多孔板水力空化装置及其强化效应的实验研究

论文摘要

水力空化技术是一种崭新的和前沿的水处理技术。与超声空化相比,水力空化具有反应装置简单、能耗相对小、操作方便、维护费用低、易实现规模化等优点。然而,该技术尚处于基础理论研究和实验阶段,不论在理论上,还是在实验上都存在许多问题需要去研究和解决。利用空化释放的能量对过程进行强化,是一种新的能量利用方法。空泡在液体中运动和溃灭时产生的局部高温高压、冲击波、高速射流等极端物理条件,能使在一般条件下难以实现的化学反应得以实现,可以使水分子键裂解,产生自由基。由于自由基具有很高的活性,所产生的活化效应是促进化学过程强化的根本原因。为研究水力空化装置及系统的空化特性,探求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:(1)设计建立实用有效的水力空化实验装置,利用几种不同的多洞孔板空化发生器,对水力空化装置及系统的空化特性进行了试验研究。多洞孔板的水力特性试验结果表明:增大多洞孔板的进口压力,可以增加多洞孔板的流量,从而提高孔内的平均流速,降低空化数,增强空化效果;多洞孔板下游的最大恢复压长度L=17.5dn(dn为管直径)。(2)亚甲基蓝分光光度计法,能够成功地捕捉到水力空化产生的羟自由基,是定量检测水力空化羟自由基简便易行的有效方法。(3)空化程度随空化数的减小而增强。(4)对于不同的多洞孔板在水力空化系统中存在着最佳几何参数(如孔数、孔径、面积比、板厚等)和最佳的操作运行参数(进口压力、恢复压力、流量等),通过控制孔板的几何参数和操作运行参数可以调节出较优工况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 水力空化及空蚀问题
• 1.3 课题的工程与学科背景
• 1.4 国内外研究进展
• 1.4.1 在污水处理领域的研究进展
• 1.4.2 在水解反应方面的研究进展
• 1.4.3 在细胞裂解与消毒研究领域的研究进展
• 1.4.4 其他方面的应用
• 1.4.5 国内研究进展
• 1.4.6 水力空化装置水动力特性数值模拟研究
• 1.5 存在问题与发展趋势
• 1.5.1 存在问题
• 1.5.2 发展趋势
• 1.6 课题研究意义和目的
• 第2章 水力空化基本理论
• 2.1 水力空化产生与发展
• 2.1.1 空化的产生
• 2.1.2 空化的发展
• 2.2 水力空化的特点
• 2.3 球形空泡溃灭理论—雷利理论
• 2.4 研究空化的几个无因次数
• 2.4.1 水流空化数
• 2.4.2 初生空化数
• 2.5 水力空化初生的影响因素
• 2.6 空化水射流的主要化学效应
• 2.6.1 直接解热
• 2.6.2 自由基氧化
• 2.6.3 超临界水氧化
• 第3章 多孔板水力空化装置设计
• 3.1 水力空化反应器工作原理
• 3.1.1 孔口出流
• 3.1.2 管嘴出流
• 3.2 水力空化反应器设计
• 3.3 水力空化装置
• 3.3.1 水力空化装置组成
• 3.3.2 主要试验仪器
• 第4章 水力空化空化数影响因素的研究
• 4.1 多洞孔板的进口压力与空化数关系的试验
• 4.1.1 进口压力与空化数的关系
• 4.1.2 流量与空化数的关系
• 4.1.3 流速与空化数的关系
• 4.2 结构参数与空化数关系
• v 的关系'>4.2.1 面积比 β 与空化数 C_v的关系
• n与空化数 C_v 的关系'>4.2.2 δ/d_n与空化数 C_v的关系
• 4.3 多洞孔板下游的压力变化和最大恢复压位置的试验
• 4.4 多洞孔板对水温影响的试验
• 4.5 本章小结
• 第5章 水力空化自由基的检测与分析
• 5.1 水力空化强化效应的机理
• 5.2 空化羟自由基检测方法
• 5.2.1 羟自由基捕捉剂
• 5.2.2 检测方法
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 试验内容
• 5.3.2 实验过程
• 5.3.3 亚甲基蓝溶液浓度对羟自由基产量的影响
• 5.3.4 对比实验
• 5.4 实验结果及影响因素分析
• 5.4.1 水流空化数的影响
• 5.4.2 修正空化数的影响
• 5.4.3 操作参数的影响
• 5.4.4 结构参数的影响
• 5.5 本章小结
• 结论及建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录B 攻读学位期间参加科研情况