CN117819657A - 一种高效对撞式多相空化发生装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种净化各类液体内部杂质的高效对撞式多相空化发生装置及加工方法，空化破壁池内部设置传动轴、大锥齿轮、第一中间传动锥齿轮、小锥齿轮、第二中间传动锥齿轮、两个双动盘体和多个电磁线圈，大锥齿轮和小锥齿轮均同轴固定套在传动轴上，两个结构相同的圆锥状的双动盘体相对于小锥齿轮对称布置，每个双动盘体均由外锥形动盘体和内锥形动盘体组成，外锥形动盘体内部同轴心套着内锥形动盘体，之间的间隙构成与双动盘体入水口相通的水流通道；将加入磁粉的待破壁液体注入空化破壁池中，淹没第一电磁线圈和第二电磁线圈，高压水泵和高速驱动电机工作，待破壁液体从液体循环入口同时喷向两个双动盘体，形成对称的对撞水流，产生空化。

Description

一种高效对撞式多相空化发生装置及加工方法

技术领域

本发明涉及属于空化效应技术领域，具体是一种空化发生器，用于不同应用场景净化各类液体内部的杂质。

背景技术

随着社会发展和科技进步，人们对于液体内部杂质处理的需求不断增加。在工业废水处理中，液体含有各种复杂的微小颗粒和化学成分，传统处理设备难以彻底净化，导致环境污染和资源浪费。在家庭生活中，对污水的处理要求也在不断提高，需要更加高效、智能的液体处理方式。因此，迫切需要一种创新性的液体除杂装置，能够高效得去除各类液体中的杂质，提高处理速度，降低成本，适应不同应用场景的需求。

空化技术作为一种创新的液体处理方法，以其高效净化效果、微射流清洗、环保可持续、低能耗、适应性强和高效能杂质分解等多重优点而受到广泛关注。通过引发空化效应，产生大量空泡并形成空泡云，空泡云在集中溃灭时释放出高温高压和微射流，迅速而彻底地破碎浑浊液体中的微小颗粒和杂质，实现了高效的净化效果。同时，产生的微射流具有极强的清洗作用，深入到微小区域进行高速清除，提高了处理的全面性和深度。空化技术的环保可持续性得益于其无需额外添加化学药剂，依赖于自身的物理效应，从而减少了对外部环境的污染。其低能耗、适应性强的特点使得空化技术在不同液体处理场景中具有显著的优势。综合而言，空化技术为去除浑浊液体内部杂质提供了一种高效、环保、低成本的解决方案。

旋转式水力空化装置凭借着空化技术在工业和科学应用中已经得到广泛使用，其具有空化效果好，空化强度可控等系列优势。然而，现有技术存在的水力空化装置仍存在空化区域范围小、流动性待提高以及复杂工况下稳定性差等一系列问题。

中国专利公开号为CN111229074A，名称为“一种旋转齿筒式水力空化器”的文献中提出的旋转式水力空化器包括驱动机构、静筒和转筒，通过转筒选择实现自动吸料，液流通过径向齿间间隙的节流层受到节流剪切作用，在轴向齿间及径向齿间得以释放，形成空泡后溃灭，增强物流的对流性以及提高处理效率。然而圆筒转子转动惯量较大，降低了能量利用效率导致空化效果不理想。中国专利公开号为CN115504529A，名称为“一种高效空化破壁发生装置”的文献中提出的由喷嘴、喷嘴底盘和动盘体组成的空化破壁装置中通过动盘体高速旋转，使高压液体经过喷嘴流向动盘体的凹槽时产生离心力，提高液体在动盘体的半径方向的空化效率，但是底盘和动盘体表面之间的间隙较大时会使得动盘体表面部分的界面流体未经空化而直接流出，导致参与空化的流体比例降低，空化区域范围小。

发明内容

本发明的目的是为解决传统旋转式水力空化器存在的空化区域小，流动性待提高等一系列问题，提高其性能和应用范围，提出了一种新型的高效对撞式多相流空化发生装置及其加工方法，通过改变动盘结构，提高流体在对撞点的对撞效果，从而增加空化效率。

