一种同心涡流管式声空化反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种同心涡流管式声空化反应器，其是在反应器内设置同心涡流管，所述同心涡流管包括同心设置的外管和内管，内管置于外管内部，且内管出水端距离外管出水端的水平距离为40～60mm，内管与外管之间的间距是8～12mm；所述内管或/和外管的出水出水端口为多齿状结构，使流体经过内管出口后在外管内形成小齿状涡流，再经外管出口引流再次形成较大涡流，实现涡流迭代；超声换能器产生的声波与涡流流动方向垂直的方向沿反应器径向辐射，迭代的涡流能够进一步促进声波的均匀扩散，超声换能器产生的声场与同心涡流管产生的水力涡流场联合形成混沌流场，产生协同增效作用，可大大提高声空化降解有机污染物的效率。

A concentric swirl tube acoustic cavitation reactor

The present invention relates to a concentric vortex tube acoustic cavitation reactor. The concentric eddy current tube is set in the reactor. The concentric vortex tube includes concentric tube and inner tube. The inner tube is placed inside the outer tube, and the horizontal distance between the outlet end of the inner pipe and the outlet of the outer pipe is 40 ~ 60mm, and the distance between the inner tube and the outer tube is 8~1. 2mm; the outlet outlet port of the inner tube or / and the outer tube is a multi toothed structure, which causes the fluid to form small toothed swirl in the outer tube after the outlet of the inner tube, and then through the outlet and drainage of the outer tube to form a larger eddy and realize the eddy current iteration; the direction of the ultrasonic transducer and the direction perpendicular to the direction of the eddy current flow is radial along the reactor. The iterative eddy current can further promote the uniform diffusion of sound waves. The sound field produced by the ultrasonic transducer combines with the hydraulic eddy current produced by the concentric vortex tube to form a chaotic flow field, and produces synergistic effect, which can greatly improve the efficiency of acoustic cavitation degradation of organic pollutants.

【技术实现步骤摘要】
一种同心涡流管式声空化反应器
本专利技术属于液态流混沌反应器1
