段42主要是提供给流体空化的区域。可以理解的是，直线段42所在的区域为空化区，其中，直线段42可以为与水平面平行或与水平面之间构成一定的角度，具体可根据实际情况而定，在此不做限定。此外，直线段42的下游(即直线段42的末端)与出水口6连通，空化的流体可以经出水口6流出。

直线段42的末端与出水口6之间的镂空区域可以形成一个对冲区43，这就使得由空化区流出的流体可以在对冲区43处实现相向对冲，以实现流体的局部升温升压，以及区域的剧烈紊动和高效掺混。另外，对冲区43位于空化区的后面，而空化区的空泡震荡的余震尚未结束，这就使得对冲将强化空化振动，进而强化空化的效果。此外，流体在对冲区43进行对冲，也可以对流体剩余动能进行利用，从而避免了能量浪费。

消能室5主要用于消解流体的动能，使流体可以平缓的由出水口6流出。其中，消能室5的第一端与低压室4中的对冲区43连通；消能室5的第二端与出水口6连接。

出水口6主要用于将低压流体引出反弧对冲空化器。其中，出水口6布置于低压室4自上而下的中心线上。

在一些实施例中，第一分隔板3的外沿末端311垂直或近似垂直于水平面，以使得由第一流道7流动至反弧段41的流体的运动方向与高压室2和/或低压室4的自上而下的中心线平行，从而使得由第一流道7流出的流体可以沿反弧段41的切线进入反弧段41，提升流体的流速，进而提升空化效果。

在一些实施例中，如图5所示，在反弧段41和直线段42的连接处可以设置台阶44，这样使得流体由反弧段41进入直线段42时，可以发生分层，进而使得空化更容易发生，并且使得掺混更加剧烈，从而强化空化效果。

在一些实施例中，如图6所示，在反弧段41和直线段42的连接处可以设置凹槽45，这样使得流体由反弧段41进入直线段42时，可以先在凹槽45内部发生空化，然后在到凹槽45后面(如直线段42)发生空化，进而使得空化更容易发生，并且使得掺混更加剧烈，从而强化空化效果。

在一些实施例中，如图7所示，还包括第二分隔板9，第二分隔板9与第一分隔板3之间固定连接，如一体成型或者焊接等。第二分隔板9与低压室4的反弧段41和/或直线段42之间沿流体的运动方向构造出渐扩的第二流道8。利用第二流道8使原来由第一流道7流出的流体从进入一个大空间，转至进入到一个流道中。第二流道8的引流使反弧段附近的流体流速更高，这就使得后面的空化以及更后面的对冲都更加剧烈，从而强化空化效果。其中，第二流道8也可以为等截面流道、渐缩流道或者其他类型的流道，具体可根据实际情况而定，在此不做限定。同时，这种流道设计可用于于图6和图7中所示的反弧对冲空化器，即第二流道8配合配合台阶44和凹槽45一起使用。

进一步地，第一分隔板3与第二分隔板9的连接处呈弧形，且与反弧段构造出第三流道10。其中，第一流道7、第二流道8和第三流道10构造成喉部呈弯曲状的文丘管结构。利用这种结构，一方面流体的流动方向发生改变在流道内侧产生低压区，另一方面，流道截面变化促使流体速度和压力变化产生低压区，兼具弯头空化和文丘里管空化的优点，更容易发生空化，更强烈的发生空化。应理解的是，本申请实施例中第一流道7、第二流道8和第三流道10均可以但不限于为圆环形流道、矩形流道、圆管型流道等。

在一些实施例中，如图8所示，直线段42朝向反弧段41一侧的延长线与流体在进入反弧段41处的切线延长线之间的夹角θ的取值范围为(0°,180°)。第一流道7在其内流体运动方向的截面的夹角α1的取值范围为(0°,90°)。第二流道8在其内流体运动方向的截面的夹角α2的取值范围为(0°,90°)。第三流道10在其内流体运动方向的截面的最细位置A可以在第一分隔板3与第二分隔板9的连接处形成的弧段和反弧段41的中间位置，也可以在其他位置，具体可根据情况而定，在此不做限定。此外，反弧段41可以是圆弧也可以是其他形式的曲线；第一分隔板3与第二分隔板9的连接处形成的弧段可以是圆弧，也可以是其他形式的曲线；直线段42可以为直线，也可以是其他形式的线段；具体可根据情况而定，在此不做限定。

