本發明涉及一種水力空化發生器，具體涉及一種強剪切式環形射流空化發生器。

背景技術：

空化是液體內局部壓強降低到液體的飽和蒸氣壓時，液體內部或液固交界面上出現的蒸氣或氣體空泡的形成、發展和潰滅的過程。長期以來，人們都致力于防止空化的發生，減輕空化的危害。然而空化流動中空泡從初生、發展到潰滅過程中所產生的局部高溫、高壓以及強大沖擊波、高速微射流等，可以被有效的應用于環保工程、生物工程及食品工業等方面，如污水處理，殺菌殺毒及乳化加工等。

現在一般利用文丘里管、孔板等作為空化發生器，但現有的空化發生器空化強度較弱，空化效果不好。需要提供一種空化效率高、空化效果好的空化發生器。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提出一種強剪切式，能大幅度提高空化效果的空化發生器。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一種強剪切式環形射流空化發生器，包括高壓給水管和依次同軸連接并相通的出流管、整流管、管狀收縮段、背壓室；所述高壓給水管與整流管垂直連通；所述出流管的外徑小于整流管內徑；所述背壓室一端與收縮段連通，另一端封閉。

所述管狀收縮段與所述出流管同軸連接，收縮段內壁與出流管外圍形成漸縮環形空腔，為環形噴嘴，環形噴嘴出口環面的面積與收縮段出口截面積的面積比約為0.25-0.5。

所述出流管與整流管之間、整流管與管狀收縮段之間通過法蘭連接。

所述高壓給水管與整流管采用焊接方式連接。

所述出流管外徑尺寸位于收縮段最大內徑和最小內徑之間；所述出流管內徑大于背壓室內徑。

本發明中工作流體經高壓給水管進入整流管，由于流道截面的減小，工作流體經過環形噴嘴后流速增大，在環形噴嘴出口以高速噴出射入空化室。由于背壓室的阻礙作用，工作流體無法繼續向下游流動，流體會反向往上游流動。反向回流流體又會在空化室中與從環形噴嘴噴出的高速射流相遇，形成強剪切作用。剪切層中的渦結構，特別是在剪切層中出現渦量聚集的湍流相干結構及湍流壓力脈動，使得流場中渦核中心的局部最小壓力遠達到飽和蒸氣壓力，空化核進入剪切層后遭遇具有較低渦心低壓，并迅速生長成空泡，導致高強度空化發生。由于背壓室的存在，使得空化室的平均壓力較高，遠高于飽和蒸氣壓力，因此空泡的生命周期很短，膨脹之后會迅速遭遇高壓潰滅，產生局部高溫高壓并形成沖擊波和微射流等。

本發明的有益效果是：

1、空化是由高背壓條件下強剪切產生的脈動漩渦誘發，空化強度高，空泡潰滅更劇烈，空化效應更強；

2、相比現有空化發生器，本發明無運動部件，結構簡單，加工容易，并且無磨損，壽命長，成本低，可大規模使用。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明空化段結構結構放大示意圖；

其中，1-高壓給水管，2-整流管，3-管狀收縮段，4-背壓室，5-出流管；31-環形噴嘴，32-空化室。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明。

一種強剪切式環形射流空化發生器，包括高壓給水管1和依次同軸連接并相通的出流管5、整流管2、管狀收縮段3、背壓室4；所述高壓給水管1與整流管2垂直連通；所述出流管5的外徑小于整流管2內徑；所述背壓室4一端與收縮段3連通，另一端封閉。

所述管狀收縮段3與出流管5同軸連接，收縮段3內壁與出流管5外圍形成漸縮環形空腔，為環形噴嘴31，環形噴嘴31出口環面的面積與收縮段3出口截面的面積比為0.25-0.5。

所述出流管5外徑尺寸位于收縮段3最大內徑和最小內徑之間；所述出流管5內徑大于背壓室4內徑。

所述出流管5與整流管2之間、整流管2與收縮段3之間均通過法蘭連接，所述高壓給水管1與整流管2采用焊接方式連接。

本實施例提供了一種強剪切式環形射流空化發生器，見圖1，所述高壓給水管1用于輸送高壓工作流體，經過所述整流管2后進入所述環形噴嘴31，所述環形噴嘴31用于將高壓工作流體的壓力能轉化為動能，噴嘴出口與背壓室4之間的收縮段3空間為空化室32；將工作流體以高速噴出射入所述空化室32，由于所述背壓室4的阻礙作用，工作流體發生回流，回射流在所述空化室32內與高速射流相遇產生強剪切作用，導致高強度空化發生；空化流流經所述空化室32和所述出流管5時，流速減小，壓力增大，空泡在較高壓力作用下潰滅，產生局部高溫高壓、沖擊波和微射流；最后流體經所述出流管5流出。

本發明提供的空化發生器可以通過各種流動介質，適用于利用空化發生器的生物工程和環保等領域。例如，本發明能夠利用空化產生的特殊物理化學效應處理水體中的藻類、細菌等微生物，達到滅菌消毒、凈化水體的作用。再例如，在生物制藥領域，本發明可以作為一種細胞破碎的手段，方便提取細胞內表達的特定蛋白質等藥用物質。

本發明能夠實現較強的剪切作用，使空化強度更高，空化效果更好。本發明無運動部件，結構簡單，加工容易，可大規模使用。

需要說明的是，本發明不僅僅具有上述用途，適用于上述技術領域，其同樣適用于其它利用空化效應的技術領域。

盡管本說明書較多地使用了 1-高壓給水管，2-整流管，3-管狀收縮段，4-背壓室，5-出流管,31-環形噴嘴，32-空化室等術語，但并不排除使用其他術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便的描述本發明的本質，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。

本發明說明書中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。