多级台阶型文丘里式气泡发生装置

摘要

本发明提供了一种多级台阶型文丘里式气泡发生装置，包括收缩段，喉部段，导气管和扩散段，其中扩散段由多级台阶组成；所述导气管从喉部段的喉部四个方位连接；扩散段由两种倾斜角度为α和β的台阶组成，本发明将普通文丘里鼓泡器的扩散段分为多级台阶，通过倾斜两种台阶的角度增强了文丘里鼓泡器的扩散段的湍流强度，同时可以确保抑制扩散段的空化效应带来的沿程损失，这样一方面在结构简单，稳定性强，还提高了气泡在扩散段的破碎的效率效率，同时降低了能耗，解决了文丘里鼓泡器生成气泡的尺度的问题，为化工领域的污水净化，核工程领域的裂变气体脱出提供了技术支持。

权利要求

1.一种多台阶型文丘里式气泡发生装置，其特征在于，包括收缩段、喉部段、导气管、扩散段；

所述收缩段、喉部段和扩散段依次相连，导气管与喉部段垂直连接；

扩散段由多级台阶组成，台阶根据倾斜角度分成两种，两种倾斜角度分别记为第一倾斜角度和第二倾斜角度，第一倾斜角度的台阶和第二倾斜角度的台阶交替连接形成台阶形状；

所述扩散段中，第一倾斜角度是第一台阶倾斜边与喉部段形成的第一夹角α，第二倾斜角度是第二台阶倾斜边与喉部段形成的第二夹角β，多级台阶形成整体壁面，整体壁面与第一台阶倾斜边和第二台阶倾斜边均形成第三夹角γ，第三夹角γ保持特定角度值；

所述第一夹角α和第二夹角β分别为4.5°和10.5°、7°和13°、9.5°和15.5°三种组合，每种组合对应的台阶数目不相同；

所述整体壁面与喉部段形成的第四夹角θ为7.5°或者10°或者12.5°；

所述特定角度值是3°。

2.根据权利要求1所述的多台阶型文丘里式气泡发生装置，其特征在于，所述收缩段的进口管径与扩散段的出口内部管径长度相同。

3.根据权利要求2所述的多台阶型文丘里式气泡发生装置，其特征在于，所述收缩段的进口管径与扩散段的出口内部管径长度均为53mm。

4.根据权利要求1所述的多台阶型文丘里式气泡发生装置，其特征在于，所述收缩段的长度为37mm，所述喉部段的长度为50mm。

5.根据权利要求1所述的多台阶型文丘里式气泡发生装置，其特征在于，所述喉部段贯穿四个进气孔。

6.根据权利要求5所述的多台阶型文丘里式气泡发生装置，其特征在于，所述进气孔的直径为1mm。

说明书

多级台阶型文丘里式气泡发生装置

技术领域

[0001] 本发明涉及流体动力学技术领域，具体地，涉及一种多级台阶型文丘里式气泡发生装置。

背景技术

[0002] 微气泡在很多工业领域中都得到广泛的应用，例如在污水处理、油气田钻井、医学造影、矿物浮选等。目前微气泡生成方法主要有三种：引气制造气泡、压力溶气析出气泡、电
解析出气泡。但是这些微气泡生成方式具有结构复杂，能耗较大，以及结构上的不稳定性等
缺陷。

[0003] 鼓泡脱气技术在工业上具有广泛的应用前景，其中的文丘里式鼓泡器具有结构简单，稳定性强等优势。例如在第四代反应堆熔盐堆的运行过程中会产生大量的裂变产物，这
些裂变产物会影响反应堆的经济性和稳定性。鼓泡‑脱气的技术以解决裂变气体的脱除，如
在MSBR的研究中提出了旁路脱气技术，通过燃料循环泵的出口引出独立的旁路，在支路中
采用鼓泡装置不断向旁路中充入微小气泡，形成泡状流。由于放射性气体在熔盐中溶解度
较小，与气泡接触后通过传质作用转移到气泡中，再将气泡从熔盐中分离出来，进入尾气处
理系统，以达到有效去除裂变气体的目的。鼓泡‑脱气的方法被国际上认为最有可能解决裂
变气体脱除的方法。但是微气泡生成、裂变气体传质扩散等基础科学问题制约着鼓泡‑脱气
技术的发展。

[0004] 这种鼓泡脱气技术在化工领域尤其是污水处理方面具有很高的利用价值，通过气泡发生装置的特殊设计，基于湍流碎化的原理，将大气泡碎化成微米级别的气泡，强化了传
质过程，提高了污水处理过程中对杂质的吸收速率，节省了能耗。

[0005] 在流体控制应用中，多级台阶型文丘里式气泡发生装置在各种工作条件下具有很强的鲁棒性和容错性。在机械结构方面具有结构简单、无运动部件、不依赖驱动装置等优
点，因此能够广泛应用于核电、液压系统和石油化工等领。

发明内容

[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多级台阶型文丘里式气泡发生装置。

[0007] 根据本发明提供的一种多级台阶型文丘里式气泡发生装置，包括收缩段、喉部段、导气管、扩散段；

[0008] 所述收缩段、喉部段和扩散段依次相连，导气管与喉部段垂直连接；

[0009] 扩散段由多级台阶组成，台阶根据倾斜角度分成两种，两种倾斜角度分别记为第一倾斜角度和第二倾斜角度，第一倾斜角度的台阶和第二倾斜角度的台阶交替连接形成台
阶形状。

