| 【部分正文預覽】 |
空化技術是一種水處理新技術,根據空化產生的方法一般可以分為四種類型: ①超聲空化; ②水力空化; ③光空化; ④粒子空化。其中,水力空化為水處理研究學者關注的熱點領域之一。
1 水力空化技術
水力空化現象是由流動的液體經某一水力空化器(如孔板)而產生的。當液體通過孔板時,由于受到孔板的阻流作用,流速劇增,壓力驟減,當壓力降至空化初生壓(一般為相應溫度下的飽和蒸汽壓)時就會產生大量的空化泡。隨后液體噴射擴張,壓力值逐步恢復,空化泡瞬間破滅,從而產生空化。空化發展的過程可以分為以下四個階段[ 1 ] : ①初始空化階段。在該階段只有極微小的氣泡出現,邊界層也沒有明顯的分離現象; ②片狀空化階段。這時空化數降低,開始出現連續氣相,從外形上看氣相呈片狀形態分布; ③云狀空化階段。空化數進一步降低,出現大量空化泡,其形態呈大團白霧狀; ④超空化階段。它是空化泡發展的最后階段,壓力降至極低后開始恢復,充分發展的空化泡隨著壓力的恢復而突然潰滅。空泡潰滅是一個極其復雜的物理過程,至于為何在潰滅時能夠產生如此高的能量,目前尚缺乏較權威性的解釋。一般都是將多個空化泡視為泡群來研究,進而建立了空泡群潰滅過程的三個模型[ 2 ] : ①單個空化泡潰滅的沖擊波由于泡群作的疊加而形成一個高強度的破壞性沖擊波; ②多個空化泡同時發生潰滅構成一個巨大的沖擊波; ③基于能量傳遞的觀點,潰滅的空泡將能量傳遞給未破裂的空泡,能量的積累將會產生更大能量的釋放。外部空泡的破裂導致其周圍局部壓力增加,這個壓力使空泡群內部空泡破裂。因此,單個空泡的潛在破壞性或潰滅壓力沿空泡群中心逐漸增加。第三種模型更適于解釋現有的空泡潰滅時的情形。蔡悅斌等[ 3 ]研究發現,在柔性和剛性壁面附近,空化泡的潰滅形態也是不同的。在自由液面附近,空化泡與自由液面的相互作用是很明顯的,當空化泡潰滅時泡面有加速射流形成,自由液面有顯著的突起,泡心下移,有遠離自由面的趨勢。在固壁面附近,空化泡在潰滅時將形成柱狀射流,射流方向指向壁面,泡心下移,有靠近固壁面的趨勢,同時空泡離壁面較遠處形成的射流較強,因為此時泡的射流形成較為完整,能量可集中于射流部分。可見在空泡離固壁面遠時,液體將緩和射流沖擊,破壞作用反而小,而近時破壞作用要大一些,這一點可以解釋空泡對固體表面的剝蝕現象。 |
