本發(fā)明涉及化工流體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種單葉輪回轉(zhuǎn)葉片式水力空化發(fā)生裝置及水力空化方法。

背景技術(shù)：

空化是指液體內(nèi)局部壓力下降時(shí)，液體內(nèi)部或液固交界面上氣體空穴的形成、發(fā)展和潰滅的過程。當(dāng)液體壓力降至液體飽和蒸氣壓甚至以下時(shí)，由于液體的劇烈汽化而產(chǎn)生大量空化泡。空化泡隨液體流動(dòng)膨脹、生長(zhǎng)。當(dāng)液體壓力恢復(fù)時(shí)，空化泡瞬間潰滅形成微射流和沖擊波，產(chǎn)生瞬間局部高溫(1000～5000k)和瞬間高壓(1～5×107pa)?？栈蓪?dǎo)致水力機(jī)械設(shè)備性能下降，引起振動(dòng)、噪聲和空蝕破壞等，但空化現(xiàn)象釋放的能量也可以加以利用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)、物理等過程的強(qiáng)化，達(dá)到增效、節(jié)能、降耗等效果。

根據(jù)空化產(chǎn)生的因素，通常分為聲空化、光空化、粒子空化和水力空化四種類型。由于空化產(chǎn)生的效率和工程應(yīng)用的難易程度，四種模式中，聲空化和水力空化是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，聲空化僅在實(shí)驗(yàn)室取得較好效果，但將其應(yīng)用于中試或工業(yè)化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)空化場(chǎng)不均勻，空化效率下降，通量較小，放大難度較大等問題。

相對(duì)于超聲空化而言，水力空化設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉，能產(chǎn)生大規(guī)模的空化場(chǎng)，工業(yè)化應(yīng)用的潛力很大，目前已在滅菌、有機(jī)污水廢水處理、射流清洗以及化工分離等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

中國(guó)專利200410021098.5公開了一種通過多孔孔板產(chǎn)生空化的滅菌裝置，利用空化發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的瞬間高溫高壓來對(duì)液體原料進(jìn)行滅菌消毒，該裝置具有產(chǎn)量大、效率高、操作方便、瞬間滅菌、局部高溫、整體常溫等特點(diǎn)，從而避免了液體原料中有效成分的破壞和過熱分解。中國(guó)專利200410066214.5公開了一種用于化工分離技術(shù)領(lǐng)域渦流空化器可以在較低的溫度和不加或者少加化學(xué)破乳劑的條件下對(duì)含水乳化油或者乳化含油廢水進(jìn)行低成本和高效率的破乳處理。中國(guó)專利201120568210.2公開了一種用于污廢水處理的水力空化裝置，該裝置具備多個(gè)空化腔道，空化效率高。并可將臭氧引入空化腔，臭氧在水力空化效應(yīng)所產(chǎn)生的高溫高壓條件下，可以分解成具有更強(qiáng)氧化性的羥基自由基，進(jìn)一步提高了空化效率。該裝置內(nèi)還可設(shè)置催化劑tio2和γal2o3，產(chǎn)生更多的羥基自由基，進(jìn)一步強(qiáng)化污廢水中有機(jī)物的去除效果。

盡管對(duì)水力空化的研究逐漸深入，所提出的空化器結(jié)構(gòu)形式增多，但是水力空化的空化強(qiáng)度較小，效率較低，往往不足以起到某些物理化學(xué)反應(yīng)的觸發(fā)或強(qiáng)化作用。此外，空化反應(yīng)器處理量較小，大規(guī)模處理時(shí)需要多臺(tái)裝置并聯(lián)或串聯(lián)使用，導(dǎo)致處理系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜，仍難以工業(yè)化推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種單葉輪回轉(zhuǎn)葉片式水力空化發(fā)生裝置及水力空化方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種單葉輪回轉(zhuǎn)葉片式水力空化發(fā)生裝置，包括：

箱體，用于容納液體，其前側(cè)底端設(shè)置液體進(jìn)口，其后側(cè)頂端設(shè)置液體出口，所述的液體進(jìn)口和液體出口分別設(shè)置在箱體對(duì)角線的兩端；

