流體力學(xué)關(guān)于空化射流的演示稿課件

空化射流處理有機(jī)廢水以及我的一些猜想江鴻賓張純珍空化射流的定義：空化射流是一種處理效率高、操作簡單的有機(jī)廢水處理新技術(shù),人為地在射流流束內(nèi)產(chǎn)生許多空泡，然后利用空泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的局部高溫高壓降解有機(jī)物,其能量利用率比超聲空化處理更高。1空化射流的原理空化射流的原理簡單地說就是在液體射流內(nèi)誘使空化發(fā)生并讓空泡長大,當(dāng)這些空泡隨射流到達(dá)絕對(duì)壓力大于液體飽和蒸氣壓的區(qū)域(高壓區(qū))時(shí),空泡就潰滅,即空泡的“內(nèi)爆”。在一定條件下,2個(gè)區(qū)域的壓力低于氣核穩(wěn)定所需的必需壓力,氣核生長并迅速形成大的充滿蒸氣的空化氣泡?？栈瘹馀蓦S流體流出這個(gè)區(qū)域時(shí),由于壓力突然增大,氣泡潰滅,從而產(chǎn)生空化效應(yīng)?？张轁缒墚a(chǎn)生瞬時(shí)局部的高溫高壓并形成強(qiáng)烈的沖擊波和微射流,因此,空泡的潰滅伴隨著巨大能量的瞬時(shí)爆發(fā)。Hammit通過計(jì)算和實(shí)測得出游移型空泡潰滅時(shí),近壁處微射流速度可達(dá)70～180m/s,在物體表面產(chǎn)生的沖擊力可高達(dá)140～170MPa,微射流直徑約為2～3μm,表面受到微射流沖擊次數(shù)約為100～1000次/(s·cm2),沖擊脈沖作用時(shí)間每次只有幾微秒。2空化射流處理有機(jī)廢水的機(jī)理空泡潰滅能產(chǎn)生局部的高溫高壓、強(qiáng)烈的沖擊波和高速微射流,這為在常溫常壓條件下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特殊的物理化學(xué)環(huán)境。在這樣的環(huán)境下,空化射流降解有機(jī)物的主要途徑有直接熱分解、自由基反應(yīng)、超臨界水氧化作用等。Nepprias指出空泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的最大理論壓力Pmax和最大理論溫度Tmax由左式計(jì)算得到。式中Pg0為水的蒸汽壓,Pamb為圍壓,k為空泡內(nèi)氣體的比熱比。Yong計(jì)算得出,當(dāng)圍壓是1atm,水的蒸汽壓是0.01atm時(shí),空泡潰滅后產(chǎn)生的最高壓力是1.2×104atm,最高溫度是10000K,而suslick計(jì)算得出泡內(nèi)熱點(diǎn)溫度為5200士500K,泡壁上的溫度約為1900K,泡內(nèi)壓力為50MPa以上。這樣的極端條件能促使水中溶質(zhì)分解并釋放OH·和H·自由基。在有氮?dú)獯嬖跁r(shí),分解反應(yīng)如下:N2→2N·HO·+N·→NO+H·HO·+NO→HNO2HO·+NO→NO2+H·2H2O+H2O2→HNO2+HNO3H·+N·→NHNH+NH→N2+H2O2+N·→NO+O·超臨界水氧化水的臨界點(diǎn)條件為Tc=647K,Pc

=221Par,因此在空泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓已經(jīng)超過了水的臨界點(diǎn)。據(jù)Hua等人的估算,空泡潰滅時(shí)水體中的超臨界水約占超聲波輻照水的0.15%。超臨界水的介電常數(shù)下降,對(duì)電荷的屏蔽作用消失,具有非極性物質(zhì)的性質(zhì),是非極性有機(jī)物良好的溶劑,因此在化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)下能存在含有均相混合物的單相態(tài),消除高溫高壓下化學(xué)反應(yīng)的相間轉(zhuǎn)移,迅速提高氧化速度。超臨界水對(duì)有機(jī)物的氧化反應(yīng)過程如下：有機(jī)物+[O2]→CO2+H2O有機(jī)化合物的雜原子→酸、鹽、氧化物、N2等酸+氧化物+NaOH→無機(jī)物+H2O空化數(shù)σ是抑制空化產(chǎn)生的力與促使空化出現(xiàn)的力之間的比值,它表征了流場中是否出現(xiàn)空化和空化的程度。空化數(shù)越大,流場越不容易空化,反之,越容易產(chǎn)生空化,因此,空化數(shù)和有機(jī)物的降解能力有密切聯(lián)系。增加射流的噴嘴出口速度、降低環(huán)境壓力均可減小射流空化數(shù),增強(qiáng)射流的空化程度。KumarandPandit認(rèn)為當(dāng)空化數(shù)小于1.0時(shí)才出現(xiàn)空化現(xiàn)象,SenthilKumar等采用空化射流降解KI溶液的研究表明在某一空化數(shù),降解速率會(huì)出現(xiàn)一峰值,即應(yīng)該存在一個(gè)最佳的空化數(shù)。幾個(gè)有待于解決的問題：1影響空化效應(yīng)的因素還需要進(jìn)一步的探討和研究。2實(shí)際有機(jī)廢水成分復(fù)雜,