水利空化
水力空化对水中微生物杀灭效果评价.
水力空化是来，水力空水体的消毒杀菌进行酵母微生物细胞破壁率达化和机械破壁的空化强化臭氧发现水力空化具有强化效应[6]毒剂次氯酸结果表明，水合水力空化减少药剂用量；用，大大降低在水处理消毒本研究以菌群作为指示的污水进行处理，通过检测不同条件下大肠杆菌的灭菌率，考察相关因素对灭菌效果的影响。
根据相关理论，水力空化消毒杀菌机理主要可以分为：一是“水相燃烧”，也就是空化泡溃灭瞬间产生极端的高温、高压环境，这种环境不利于微生物由基机理，空泡子及其他分子在生成具有高化学2种物质都可以，在空化泡溃灭力脉冲，同时伴细胞的破坏作用及由脉动空泡引等，均为分析纯；，培养箱，高压灭如图1所示。
该装置为闭合循环系统，包括50L 水箱、冷凝铜管、水泵、空化反应器、压力表、温度传感器和调节阀门等。
空化反应器为置于主管路中的多孔板（见图2）。
当液体流经多孔板时，流速增大、压力降低，当压力降低至液体相应温度下的饱和蒸汽压，甚至负压时，液体便汽化，形成蒸汽或者空泡，空泡由流体携带至下游压强较高的区域时，将会因受到压力作用而突然溃灭，产生空化效应。
游秀东1，邓橙1，靳松建2，陈平1，宿红波1，朱孟府1（1. 军事医学科学院卫生装备研究所，300161；2. 科莱恩（天津）有限公司，300300：天津）用水力空化技术对含大肠杆菌的污水进行处理，通过检测不同条件下大肠杆菌的灭菌率，考察水力空化的灭菌效果。
对水体中大肠杆菌有很好在其后保持不变；一定范围收稿日期：2012-09-21基金项目：天津市科技支撑重点项目（10ZCGYSH02000）作者简介：游秀东（1975－），女，助理研究员，硕士，研究方向为水处理技术及应用；E-mail ：dongyou11@联系作者：朱孟府，研究员；联系电话：022-846568310；E-mail ：zmf323@第39卷·增刊2013年6月Vol.39SupplementJun.,201321网络出版时间：2013-08-26 13:26网络出版地址：/kcms/detail/33.1127.P.20130826.1326.007.html肠nm 含隔为节时布数化菌表1为空化作用时间与灭菌率的关系。
水力空化技术
水力空化技术
水力空化技术是一种利用高能的水流将水中的空气分离出来的技术。
它的原理是利用高速流动的水流通过急流弯、重力掏槽、水轮机、喷射器等装置，将水流中的空气通过高压、高速、高剪切力的作用强制分离出来，从而获得空气和水的混合物。
水力空化技术的基本流程是：水由输水管道输送至水力空化装置，经过高速流动和急流弯后水流发生强烈的旋涡和水气混合。
在此过程中，水表面张力和气液表面张力的影响下，水中的微小气泡随着水流被抛射和剪切，逐步变大，最终分离出水体。
经过分离后，空气进入空气孔道排出，水则流出水口。
1. 高效节能。
水力空化技术相较传统的物理和化学处理方式，无需添加外部材料和能源，仅依靠水的动能和压力就可以完成空气的分离，实现高效的节能效果。
2. 操作简便。
水力空化技术无需复杂的设备和操作流程，只需要一个可靠的装置，操作人员可以轻松掌握技术的操作方法，并且可以根据实际需求进行调节。
3. 适用性广泛。
水力空化技术可以应用在各种工业和民用领域，如污水处理、饮用水净化、矿山废水处理等，具有广泛的适用性。
4. 环境友好。
水力空化技术不会产生二次污染，处理后的水质符合国家环保标准，对环境没有负面影响。
目前，水力空化技术在国内外已经广泛应用，并且取得良好的效果。
在我国的污水处理和饮用水净化领域，利用水力空化技术可以有效地提高处理效率和降低能耗，是一种值得推广和应用的技术。
水力机械空蚀及防护1章空化基本概念
二、空化现象要点
➢空化是静止的或流动的液体的一种动态过程。 无论固体或气体，在正常情况下都不会发生 这种情况
➢空化是液体中压力降低的结果，只要使压力 降低并保持在液体性质所决定的临界压力以 下一定时间，空化就可能发生。所以可以通 过控制压力来控制空化的出现及其变化过程
➢空化现象是一种物理变化过程，它涉及空泡 生长、压缩和溃灭的全过程
固定型空化
一种相对稳定的空化形式； 空化初生后，形成附着在边界上的空腔； 固定空泡的表面有时可观察到脉动，并有许多小 型的瞬态空泡掠过； 固定空泡的长度与绕流体的形状、表面粗糙度、 流体的物理性质和流场压力、速度的分布有关；
