基于多孔板和文丘里管的空化器设计及应用

基于多孔板和文丘里管的空化器设计及应用
摘要；本文根据现有水力空化发生器文丘里管和多孔孔板设计出新的水力空化发生器，阐述了其理论模型，并通过亚甲基蓝试验得到了新设计的空化器的空化效果，试验结果表明新设计的空化器比只有孔板的处理水的效果好。

关键词，文丘里管 多孔板 水力空化
Abstract:
Key words
0 引言
空化是一种非常复杂的流体动力现象,是液体所特有的。

当流场中某处的局部压力低于该处饱和蒸气压力时,不仅溶在水中的空气会逸出,而且水也开始汽化，在水中形成许多由空气和蒸气组成的空泡, 这些空泡被水流挟带着到达高压时溃灭。

空泡爆发性生长、膨胀、收缩、溃灭的整个过程就称为水力空化。

水力空化技术的空化效率和空化器有着密切的关系，水力空化装置是利用水力空化技术的关键和核心。

液体流过一个收缩装置(如几何孔板或者文丘里管)时产生压降，溶解在液体中的气体会释放出来，当压力降至液体的饱和蒸汽压甚至以下时，由于液体的剧烈汽化而产生大量空化泡，空化泡将随液体流动形成了两相流，当流动的压力增大时，空化泡的体积将急剧缩小直至溃灭．但是空化过程是一个很复杂的物理过程．空化的发生、发展和溃灭与水力空化装置（多孔板或文丘里管）的几何结构、空化器进口压力、空化器下游恢复压力密切相关。

判别空化初生和衡量空化强度的是空化数，空化数定义为：
r v 200.5v V P P C ρ-= （1）
式中：P r —流体下游恢复压强；
v 0—限流区平均流速；
P v —流体指定温度下的饱和蒸汽压；
ρ— 流体密度。

1 空化器的设计
1.1 空化发生的机理
液体空化是由于中局部压强过低引起的，局部压强降低是由于液体流动状况决定的，当水流通过一收缩装置时，水流被增速，降压，只有当压强降至到相应的水温汽化压强以下时，水就会产生空化。

图 1
图1所示为一收缩装置的有压管流，当液体不能被压缩时，列出截面1-1和截面2-2的能量方程式 1
11
2
22
1222e P V P V Z Z h g g ααγγ++=+++ (2)
式中h e 为流段的水头损失，若Z 1=Z 2，则有 2
1
11
2222e P P V V
h g g ααγγ=+-- （3）
根据空化产生的条件V i C C ≤（临界空化数）及公式（1）得到空化发生条件： 22()g v P P P R δ
≤+- （4）
1.2文丘里管和孔板结合空化器的设计
水力空化发生装置主要两种，一是孔板，二是文丘里管。

在同样的条件下，孔板装置适合于产生强烈空化效应，文丘里装置更适合于产生温和空化效应。

这是因为文丘里的空化流动中气泡的辐射运动属于稳定的振荡型，而孔板空化流动中气泡的辐射运动属于瞬时运动型。

这是由于2种不同类型的压力梯度作用的结果[3],将两者结合起来，会对压力场产生影响，从而影响空化效果。

图1是这种空化器的设计方案。

[2] 邓洁. 多孔板水力空化装置及其强化效应的试验研究.(硕士学位论文),湖南大学，2008.4
[3] 王伟民.应用水力空化技术灭杀富营养化水体中藻类的研究.(硕士学位论文)扬州大学.2009.。