为实现上述目的，本发明一种高效对撞式多相空化发生装置采用的技术方案是：具有一个封闭的空化破壁池，空化破壁池内部设置传动轴、大锥齿轮、第一中间传动锥齿轮、小锥齿轮、第二中间传动锥齿轮、两个双动盘体和多个电磁线圈，大锥齿轮和小锥齿轮均同轴固定套在传动轴上，两个结构相同的第一中间传动锥齿轮对称布置在传动轴的两侧且在靠近小锥齿轮这一侧均与大锥齿轮相啮合；两个结构相同的第二中间传动锥齿轮对称布置在传动轴的两侧且在靠近大锥齿轮这一侧与小锥齿轮相啮合；空化破壁池的外部设置有高速驱动电机，高速驱动电机的输出轴与传动轴同轴固定连接，两个结构相同的圆锥状的双动盘体相对于小锥齿轮对称布置，顶部是双动盘体入水口，每个双动盘体均由外锥形动盘体和内锥形动盘体组成，外锥形动盘体是中空的圆锥体，内部同轴心套着内锥形动盘体，之间的间隙构成与所述的双动盘体入水口相通的水流通道，水流通道的截面全部相等；在每个外锥形动盘体的底部外侧表面开有一圈齿槽，该齿槽与同一侧的第一中间传动锥齿轮相啮合；内锥形动盘体的底部中心和同一侧的第二中间传动锥齿轮的中心轴固定连接在一起；空化破壁池底部设有两个液体循环入口，顶部侧壁设有两个液体注入口，液体循环入口各自经同侧的一个高压水泵连接同侧的双动盘体入水口；大锥齿轮和空化破壁池顶部之间的空间设置对称布置在传动轴两侧的第一电磁线圈和第二电磁线圈，两个第二中间传动锥齿轮和传动轴之间的空间设置对称布置在传动轴两侧的第三电磁线圈和第四线圈，小锥齿轮和空化破壁池底部之间的空间设置对称布置在传动轴两侧的第五电磁线圈和第六电磁线圈。

本发明一种高效对撞式多相空化发生装置的加工方法采用的技术方案是：

将加入磁粉的待破壁液体从液体注入口注入空化破壁池中，淹没第一电磁线圈和第二电磁线圈；

高压水泵和高速驱动电机工作，待破壁液体从液体循环入口同时喷向两个双动盘体，两个双动盘体同时旋转，离心力和流体动力将液体带出，形成对称的对撞水流，产生空化。

进一步地，第三电磁线圈和第四线圈同时断电，第一电磁线圈、第二电磁线圈、第五电磁线圈和第六电磁线圈同时通电吸附磁粉，使得磁粉从中间往四周移动；第一电磁线圈、第二电磁线圈、第五电磁线圈和第六电磁线圈同时断电，第三电磁线圈和第四电磁线圈同时通电吸附磁粉，磁粉从四周往中间移动；循环调整通电与断电状态

本发明和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：

(1)本发明采用左右对称的双动盘体结构，利用双动盘体结构对撞式产生空化效应对液体除杂，在流出端实现对撞效果。通过动盘体在水平方向上的结构和凹槽设计对称，双动盘体同时高速旋转，形成相对对称的水流形状，携带着在动盘体内空化形成的气泡，在液体流出后区域对撞继续产生空化，这种对称方式确保了对撞效果的均匀性，全面地处理液体，进一步提高了清洁和处理效果。对撞的优势在于增加动能和压力，使得在对撞区域产生更强烈的物理效应，有助于更彻底地破壁和除杂，提高了液体处理的效率。此外，双动盘体通过采用锥齿轮带动旋转，并使两侧旋转方向相反，引起液体中的涡流，增加了液体的搅拌效应。双动盘结构相向旋转时，液体在两侧的碰撞速度更高，可能导致更强烈的物理效应，如局部的高温、高压和冲击波，从而提高了液体处理的效率和效果。

(2)本发明通过加入电磁线圈相互通电使得磁粉从四周到中间往返运动，经过空化对撞区域实现液固气三相相互作用。当磁粉经过空化对撞区域时，由于流体的动力学作用和磁场的影响，磁粉颗粒在流体中受到更强烈的相互作用，有助于产生更多的涡流和搅拌效应。电磁线圈的作用可以通过改变磁场的强度和方向来调控磁粉在流体中的运动使其更为可控和定制。液体、空泡和磁粉颗粒之间发生固液气三相更强烈的相互作用，提高空化效率增加杂质分解的效率，使液体的净化和处理效果更好。