固定型空化
固定空泡并不总是稳定的，当空泡长度发展到一 定程度，流场中的负压力梯度达到一定数值时， 紧靠导流体的液体流速将降为零，接着出现向上 游移动的回注水流，空泡将逐渐脱离固体边界而 随水流漂移，稍后将在同一位置观察到第二个和 第三个固定空泡出现；
空腔空化造成机组振动和运行的不稳定。
4、局部空化
——只出现在某一很小范围 形成原因：铸造和加工缺陷形成过流件表面
不平整，砂眼、气孔等引起的局部流态突然变化 而造成。
上述四种空化引起的空蚀破坏分别称为：翼型 空蚀、间隙空蚀、空腔空蚀、局部空蚀。
三、按空化发生的外貌特征分类
按外貌特征可分为：
➢
泡状空化
➢
片状空化
➢
ห้องสมุดไป่ตู้
斑状空化
➢
条纹状空化
➢
团状空化
➢
雾状空化
➢
梢涡空化
➢
毂涡空化
1-3 空化的发展过程
就固定空化而言，其发展过程为空化初生、空化的发育以 及回注充填和溃退再生。 空化的初生：是指在绕流体的表面开始形成极小的可见空 泡区而言。当绕流体表面沿水流方向有较陡的负压梯度时， 在绕流体上就会出现一极薄的透明层并在其端部可以看到 一条与水流垂直的极细的分界线，如果压力稍有升高此空 泡即消失，此即空化初生。
水力空化流程
实验流程
1. 建议比例1:4（海藻：海水）每次实验的海水量应大于200L ，保证泵的正常工作，海水的配制应分批量配制，以保海水的纯净，实验结果的准确度受其影响较大。
2 注意事项：清洗进水管道 检查水是否可以自由通过。
冲洗时间以10分钟左右为好，防止海水对仪器的腐蚀。
3 注意事项：保证海藻混合均匀且随即取样。
取样点应靠近中层面波动为宜，靠上藻类较少，靠下杂质较多影响实验结果。
4 注意事项：泵必须充满传输液体才可以启动。
在倒灌系统中给泵灌水。
首先关闭泵出口阀门，打开泵头上的螺堵，慢慢往进水口灌水，直到稳定的水流涌出排气螺堵。
在保持进水口完全充满水的情况下把管路放进水柜1里面
5 压力探头接好电脑
USB 端，流量计接好电源即可，并调试好流量计以及打开差压变送器软件。
6
7 注意事项：相关参数的设定需满足装置正常运行的数值 电机功率<=4kw 每小时不超过100次启动 电机功率>4kw 每小时不超过20次启动 泵需定期检查 参照使用说明p38
8
9
注意事项：稳定参照出水的流速以及水流截面。
（流量计的显示度数是标定水流稳定程度的参照。
）
10 注意事项：在水柜2
开始取样之后马上读取流量计的显示度数，并同时记录下差压变送器两端的压力示数。
重复三次后停止软件的运行并将数据进行保存、整理。
11
注意事项：由于是海水，会对仪器有较大的腐蚀，建议每次做完之后保证自来水冲洗管路10分钟以上，防止管路的不清洁对余下实验的影响
12。
水力机械空化与空蚀
§ 1-2 汽蚀性能参数
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五、允许吸上真空高[Hs]′ 1、定义：使之不发生气蚀，泵进口（水轮机出口）所允许的最大真空度 2、表达式
Hs pa
要不发生汽蚀 ha [h] ,当 ha [h]时,
c s2 p [ H s ] [h] v 2g pa
hr 与ha 3、 h 的关系 h r a
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a. 与装置无关， 与装置有关 hr b. 越小，抗汽蚀性能越好
四、允许汽蚀余量 保证不发生汽蚀的最低汽蚀余量
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[h] hcr K
[h] hr K
实际中常用 hcr 代替 hr ： K—安全余量
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3）电化作用
气泡在高温高压作用下产生放电现象，这就是电化作用。因为金 属表面被高压液流反复冲击的部位会产生很大热量，温度升高，形 成热端，将会与邻近点的非冲击部位(冷端) 构成一个热电耦，在热 电耦的回路中产生电势，使金属内部有电流通过，也产生电化腐蚀( 电解作用)，致金属表面变暗变毛，加速机械破坏作用。
