申请日2018.02.02
公开(公告)日2018.06.05
IPC分类号C02F1/72; B01F5/04; B01L9/02; C02F101/30
摘要
本发明是一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，属于环保设备领域，包括依次连通的第一稳流直管段8、圆锥收缩段9、喉管段10、齿纹涡流槽11、圆锥扩张段12以及第二稳流直管段13;在喉管段10和圆锥扩张段12之间安装有齿纹涡流槽11。第一稳流直管段8、圆锥收缩段9、喉管段10、圆锥扩张段12和第二稳流直管段13的内表面均光滑，齿纹涡流槽11的内表面攻有齿纹;齿纹涡流槽11入口连接圆孔与喉管段10的直径相同并直接连接，齿纹涡流槽11的出口连接圆孔与圆锥扩张段12的小端直径相同并直接连接。本发明通过在传统文丘里水力空化装置内增加齿纹涡流槽11，提高文丘里水力空化装置的空化效率，消除空化区域的脉动现象，增强污水处理效果。
权利要求书
1.一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，包括依次连通的第一稳流直管段(8)、圆锥收缩段(9)、喉管段(10)、齿纹涡流槽(11)、圆锥扩张段(12)及第二稳流直管段(13)，其特征在于：在喉管段(10)和圆锥扩张段(12)之间安装带齿纹的齿纹涡流槽(11)。
2.根据权利要求书1所述的一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，其特征在于：所述第一稳流直管段(8)、圆锥收缩段(9)、喉管段(10)、圆锥扩张段(12)和第二稳流直管段(13)的内表面光滑，所述齿纹涡流槽(11)的内表面攻有齿纹。
3.根据权利要求书1所述的一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，其特征在于：所述齿纹涡流槽(11)的流入连接圆孔与喉管段(10)的直径相同并直接连接，齿纹涡流槽(11)的流出连接圆孔与圆锥扩张段(12)的小端直径相同并直接连接。齿纹涡流槽(11)的入口连接圆孔直径(d1)大于出口连接圆孔直径(d2)。
4.根据权利要求书1所述的一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，其特征在于：在入口压力为0.3-0.8MPa范围内，出口压力为大气压的条件下，所述齿纹涡流槽(11)的入口连接圆孔直径(d1)为4mm，出口连接圆孔直径(d2)为4.25mm;槽深度(h)为2.5mm，宽度(l)为2.5mm。
5.根据权利要求书1所述的一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，其特征在于：所述齿纹涡流槽(11)的内表面上齿纹高度为喉部直径的1/40。
说明书
一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置
技术领域
本发明是一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，用于研究文丘里水力空化过程对污水处理的影响，属于环保设备领域。
背景技术
水流经变截面通道时，其速度和压强将会发生变化，而且遵循伯努利方程。当水流经截面不断变小的通道时，流速不断增大，压强随之减小，水的压强可以降低到对应温度下的饱和蒸汽压力。当水的压强低到对应温度下的饱和蒸气压力时，液态的水开始以水中溶解的不凝结气体作为气化核心，气化生成大量的空化气泡。空化气泡随水流继续流动，当压强快速回升时，空化气泡会呈现“雪崩”式溃灭，这一现象称为水力空化。研究表明，影响水力空化效率的两个关键因素是流场变化剧烈程度和气化核心数量，流场变化越剧烈，气化核心数量越多，空化效率越高。
目前，水力空化在污水处理方面已经有所应用。污水流过水力空化装置，在水力空化装置的空化区域末端，空化气泡快速溃灭，生成具有高活性、高氧化性的·OH自由基，该自由基与污水中的有机物反应，完成污水处理。
污水处理研究在自行设计的污水处理实验台上进行。污水处理实验台如图1所示,是一套污水循环实验系统，水泵驱动污水在实验循环系统内流动，闸阀控制流进文丘里水力空化装置的污水的流量和压力，使污水经过文丘里水力空化装置处理一定时间，通过测量污水处理前后化学需氧量(COD)的变化，来确定污水处理效果。
文丘里水力空化装置是一种典型的水力空化装置，由于其具有流场稳定，能耗较低等诸多优点，在污水处理中已经有所应用。但是其空化效率较低，同时还存在着空化区域周期性产生与消失的脉动现象，影响污水处理效果。研究并设计一种特殊的文丘里水力空化装置，应用于图1所示的自行设计的污水处理实验台，研究提高文丘里水力空化装置的空化效率和消除空化区域的脉动现象对污水处理具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置。该装置通过在传统文丘里水力空化装置中增加一个齿纹涡流槽，在适当增加对流场扰动的同时增加气化核心数，从而提高文丘里水力空化装置的空化效率，消除空化区域周期性产生与消失的脉动现象，使空化区域更加稳定。该装置能够获得较高的空化效率与稳定的空化区域，可以提高污水处理效果。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，包括依次连通的第一稳流直管段8、圆锥收缩段9、喉管段10、齿纹涡流槽11、圆锥扩张段12及第二稳流直管段13，其特征在于：在喉管段10和圆锥扩张段12之间安装有齿纹涡流槽11。
上述一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，所述第一稳流直管段8、圆锥收缩段9、喉管段10、圆锥扩张段12和第二稳流直管段13的内表面光滑，所述齿纹涡流槽11的内表面攻有齿纹。
上述一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，所述齿纹涡流槽11的流入连接圆孔与喉管段10的直径相同并直接连接，齿纹涡流槽11的流出连接圆孔与圆锥扩张段12的小端直径相同并直接连接。
上述一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，所述齿纹涡流槽11的入口连接圆孔直径d1为4mm，出口连接圆孔直径d2为4.25mm;槽深度h为2mm，宽度l为2mm。
上述一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，所述齿纹涡流槽11内表面上的齿纹高度为喉部直径的1/40。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明为一种应用于污水处理实验台的文丘里水力空化装置，在喉管段10和圆锥扩张段12之间安装一个齿纹涡流槽11。齿纹涡流槽11的设计使得主流可卷吸入大量气泡作为饱和水在圆锥扩张段12内空化的气化核心，可以大幅度增加气化核心数，提高空化效率。同时气化核心数的大幅增加，使得在圆锥扩张段12内，饱和水的空化过程对不凝结气体核心的依赖减小，从而消除圆锥扩张段12内空化区域周期性脉动的现象。
2、齿纹涡流槽11左侧的流入圆孔直径小于其右侧的流出圆孔直径，较多的饱和水进入齿纹涡流槽11，在齿纹涡流槽11内形成一个气液混合涡流区，同时由于槽内齿纹对涡流的扰动作用，在槽内发生饱和水空化与水蒸气再液化的复杂过程，此空化过程也会产生一定数量的·OH自由基。同时涡流还会加强主流的卷吸作用，提高主流卷吸入的气相比例，从而提高空化效率。
3、圆锥收缩段9、喉管段10和齿纹涡流槽11的通流截面积发生从逐渐收缩到稳定不变再到突然扩大的变化，通流截面积的变化使上述三段构成一个类文丘里结构;齿纹涡流槽11的后半部分与圆锥扩张段12的通流截面积发生从稳定不变到突然收缩再到逐渐扩张的变化，通流截面积的变化使这两段也构成一个类文丘里结构。两个类文丘里结构加剧了饱和水流所受到的扰动，剧烈的扰动将提高空化效率。
本发明通过在传统的文丘里水力空化装置中增加一个齿纹涡流槽11的方式来提高其空化效率，消除其空化区域的脉动现象，促进文丘里水力空化装置在污水处理过程中的推广应用。