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多孔板水力空化装置及其强化效应的实验研究

作　者: 邓洁
导　师: 许仕荣；陈文
学　校: 湖南大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 水力空化羟自由基多孔板空化数孔板几何参数强化效应
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 135次
引　用: 3次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-23
  1.1 概述  11-12
  1.2 水力空化及空蚀问题  12-14
  1.3 课题的工程与学科背景  14-15
  1.4 国内外研究进展  15-20
    1.4.1 在污水处理领域的研究进展  15-16
    1.4.2 在水解反应方面的研究进展  16
    1.4.3 在细胞裂解与消毒研究领域的研究进展  16-18
    1.4.4 其他方面的应用  18
    1.4.5 国内研究进展  18-20
    1.4.6 水力空化装置水动力特性数值模拟研究  20
  1.5 存在问题与发展趋势  20-21
    1.5.1 存在问题  20-21
    1.5.2 发展趋势  21
  1.6 课题研究意义和目的  21-23
第2章水力空化基本理论  23-29
  2.1 水力空化产生与发展  23
    2.1.1 空化的产生  23
    2.1.2 空化的发展  23
  2.2 水力空化的特点  23-24
  2.3 球形空泡溃灭理论—雷利理论  24
  2.4 研究空化的几个无因次数  24-26
    2.4.1 水流空化数  24-25
    2.4.2 初生空化数  25-26
  2.5 水力空化初生的影响因素  26-27
  2.6 空化水射流的主要化学效应  27-29
    2.6.1 直接解热  27
    2.6.2 自由基氧化  27
    2.6.3 超临界水氧化  27-29
第3章多孔板水力空化装置设计  29-37
  3.1 水力空化反应器工作原理  29-32
    3.1.1 孔口出流  30
    3.1.2 管嘴出流  30-32
  3.2 水力空化反应器设计  32-33
  3.3 水力空化装置  33-37
    3.3.1 水力空化装置组成  33-36
    3.3.2 主要试验仪器  36-37
第4章水力空化空化数影响因素的研究  37-46
  4.1 多洞孔板的进口压力与空化数关系的试验  37-41
    4.1.1 进口压力与空化数的关系  37-40
    4.1.2 流量与空化数的关系  40
    4.1.3 流速与空化数的关系  40-41
  4.2 结构参数与空化数关系  41-43
    4.2.1 面积比 β 与空化数 C_v 的关系  41-42
    4.2.2 δ/d_n与空化数 C_v 的关系  42-43
  4.3 多洞孔板下游的压力变化和最大恢复压位置的试验  43-44
  4.4 多洞孔板对水温影响的试验  44-45
  4.5 本章小结  45-46
第5章水力空化自由基的检测与分析  46-62
  5.1 水力空化强化效应的机理  46
  5.2 空化羟自由基检测方法  46-50
    5.2.1 羟自由基捕捉剂  47
    5.2.2 检测方法  47-50
  5.3 实验方法  50-53
    5.3.1 试验内容  51
    5.3.2 实验过程  51
    5.3.3 亚甲基蓝溶液浓度对羟自由基产量的影响  51-52
    5.3.4 对比实验  52-53
  5.4 实验结果及影响因素分析  53-61
    5.4.1 水流空化数的影响  53-55
    5.4.2 修正空化数的影响  55
    5.4.3 操作参数的影响  55-58
    5.4.4 结构参数的影响  58-61
  5.5 本章小结  61-62
结论及建议  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  68-69
附录B 攻读学位期间参加科研情况  69

多孔板水力空化装置及其强化效应的实验研究

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