一种定量测定清水或含沙水中空化强度的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种定量测定清水或含沙水中空化强度的方法及装置。该方案利用FeSO

【技术实现步骤摘要】
一种定量测定清水或含沙水中空化强度的方法及装置
本专利技术涉及分析测试
，具体涉及一种定量测定清水或含沙水中空化强度的方法及装置。
技术介绍
空化空蚀效应是造成水力机械严重破坏的重要原因，定量评估空化空蚀强度一直是学术界关注的热点问题。由于空化现象的瞬时、随机和微观等特点，寻求一种能够准确量化水中空化强度的方法，进而定量测定水中空化强度一直是空化空蚀研究的难点。目前评估空化强度的方法有很多，包括噪声法、声压法、振动法、铝箔腐蚀法、电化学法、碘释放法等，然而这些方法大都只能粗略判断或者定性评估，难以精确量化空化发生程度。例如噪声法和振动法大多应用于水力机械领域空化现象的诊断，而实际中出现噪声和振动的时候，空化空蚀现象其实早就已经发生了；电化学法通过电导率仪测定反应前后溶液的电导率差值获得空化效应的产量，然而该方法稳定性较差，电导率易受其他因素的干扰。总之现有上述方法大都只能应用于某一特定领域定性评估空化强度，并且容易受到各种外界因素和实验条件的影响，难以精准量化空化强度。当水中含有泥沙颗粒时，泥沙颗粒会影响液体的空化强度，也会影响检测方法的适用性。比如碘释放法的原理为通过向待测液中加入碘化钾溶液，还原性碘离子被空化效应生成的·OH氧化成单质碘，单质碘遇淀粉使溶液呈蓝色。当液体中含有泥沙或杂质时，生成的单质碘会被固体颗粒吸附，从而严重影响实验精度。总而言之，生产和科学研究中迫切需要一种既能精确量化空化强度，又能克服泥沙颗粒影响的含沙水和清水中空化强度的精确、定量测定方法。专利
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种定量测定清水或含沙水中空化强度的装置，该装置包括超声波发生器、空化反应槽、空化反应器，在空化反应槽、空化反应器内分别装有液体介质、待测溶液，所述空化反应器位于空化反应槽内并与液体介质接触，超声波发生器发出的超声波作用于空化反应槽内的液体介质及空化反应器内的待测溶液。进一步的，所述空化反应器内还设置有搅拌装置。搅拌装置主要是为了防止测试时泥沙沉淀，确保反应充分进行。进一步的，整个装置还包括固定支架，所述固定支架与空化反应器相连，用于将空化反应器悬空浸泡在空化反应槽内的液体介质中。进一步的，所述超声波发生器位于空化反应槽底部。进一步的，所述空化反应槽上设置有进水口和出水口，液体介质通过进水口、出水口循环进出空化反应槽，由此保证了槽内溶液温度和容量的稳定，为待测溶液创造了相对稳定的反应环境。进一步的，所述液体介质为水。本专利技术的另一目的在于提供一种定量测定清水或含沙水中空化强度的方法，该方法包括以下步骤：首先将待测清水或待测含沙水与·OH捕捉剂混合均匀，所得混合液注入空化反应器中；接着将空化反应器固定在空化反应槽内使其与液体介质接触，然后启动超声波发生器(搅拌装置视待测溶液决定是否启动)进行反应，最后取样测定溶液的吸光度，进而确定其空化强度。进一步的，所述·OH捕捉剂由FeSO4、稀硫酸、超纯水混合而成。进一步的，待测清水或待测含沙水与·OH捕捉剂混合液中Fe2+的浓度不超过10mmol/L，优选为10mmol/L；稀硫酸浓度不小于5mmol/L，优选为大于10mmol/L。进一步的，待测清水或待测含沙水与·OH捕捉剂混合液的含沙量不超过20g/L。进一步的，空化反应槽内液体介质的温度为室温，搅拌速度不超过800r/min。进一步的，吸光度测试所使用的设备为紫外-可见分光光度计，波长选取为290-400nm，优选为300nm。本专利技术的原理如下：1)以超声波作为空化激发手段，开展清水和含沙水的空化试验。水分子空化时产生的极端高温高压环境，使其分解产生氢基自由基(·H)和羟基自由基(·OH)，空化强度越大水分子分解产生的·OH产额越大，具体过程如下：2)采用FeSO4溶液作为·OH捕捉剂，其既能捕捉空化产生的·OH并生成稳定的反应物，又不会被水中的泥沙吸附和影响。Fe2++·OH→Fe3++OH-(1.2)3)FeSO4与·OH发生化学反应后，捕捉剂浓度变化引起溶液颜色变化，吸光度也会随之发生变化。4)采用紫外-可见分光光度法检测反应前后溶液的吸光度，就能得到·OH的含量变化，从而实现空化强度的量化。本专利技术采用超声波作为激发空化手段，超声波由方形空化反应槽的底部向上发射出去，槽中装有一定体积的水，待测清水或含沙水溶液在锥形瓶中接受超声作用。