[0010] 优选地，所述扩散段中，第一倾斜角度是第一台阶倾斜边与喉部段形成的第一夹角α，第二倾斜角度是第二台阶倾斜边与与喉部段形成的第二夹角β，多级台阶形成整体壁
面，整体壁面与第一台阶倾斜边和第二台阶倾斜边均形成第三夹角γ，第三夹角γ保持特
定角度值。

[0011] 优选地，所述特定角度值是3°。

[0012] 优选地，所述整体壁面与喉部段形成的第四夹角θ为7.5°或者10°或者12.5°。

[0013] 优选地，所述第一夹角α和第二夹角β分别为4.5°和10.5°、7°和13°、9.5°和15.5°三种组合，每种组合对应的台阶数目不相同。

[0014] 优选地，所述收缩段的进口管径与扩散段的出口内部管径长度相同。

[0015] 优选地，所述收缩段的进口管径与扩散段的出口内部管径长度均为53mm。

[0016] 优选地，所述收缩段的长度为37mm，所述喉部段的长度为50mm。

[0017] 优选地，所述喉部段贯穿四个进气孔。所述进气孔的直径为1mm。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

[0019] 1、本发明将普通文丘里鼓泡器的扩散段分为多级台阶，通过倾斜两种台阶的角度增强了文丘里鼓泡器的扩散段的湍流强度，同时可以确保抑制扩散段的空化效应带来的沿
程损失，结构简单，稳定性强，还提高了气泡在扩散段的破碎的效率效率，同时降低了能耗，
解决了文丘里鼓泡器生成气泡的尺度的问题，为化工领域的污水净化，核工程领域的裂变
气体脱出提供了技术支持。

[0020] 2、本发明扩散段的台阶型结构能够通过流体动力学控制方法，基于湍流破碎的原理使毫米级别的大气泡破碎成微米级别的小气泡。

附图说明

[0021] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0022] 图1为本发明的剖面示意图；

[0023] 图2为本发明的台阶局部角度设置示意图；

[0024] 图3为本发明的整体三维结构示意图；

[0025] 图4为本发明的实施例示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明
的保护范围。

[0027] 如图1所示，本发明的多级台阶型文丘里式气泡发生装置，包括收缩段、喉部段、导气管和扩散段，所述收缩段在图中标注为C，喉部段在图中标注为T，扩散段在图中标注为D；

[0028] 所述收缩段、喉部段和扩散段依次连接，多级台阶设计结构位于扩散段之中，所述导气管与喉部段垂直连接。

[0029] 扩散段的台阶根据倾斜角度分成两种，两种倾斜角度分别记为第一倾斜角度和第二倾斜角度，第一倾斜角度的台阶和第二倾斜角度的台阶交替连接形成台阶形状。

[0030] 如图2、图4所示，第一倾斜角度是第一台阶倾斜边D_α1与喉部段的边T形成的第一夹角α，第二倾斜角度是第二台阶倾斜边D_β1与与喉部段的边T形成的第二夹角β，多级台阶
形成整体壁面，整体壁面与第一台阶倾斜边D_α1和第二台阶倾斜边D_β1均形成第三夹角
γ，始终保持3°。

[0031] 第二倾斜角度和第二倾斜角度存在多种组合，第一夹角α和第二夹角β可以分别为4.5°和10.5°，7°和13°、9.5°和15.5°的三种组合，由此对应了不同台阶数目的扩散段的结
构。扩散段由多级台阶组成，扩散段包含数目为N的台阶，整体壁面也即为所有台阶的整体
边界集，所述整体壁面与喉部段形成的第四夹角θ为7.5°、10°或者12.5°。

[0032] 收缩段的进口管径和扩散段的出口内部管径均为53mm，喉部段的内部管径为23mm。喉部段的长度为50mm，收缩段的长度为37mm。

[0033] 如图3所示，喉部段从四个方向贯穿了四个进气孔，进气孔的直径为1mm。

[0034] 在具体实施过程中，扩散段由多级台阶组成，导气管从喉部段的喉部四个方位连接，导气管也称为支路气管，扩散段也称为文丘里管扩散段。扩散段的两种不同的倾斜角度
为α和β，角度α＝4.5°为D_α1与喉部段的边T的夹角，角度β＝10.5°为D_β1与喉部段的边T的
夹角，角度γ为整体壁面分别与D_α和D_β的夹角，始终保持3°。扩散段由多级台阶组成，扩
散段包含数目为N＝7的台阶，所有台阶的整体边界集与喉部段的夹角θ为7.5°。收缩段的进
口管径和扩散段的出口内部管径均为53mm，喉部段的内部管径为23mm。喉部段的长度为
50mm，收缩段的长度为37mm。喉部段贯穿了四个进气孔。进气孔的直径为1mm。两种不同的倾
斜角度α和β可以分别为4.5°和10.5°，由此对应了不同台阶数目的扩散段的结构。

[0035] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影
响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相
互组合。