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2 2 u0 uk Zk Zs 0 0 2g 2 2 2 w0 wk 2 w0 c0 [( ) 1] 2 hs k 2 g w0 2g 2g 2 2 c0 c0 (1 ) 1 2g 2g 2 2 c0 w0 即： hr 1 2 2g 2g
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§1-1 空化、空蚀(汽蚀)现象
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通过水力机械流道中的液流，如果某个地方的流速增高，必然会 引起此处的局部压力下降，当压力降低到当时液流下的临界压力时 ，这个低压区的液流就会开始汽化——出现空泡（汽泡），空泡随 液流运动到较高压力区，由于P↑，汽泡中的蒸气要重新凝结成水， 汽泡溃灭。因为体积突然收缩，汽泡原先占有的空间形成真空，于 是周围的高压液流质点高速冲近来，将对过流表面产生非常大的瞬 间脉冲压力（水锤压力）。同时，在压力增高时，原来从液流中分 解出来的小汽泡，在水锤压力的作用下被急剧压缩，直到汽泡的弹 性力大雨水锤压力时，汽泡将停止压缩而瞬间膨胀，所以对过流表 面又形成另一种水锤压力。
水力机械空化与空蚀
§ 1-2 汽蚀性能参数
• 九、空化的防护措施 • 1、从流体机械本身着手 • 2、从装置本身着手
ha
p0
Hg
h0s
pv
[h]
降低安装高 减少吸入管损失 补气等
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
pe 10.33
900
pv 0.0889 ~ 0.3299
Hg
pe
[h] hw
pv
K 的值越大，
Hg
10.0
900
K
H
H SZ H g K1D1
§ 1-2 汽蚀性能参数
H SZ H g K1D1
§ 1-2 汽蚀性能参数
2）[Hs] 已知 列进水池面与泵进口断面
pe
Hg
① S-0列能量方程
Zs
ps
cs2 2g
Z0
p0
c02 2g
hs0
② 0-k列相对运动伯努利方程
Z0
p0
W02 2g
u
2 0
2g
Zk
pk
wk2 2g
u
2 k
2g
h0k
③=
①+②-
pv
ps
c
2 s
2g
pv
pk pv
(Zk
Zs)
wk2 w02 2g
c02 2g
u
2 0
u
2 k
四、允许汽蚀余量 保证不发生汽蚀的最低汽蚀余量
[h] hr K
实际中常用 hcr 代替 hr ：
空化空蚀
理解
空化现象
在某个温度下，压力低到某一值时，液体发生汽 化，此压力称为该温度下的汽化压力，一般用pv 表示。液体流动过程中，如果某一部位的压力低 于某一临界压力（一般情况，该临界压力与水的 汽化压力接近）时，溶解于水的气体逸出，形成 空泡（空穴），当空泡随水流运动到压力较高的 地方时，空泡迅速凝结而溃灭。
理解
空蚀机理
因为体积突然收缩，汽泡原先占有的空间形 成真空，于是周围的高压液流质点高速冲近 来，将对过流表面产生非常大的瞬间脉冲压 力（水锤压力）。同时，在压力增高时，原 来从液流中分解出来的小汽泡，在水锤压力 的作用下被急剧压缩，直到汽泡的弹性力大 于水锤压力时，汽泡将停止压缩而瞬间膨胀， 所以对过流表面又形成另一种水锤压力。
理解
空蚀破坏
在过流边壁的某一个地方，随着液流的不断流过， 2）化学作用 溃灭的空泡像尖刀一样反复锤打金属边壁（疲劳破 当空泡被压缩时，由于体积突然缩小，温 坏），金属表面在反复打击下，金属晶格开始破 度要升高放出热量；同时水锤压力对金属表面 坏—出现裂纹。当压力升高时，高压液流深进金属 的冲击也要产生局部高温。当空泡凝结时，局 裂缝，压力突然下降时，缝隙中的液流又吹出来， 部温度可达到300°C左右，所以在这种高温、 循环下去造成金属破坏，最终成块脱落——剥蚀。 高压作用下，又促使了空蚀对金属表面的氧化 ，这就是化学作用。
4）微射流理论 空泡在溃灭过程中还会产生高速的微射流束， 产生很强的冲击力，对材料表面产生破坏作用。
应用
空蚀危害
空化与空蚀对水力机械性能的影响对性能产 生影响，主要表现为四个方面： 1）破坏过流表面 2）机器能量特性发生变化 3）引起振动和噪声 4）使机组检修频繁