，尤其涉及一种同心涡流管式声空化反应器。技术背景据联合国调查，我国是世界上十三个贫水国之一，目前，全国年用水总量近6200亿立方米，正常年份缺水500多亿立方米，随着经济社会发展和全球气候变化影响加剧，水资源供需矛盾将更加尖锐,一方面许多水资源无法再利用，加重了水资源的匮乏程度，另一方面环境的可持续利用和经济的可持续发展严重被影响.因此，解决水环境污染的危害与防治具有十分重要的现实意义。随着现代工业的发展,工业废水已成为水体污染的主要来源。尽管水处理技术取得长足进步,尤其是微生物处理技术的发展,已广泛应用于水处理的各个领域,然而工业废水中大量复杂持久性难降解有机污染物仅靠生物处理很难完全降解,为此各种处理技术手段应运而生。物理方法进行水处理，由于不产生二次污染，被称为“绿色水处理”，受到了广泛的关注。其中的空化法，因可以廉价简易地集高温、高压、机械剪切和破碎为一体，为物理方法进行有机污染物降解和水体净化处理创造了特殊的形式，声空化法就是其中的代表。声空化法就是液体中的微气泡在声波作用下经过膨胀，压缩及崩溃产生高活性的自由基，这些自由基尤其是羟基自由基不加选择地氧化有机污染物，达到降解的目的。但声波在液体中传播会产生驻波，驻波声场的存在会在液体中形成盲区，如何最大程度地减少或消除驻波,以形成均匀、稳定的声场分布是提高处理效率的关键。本专利技术将解决这个问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术所存在的不足，本专利技术提供了一种同心涡流管3，其能够使出水形成多齿状涡流，提高空化效果。同时本专利技术还提供了利用上述同心涡流管与超声换能器联合，使声波在涡流场中传播产生各个方向的散射和折射，在液体中形成均匀、稳定的声场分布，进而可大大提高声空化降解有机污染物的效率的一种同心涡流管式声空化反应器。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种同心涡流管，包括同心设置的外管32和内管31，内管31置于外管32内部，且内管31出水端距离外管32出水端的水平距离为40～60mm，内管31与外管32之间的间距是8～12mm；所述内管31或/和外管32的出水出水端口为多齿状结构，使流体经过内管31出口后在外管32内形成小齿状涡流，再经外管32出口引流再次形成较大涡流，实现涡流迭代；所述的多齿状结构为矩形齿状、锯齿状、半椭圆齿状或者抛物线形齿状。进一步限定，所述内管31或/和外管32的出水出水端口为锯齿状，在管体的展开图中，以水流方向为y轴，管体的周向延伸方向为x轴，锯齿状出水端口的线性曲线为：y＝±k(x-na)其中：k为斜率，取值为0.577～1.732；a为齿间距，取值为20～25mm；n为锯齿的个数；当x＝(n-1)*a+a/2时，y的取值为5.77～17.32mm。进一步限定，所述内管31或/和外管32的出水出水端口为半椭圆齿状，在管体的展开图中，以水流方向为y轴，管体的周向延伸方向为x轴，半椭圆齿的线性曲线为：其中：b为半椭圆的长半轴，即半椭圆齿的齿高，b＝10～20mm，a为半椭圆的短半轴，即半椭圆齿的齿根部半宽度，a＝5～10mm。进一步限定，所述内管31或/和外管32的出水出水端口为抛物线形齿状，在管体的展开图中，以水流方向为y轴，管体的周向延伸方向为x轴，抛物线形齿的线性曲线为：y＝±m(x-na)2其中，m为常数，m＝0.5；a为两个抛物线形齿的顶点之间的距离，a＝11～12.6mm；n为抛物线形齿的个数；当x＝(n-1)*a+a/2时，y的取值为15～20mm。一种同心涡流管式声空化反应器，包括反应器1，在反应器1的底部开设有进水口、上部侧壁开设有出水口，在进水口上安装有同心涡流管3，同心涡流管3的出水方向与反应器1的轴线平行，在反应器1的侧壁自上而下分布多个超声换能器2，超声换能器2产生的声场与同心涡流管3产生的水力涡流场联合形成混沌流场；所述同心涡流管3包括同心设置的外管32和内管31，内管31置于外管32内部，且内管31出水端距离外管32出水端的水平距离为40～60mm，内管31与外管32之间的间距是8～12mm；所述内管31或/和外管32的出水出水端口为多齿状结构，使流体经过内管31出口后在外管32内形成小齿状涡流，再经外管32出口引流再次形成较大涡流，实现涡流迭代；所述的多齿状结构为矩形齿状、锯齿状、半椭圆齿状或者抛物线形齿状。进一步限定，所述同心涡流管3是多个，均匀分布在反应器1的底部。进一步限定，一个同心涡流管3与相邻一个同心涡流管3之间的间距不小于25mm。进一步限定，所述超声换能器2在反应器1的侧壁上沿着周向均匀分布。进一步限定，上下相邻超声换能器2之间的间距至少为50mm。本专利技术提供的同心涡流管式声空化反应器，水流经过内管出口后在外管内形成小齿状涡流，再经外管出口引流再次形成较大涡流，实现涡流迭代，当液体中产生涡流时，会成液体密度的不均匀性，而超声换能器产生的声波与涡流流动方向垂直的方向沿反应器径向辐射，在液体中传播，随着涡流迭代扩散会产生各个方向的散射和折射，使声波在液体中形成均匀、稳定的声场分布，即迭代的涡流能够进一步促进声波的均匀扩散，超声换能器产生的声场与同心涡流管产生的水力涡流场联合形成混沌流场，产生协同增效作用，可大大提高声空化降解有机污染物的效率。