使用本申请实施例提供的反弧对冲空化器时，当流体由进水口1进入高压室2中后，流体经第一分隔板3均匀进入渐缩的第一流道7中。之后，流体由第一流道7进入低压室4的反弧段41，并由反弧段41进入到直线段42进行空化。之后，空化后的流体在对冲区43相向对冲。最后，对冲后的流体进入消能室5，并由出水口7排出。

可理解的是，本申请实施例提供的反弧对冲空化器的各个零部件之间均可以但不限于采用焊接的方式进行固定。此外，若反弧对冲空化器为一个整体，如图1、5和6所示，则第一分隔板3相当于是将反弧对冲空化器内的空间分隔成高压室2和低压室4；如图7所示，则第一分隔板3和第二分隔板9相当于是将反弧对冲空化器内的空间分隔成高压室2和低压室4。

需要说明的是，本申请实施例提供的反弧对冲空化器除了以图1、5、6或7中垂直于水平面布置外，还可以平行于水平面布置，或者与水平面之间呈锐角或钝角布置，具体可根据实际情况而定，在此不做限定。

综上所述，本申请实施例提供的反弧对冲空化器巧妙地利用渐缩流道、反弧段、空化区和对冲区，使得高压流体流出高压室立即进入反弧段，流体中携带大量气泡会在此过程发生剧烈震荡，并在空化区进行空化，以及在对冲区充分利用剩余流体的动能，实现局部升温升压、剧烈紊动和掺混，产生高效的空化效应，增强了空化强度，提升了能源利用率。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反弧对冲空化器，其特征在于，包括：

高压室，其顶部设置有进水口；

低压室，其内壁自上而下依次构造有反弧段和直线段，所述直线段的下游设置有出水口；

第一分隔板，设置在所述高压室和所述低压室之间，所述第一分隔板的外沿与所述高压室和/或所述低压室的内壁构造出自上而下渐缩的第一流道；

其中，所述高压室和所述低压室自上而下依次布置，通过所述第一分隔板将流入所述高压室中的流体均匀引流至所述第一流道，从而使流体由所述第一流道经所述反弧段进入所述直线段进行空化。

2.根据权利要求1所述的反弧对冲空化器，其特征在于，所述反弧段与所述直线段的连接处设置有用于提升空化效果的台阶，所述直线段位于所述台阶的下方。

3.根据权利要求1所述的反弧对冲空化器，其特征在于，所述反弧段与所述直线段的连接处设置有用于提升空化效果的凹槽。

4.根据权利要求1所述的反弧对冲空化器，其特征在于，由所述第一流道流动至所述反弧段的流体的运动方向与所述高压室和/或低压室的自上而下的中心线平行。

5.根据权利要求1-4任一项所述的反弧对冲空化器，其特征在于，还包括第二分隔板，所述第二分隔板与所述第一分隔板固定连接，所述第二分隔板与所述反弧段和/或所述直线段之间构造出沿流体运动方向渐扩的第二流道。

6.根据权利要求5所述的反弧对冲空化器，其特征在于，所述第一分隔板与所述第二分隔板的连接处呈弧形，且与所述反弧段构造出第三流道；

所述第一流道、所述第二流道和所述第三流道构造成喉部呈弯曲状的文丘管结构。

7.根据权利要求1-4任一项所述的反弧对冲空化器，其特征在于，所述低压室中设置有对冲区，所述对冲区位于所述直线段的下游，且所述对冲区与所述出水口连通。

8.根据权利要求7所述的反弧对冲空化器，其特征在于，还包括：

消能室，位于所述低压室的下方，所述消能室的第一端与所述对冲区连通，所述消能室的第二端与所述出水口连接。

9.根据权利要求1-4任一项所述的反弧对冲空化器，其特征在于，所述进水口布置于所述高压室自上而下的中心线上。

10.根据权利要求1-4任一项所述的反弧对冲空化器，其特征在于，所述出水口布置于所述低压室自上而下的中心线上。

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