空化機(jī)構(gòu)，包括，

一轉(zhuǎn)軸，安裝于箱體內(nèi)中心位置，兩端貫穿箱體的前后兩個(gè)側(cè)面，通過外置電機(jī)驅(qū)動(dòng)；

一葉輪，同軸安裝于轉(zhuǎn)軸上，由多個(gè)葉片構(gòu)成，所述葉片上均布有貫穿的通孔。

優(yōu)選的，所述葉片的個(gè)數(shù)不少于三個(gè)。

優(yōu)選的，所述通孔在葉片上均勻分布，排列形式為正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形或轉(zhuǎn)角正方形。

優(yōu)選的，所述通孔的兩端設(shè)有擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述葉片為平板狀為曲面狀。

優(yōu)選的，擴(kuò)孔角度為10°～50°。

優(yōu)選的，所述液體進(jìn)口與所述液體出口均為圓管，并且軸線平行。

優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)軸與液體進(jìn)口和液體出口軸線平行。

優(yōu)選的，所述箱體為空腔長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，所述葉片高度為箱體高度的0.2-0.4，所述葉片寬度為箱體寬度的0.6-0.9。

優(yōu)選的，所述箱體為空腔圓柱形，所述葉片寬度為圓柱體寬度的0.6-0.9，所述葉片高度為圓柱體直徑的0.2-0.4。

另一方面，所述單葉輪回轉(zhuǎn)葉片式水力空化發(fā)生裝置的水力空化方法，包括以下步驟：

(1)液體從進(jìn)口流入箱體；

(2)葉片與液體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通孔對(duì)液體進(jìn)行切割；

(3)液體高速通過通孔，流道截面積變小，水流速度增加，水流壓力減小，壓力降至水的飽和蒸汽壓以下，發(fā)生空化形成空泡，繼而空泡隨著水流流出通孔重新回到液體主體，水壓升高，空泡潰滅，伴隨著空泡潰滅的瞬間形成沖擊波和微射流，產(chǎn)生高溫高壓；

(4)液體從液體出口流出箱體。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中，液體流經(jīng)通孔時(shí)，先經(jīng)過入口處的擴(kuò)孔，減少水流與孔板碰撞導(dǎo)致的能量損失，流出通孔時(shí)經(jīng)過出口處的擴(kuò)孔，空泡潰滅更加充分。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理通量大，設(shè)備制造成本低廉，空化效率高，適用于工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。

2、由于具有較大的處理通量，應(yīng)用本裝置的水處理系統(tǒng)可以減少并聯(lián)管路的安裝，減少管路系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度，減少占地面積，降低投入成本。

3、采用通孔節(jié)流和剪切多種方式誘發(fā)空化，可產(chǎn)生大量的空泡云，對(duì)空泡的輸運(yùn)性強(qiáng)，且能耗低，空化效率高，液體流通量大，可大規(guī)模推廣使用。

4、該水力空化發(fā)生裝置可以通過控制流量和葉輪轉(zhuǎn)速控制空化程度，可根據(jù)實(shí)際需求獲得不同程度的空化效果，大大提高了該水力空化裝置的可控性。

附圖說明

圖1所示為空化裝置示意圖。

圖2所示為空化裝置正視示意圖。

圖3所示為葉輪輪廓圖。

圖4所示為葉輪正視剖面圖。

圖5所示為葉輪側(cè)視局部剖面圖。

圖6所示為通孔排列方式示意圖。

其中：其中：1-液體進(jìn)口，2-箱體，3-葉輪，4-轉(zhuǎn)軸，5-液體出口，6-通孔。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種單葉輪回轉(zhuǎn)葉片式水力空化發(fā)生裝置，包括：

箱體2，用于容納液體，其前側(cè)底端設(shè)置液體進(jìn)口1，其后側(cè)頂端設(shè)置液體出口5，所述的液體進(jìn)口1和液體出口5分別設(shè)置在箱體2對(duì)角線的兩端；