附图说明图1为同心涡流管式声空化反应器的结构示意图。图2为实施例1中同心涡流管3的结构示意图。图3为实施例2中同心涡流管3的结构示意图。图4为实施例3中同心涡流管3的结构示意图。图5为实施例4中同心涡流管3的结构示意图。图6为实施例5中同心涡流管3的结构示意图。图7为实施例6中同心涡流管3的结构示意图。图8为实施例7中同心涡流管3的结构示意图。图9为实施例8中同心涡流管3的结构示意图。图10为实施例9中同心涡流管3的结构示意图。图11为实施例10中同心涡流管3的结构示意图。图12为同心涡流管3所产生的涡流场图。图13为涡流场中声传播图。图14为涡流场中声传播指向性分析图。图15为平面波声场图。具体实施方式现结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行进一步说明。实施例1如图1所示，本实施例的同心涡流管式声空化反应器是由反应器1、同心涡流管3、超声换能器2组成，反应器1是个顶部敞口的圆筒结构，在其上部侧壁上加工有出水口，在反应器1的底部加工有进水口，在进水口上安装有同心涡流管3，通过同心涡流管3与水泵连通，超声换能器2安装在反应器1的侧壁上，并且超声换能器2是自上而下分布多层，上下层的相邻超声换能器2之间的最小间距是50mm，每一层上至少设置两个，且分布在同一层的超声换能器2关于反应器1中心对称，使反应器1内声波的出射方向与水流的出射方向垂直，随着自下而上的涡流扩散对声波进行折射和散射，使其分布均匀。进一步说明，参见图2，本实施例的同心涡流管3的包括同心设置的外管32和内管31，所述内管31置于外管32内部，内管31出水端距离外管32出水端的水平距离为50mm，内管31与外管32之间的间距是10mm；所述内管31和外管32的出水端口均为抛物线形齿状结构，在外管32内形成小齿状涡流，再经外管32出口引流再次形成较大涡流，实现涡流迭代，强化混沌效果；在管体的展开图中以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同心涡流管，其特征在于，包括同心设置的外管(32)和内管(31)，内管(31)置于外管(32)内部，且内管(31)出水端距离外管(32)出水端的水平距离为40～60mm，内管(31)与外管(32)之间的间距是8～12mm；所述内管(31)或/和外管(32)的出水出水端口为多齿状结构，使流体经过内管(31)出口后在外管(32)内形成小齿状涡流，再经外管(32)出口引流再次形成较大涡流，实现涡流迭代；所述的多齿状结构为矩形齿状、锯齿状、半椭圆齿状或者抛物线形齿状。

【技术特征摘要】
1.一种同心涡流管，其特征在于，包括同心设置的外管(32)和内管(31)，内管(31)置于外管(32)内部，且内管(31)出水端距离外管(32)出水端的水平距离为40～60mm，内管(31)与外管(32)之间的间距是8～12mm；所述内管(31)或/和外管(32)的出水出水端口为多齿状结构，使流体经过内管(31)出口后在外管(32)内形成小齿状涡流，再经外管(32)出口引流再次形成较大涡流，实现涡流迭代；所述的多齿状结构为矩形齿状、锯齿状、半椭圆齿状或者抛物线形齿状。2.根据权利要求1所述的同心涡流管，其特征在于，所述内管(31)或/和外管(32)的出水出水端口为锯齿状，在管体的展开图中，以水流方向为y轴，管体的周向延伸方向为x轴，锯齿状出水端口的线性曲线为：y＝±k(x-na)其中：k为斜率，取值为0.577～1.732；a为齿间距，取值为20～25mm；n为锯齿的个数；当x＝(n-1)*a+a/2时，y的取值为5.77～17.32mm。3.根据权利要求1所述的同心涡流管，其特征在于，所述内管(31)或/和外管(32)的出水出水端口为半椭圆齿状，在管体的展开图中，以水流方向为y轴，管体的周向延伸方向为x轴，半椭圆齿的线性曲线为：其中：b为半椭圆的长半轴，即半椭圆齿的齿高，b＝10～20mm，a为半椭圆的短半轴，即半椭圆齿的齿根部半宽度，a＝5～10mm。4.根据权利要求1所述的同心涡流管，其特征在于，所述内管(31)或/和外管(32)的出水出水端口为抛物线形齿状，在管体的展开图中，以水流方向为y轴，管体的周向延伸方向为x轴，抛物线形齿的线性曲线为：y＝±m...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈壮志，郭建中，凤飞龙，田华，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61