应用
空蚀防护
水力空化论文：水力空化及CFD数值模拟
【中文摘要】空化是由于液体中的局部低压(低于相应温度下该液体的饱和蒸汽压)使液体汽化而引发的微气泡(或称气核)爆发性生长而后又溃灭的现象。根据空化产生的方法一般可以分为四种类型:声空化,光空化,粒子空化和水力空化。其中,水力空化现象发生在很多场合,例如在管径急剧变化的管道中和水力机械中。水力空化发生时伴随空化泡溃灭瞬间产生的能量释放,可以实现过程的强化。为了探究水力空化强化效应的机制和效果,寻求影响空化强化效应的基本规律,本论文就此开展了如下研究工作:设计建立实用有效的水力空化实验装置;根据计算流体力学理论,用CFD软件FLUENT对空化流场进行数值模拟;采用空化自由基捕捉方法,定量检测水力空化羟自由基;在此基础上,研究了孔板、孔板—液哨型组合空化器及尾涡旋转空化器的各种参数对空化自由基产量的影响,以寻求最佳空化条件。研究结果表明:(1)在FLUENT中,可以采用标准k ??模型和空泡动力学模型对孔板式水力空化器进行数值模拟,模拟结果表明:当出口压力一定时,入口压力越大,空化强度越剧烈;增加孔径及小孔个数使空化强度减弱;增大液体密度和粘度使空化强度减弱;增大液体初始含气量使空化强度先增大后减小;(2)利用亚甲基蓝溶液能够成功捕捉水力空化产生的羟自由基,然后可以采用紫外分光光度计定量检测空化羟自由基;(3)孔板式水力空化器的空化效应随入口压力的增大而增强;孔径及小孔个数增加,空化效应减弱;流量相同的情况下,空化效应随孔板比周长的增加而增强。(4)孔板—液哨型组合空化器的空化效应随空化数减小而增强;入口压力增大,空化效应增强;与单孔孔板相比,加入悬臂式簧片哨后的组合水力空化器空化效应明显增强,最大可提高26.7%,且簧片尖端到孔板距离较短、簧片自由端较短时,·OH产量更高,空化效应更剧烈。(5)尾涡空化旋转发生器的空化效应随入口流量的增加而先增大后减小,即流量存在一个最佳值使空化效应最强。
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水力空化的动力学基础
• 水中存在很多含有气体或蒸汽的小气泡级 固体微粒等异相介质 • 气核的存在是形成空化的基础. • 气核形成理论 • 空泡的发育 • 空泡的油灭 • 临界状态
影响水力空化的因素
液体的温度： • 液体温度越高, 对空化的产生越有利, 但是温 度过高时,空化减弱。 • 一般水溶液的温度在40 ℃ • 有机溶剂40℃ —75 ℃ 之间
水利空化
（hydrodynamic cavit介
• 空化就是当液体内部局部压力降低于液体的饱和蒸汽压时， 在液体内部或液固交界面上蒸汽或气体的空穴（空化泡） 的形成、发展和溃破的过程。 超声空化效应、水力空化效应、光空化效应、粒子空化效 应 用射流和涡流空化效应技术 羟基自由基 克拉波罗方程PV=NRT 高温、高压、高流速、温度变化速率大
• • • • •
空化的发展
• 空化作用一般包括3 个阶段: 空化泡的形成、 长大和剧烈的崩溃 • 初始空化 • 片状空化 • 超空化
水力空化去污的机理
• 未溶解的气核 • 羟基自由基的氧化 • 在空泡溃灭时的高温高压作用下, 金属晶粒间形成 热电偶, 冷热端间的电位差对污染物质起电解作用, 从而去除水中染物。
展望和问题
• 反应装置简单、运行和管理费用低、大规 模化投人运行相对容易、空化装置更为经 济、空化效果更为理想等. • 水力空化处理废水的机理没有深人探讨; 目 前实验研究的规模较小, 主要在实验室进行 小型的试验, 存在着空化器放大的问题等. • 将水力空化技术工程化和产业化
影响水力空化的因素
液体物性的影响： • 饱和蒸汽压强的影响 • 表面张力的影响 • 液体粘性的影响 • 液体密度及压缩性的影响
影响水力空化的因素
• 水流含气量的影响 • 有机污染物的性质
国内外对水力空化在废水处理方面的研
• 1993，对水力空化装置和UV辐射的联用进 行了研究. • 1995年.，水力空化确实对p-硝酸苯酚有降 解作用 • 2001年，利用水力空化装置对若丹明B化合 物的降解进行了实验研究（优于UV法） • 2009年，对KI等的卤素氧化的发生器的研究 和原理的改进