空化機(jī)構(gòu)，包括，一轉(zhuǎn)軸4，安裝于箱體2內(nèi)中心位置，兩端貫穿箱體2的前后兩個(gè)側(cè)面，通過外置電機(jī)驅(qū)動(dòng)；一葉輪3，同軸安裝于轉(zhuǎn)軸4上，可隨轉(zhuǎn)軸4同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由多個(gè)葉片構(gòu)成，所述葉片上均布有貫穿的通孔。

轉(zhuǎn)軸4與箱體2間密封，箱體2內(nèi)充滿待處理液體，葉輪3位于充滿液體的箱體2內(nèi)，，外置電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸4和葉輪3共高速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，液體從進(jìn)口1流入裝置，由葉輪3帶動(dòng)并隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)流動(dòng)。

葉片7與液體間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過通孔6對(duì)液體進(jìn)行切割。通孔6的兩端設(shè)置擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)葉片7與液體間相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體高速通過通孔6，流道截面積變小，水流速度增加，水流壓力減小，當(dāng)壓力降至水的飽和蒸汽壓以下，發(fā)生空化形成空泡，繼而空泡隨著水流流出通孔6重新回到液體主體，水壓升高，空泡潰滅，伴隨著空泡潰滅的瞬間形成沖擊波和微射流，產(chǎn)生高溫高壓。

當(dāng)液體處理量較大時(shí)，可以通過增大箱體2的尺寸以提高設(shè)備的處理能力。

最為優(yōu)選方案，所述葉片的個(gè)數(shù)不少于三個(gè)，所述葉片為平板狀為曲面狀。在一定范圍內(nèi)，葉片設(shè)置越多，空化效果也就越好。液體在葉輪3的多個(gè)葉片7的反復(fù)切割下，不斷通過通孔6，多次發(fā)生空化效應(yīng)。

最為優(yōu)選方案，若箱體為空腔長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，所述葉片高度為箱體高度的0.2-0.4，所述葉片寬度為箱體寬度的0.6-0.9。若所述箱體為空腔圓柱形，所述葉片寬度為圓柱體寬度的0.6-0.9，所述葉片高度為圓柱體直徑的0.2-0.4。在此區(qū)間范圍內(nèi)，水力空化效果最好?？涨粓A柱形的箱體無死角，空化效果更加優(yōu)良。

最為優(yōu)選方案，所述通孔在葉片上均勻分布，排列形式為正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形或轉(zhuǎn)角正方形，這些排布方式都可實(shí)現(xiàn)良好的空化。所述通孔的兩端設(shè)有擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)。擴(kuò)孔角度為10°～50°。在通孔6的入口處因擴(kuò)孔，減少了水流與孔板碰撞導(dǎo)致的能量損失；在孔的出口設(shè)置擴(kuò)孔，使空泡潰滅更加充分，具有擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)的空化板的空化效果更好，空化強(qiáng)度更高、空化效率也更高。

最為優(yōu)選方案，所述液體進(jìn)口1與所述液體出口5均為圓管，并且軸線平行，所述轉(zhuǎn)軸4與液體進(jìn)口1和液體出口5軸線平行。平行設(shè)置的方式，可使得液體較為通暢的流入或流出箱體2。

另一方面，所述單葉輪3回轉(zhuǎn)葉片式水力空化發(fā)生裝置的水力空化方法，包括以下步驟：

(1)液體從進(jìn)口流入箱體2；

(2)葉片與液體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通孔對(duì)液體進(jìn)行切割；

(3)液體高速通過通孔，流道截面積變小，水流速度增加，水流壓力減小，壓力降至水的飽和蒸汽壓以下，發(fā)生空化形成空泡，繼而空泡隨著水流流出通孔重新回到液體主體，水壓升高，空泡潰滅，伴隨著空泡潰滅的瞬間形成沖擊波和微射流，產(chǎn)生高溫高壓；

(4)液體從液體出口5流出箱體2。

最為優(yōu)選方案，所述步驟(2)中，液體流經(jīng)通孔時(shí)，先經(jīng)過入口處的擴(kuò)孔，減少水流與孔板碰撞導(dǎo)致的能量損失，流出通孔時(shí)經(jīng)過出口處的擴(kuò)孔，空泡潰滅更加充分。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。