超声作用期间，槽内水浴系统保持锥形瓶所处环境水温恒定，锥形瓶内部的搅拌保证了反应充分进行。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几个方面：1)本专利技术能同时定量测定清水中的空化强度以及含沙水中空化强度，避免了泥沙沉淀影响试验精度。2)本专利技术所采用的分析方法为紫外-可见分光光度法，采用的·OH捕捉剂为FeSO4，其对空化强度测量试验结果的灵敏度和精准度都很高。3)本专利技术选用的捕捉剂FeSO4不易被固体颗粒吸附，适用于多种不同材料的固体颗粒，可以应用于这些固体颗粒固液体系中的空化强度检测。4)本专利技术以超声空化代替水力空化，只需要很小体积的溶液就能测量不同含沙量条件下的空化强度，具有试验装置简单、操作方便易行、检测时间速度快、周期短等优点。附图说明图1为本专利技术提供的检测装置示意图。图2为不同浓度FeSO4溶液在190-400nm入射光波长范围内的吸收光谱图。图3为不同超声作用时间下10.00mmol/L的FeSO4溶液在190-400nm入射光波长范围内的吸收光谱图。其中1-超声波发生器，2-出水口，3-空化反应槽，4-进水口，5-待测溶液，6-锥形瓶，7-电动搅拌器，8-铁架台。具体实施方式为使本领域普通技术人员充分理解本专利技术的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例及附图进行进一步说明。如图1所示的一种清水或含沙水中空化强度的检测装置，主要包括超声波发生器、空化反应槽、锥形瓶(即空化反应器)、电动搅拌器、铁架台。所述空化反应槽固定在超声波发生器上，锥形瓶通过铁架台固定悬空于空化反应槽内，电动搅拌器与锥形瓶和铁架台固定相连。在锥形瓶内加注有待测清水或者待测含沙水溶液，循环冷却水或加热水通过进水口、出水口流进流出空化反应槽，控制水温和流速就能保持空化反应槽内的液温和水位高度维持恒定，为测试提供相对稳定的环境。利用上述装置进行测试的过程具体如下：(1)测定清水空化强度的操作步骤步骤1：称量硫酸亚铁固体颗粒。本专利技术采用的硫酸亚铁分子式为FeSO4·7H20，相对分子质量为278.02。根据计算，配制500mL浓度为10mmol/L的FeSO4溶液需称量1.3901g硫酸亚铁固体颗粒。称量前将称量纸平整的放在秤盘中心，调零后用称量匙准确地称量1.39g硫酸亚铁颗粒。准备一个300mL的烧杯，向其中加入3-4滴质量分数为60％的稀硫酸，再加入少量超纯水。将称量好的硫酸亚铁颗粒倒入烧杯中，轻轻摇晃烧杯，并用玻璃棒搅拌使得固体颗粒充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定量测定清水或含沙水中空化强度的装置，其特征在于：该装置包括超声波发生器、空化反应槽、空化反应器，在空化反应槽、空化反应器内分别装有液体介质、待测溶液，所述空化反应器位于空化反应槽内并与液体介质接触，超声波发生器发出的超声波作用于空化反应槽内的液体介质及空化反应器内的待测溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种定量测定清水或含沙水中空化强度的装置，其特征在于：该装置包括超声波发生器、空化反应槽、空化反应器，在空化反应槽、空化反应器内分别装有液体介质、待测溶液，所述空化反应器位于空化反应槽内并与液体介质接触，超声波发生器发出的超声波作用于空化反应槽内的液体介质及空化反应器内的待测溶液。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述空化反应器内还设置有搅拌装置。


3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：整个装置还包括固定支架，所述固定支架与空化反应器相连，用于将空化反应器悬空浸泡在空化反应槽内的液体介质中。


4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述超声波发生器位于空化反应槽底部，空化反应槽内的液体介质具体为水。


5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述空化反应槽上设置有进水口和出水口，液体介质通过进水口、出水口循环进出空化反应槽，使得槽内溶液温度和容量保持稳定。


6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢华，秦鑫，林振兴，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42