(3)本发明采用锥形结构的双动盘设计，充分利用了双动盘高速旋转产生的离心力，相较于传统的结构更有效地引导液体流动，增强了液体的离心分离效果。锥形结构的设计使得双动盘之间的通道间距更易调整，提高了对不同条件下液体的灵活处理能力。多级凹凸槽设计产生更高效的空化效应，实现了优化的破壁和除杂过程。与传统单动盘结构相比，双动盘在对撞过程中能够更加有效地产生离心力，加强液体的离心效应，提高了离心分离效果。锥形空化转子的运用进一步提高了空化面积的利用率，扩大了空化区域范围。

(4)本发明的动盘表面采用沿母线方向的水流通道由动盘体顶部到底部时宽度逐渐减小，深度从顶部到底部逐渐减小，长度从顶部到底部逐渐减小。由于动齿的高速旋转，液体受到惯性离心力的作用，速度由动盘体顶部到底部呈递增趋势，通过将母线方向水流通道的宽度从大到小的设计，可以实现液体在流动过程中宽度逐渐减小的效果导致流体速度的增加，从而增强了动能。有助于在空化对撞区域形成更强烈的液体运动和碰撞，在流体通过变截面的母线方向水流通道流道时，会产生负压区域，促使空化效果的发生，这些负压区域在空化对撞区域形成气泡，从而对液体中的杂质进行破碎和分解。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明一种高效对撞式多相空化发生装置的整体结构示意图；

图2是图1中双动盘体中液体流出产生对撞效果示意图；

图3是图1中双动盘体的结构放大图；

图4图3中双动盘体的内部结构放大图；

图5是图4双动盘体上母线方向水流通道的局部剖面放大图以及产生空化示意图；

图6是图4双动盘体上圆周方向通道凹槽的局部剖放大面以及产生空化示意图。

附图标记说明：1.第一高压水泵；2.空化破壁池；3.空化发生器；4-1.第一电磁线圈；4-2.第二电磁线圈；4-3.第三电磁线圈；4-4.第四电磁线圈；4-5.第五电磁线圈；4-6.第六电磁线圈；5.高速驱动电机；6.液体注入口；7.传动轴；8-1.大锥齿轮；8-2.第一中间传动锥齿轮；9-1.小锥齿轮；9-2.第二中间传动锥齿轮；11.第二高压水泵；12.液体排出口；13.第一液体循环入口；14.第二液体循环入口；15.双动盘体入水口；16.外锥形动盘体；17.内锥形动盘体；18.引流锥体；19.锥体环形凹槽三；20.锥体环形凹槽二；21.锥体环形凹槽一；22.母线方向水流通道；23.母线方向水流通道凹槽一；24.母线方向水流通道凹槽二；25.母线方向水流通道凹槽三；26.母线方向水流通道凹槽四；27.母线方向水流通道凹槽一产生的空化气泡群；28.母线方向水流通道凹槽二产生的空化气泡群；29.母线方向水流通道凹槽三产生的空化气泡群；30.母线方向水流通道凹槽四产生的空化气泡群；31.圆周方向水流通道一；32.圆周方向水流通道二；33.圆周方向水流通道三；34.圆周方向凹槽；35.外锥形动盘体内表面凸体；36.凸体与圆周方向凹槽配合产生的空化气泡群；37.磁粉；38.动盘体内产生的空化气泡群。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种高效对撞式多相空化发生器装置具有一个封闭的空化破壁池2，在封闭的空化破壁池2内部设置空化发生器，空化发生器包括传动轴7、大锥齿轮8-1、第一中间传动锥齿轮8-2、小锥齿轮9-1、第二中间传动锥齿轮9-2、双动盘体3和多个电磁线圈。大锥齿轮8-1和小锥齿轮9-1均同轴固定套在传动轴7上，大锥齿轮8-1的外径大于小锥齿轮9-1的外径。两个结构相同的第一中间传动锥齿轮8-2相对于传动轴7对称布置，两个第一中间传动锥齿轮8-2的中心轴与大锥齿轮8-1和传动轴7的中心轴相垂直，垂直且对称布置在传动轴7的两侧，并且在靠近小锥齿轮9-1这一侧均与大锥齿轮8-1相啮合。同理，两个结构相同的第二中间传动锥齿轮9-2与传动轴7相垂直且对称布置在传动轴7的两侧，并且在靠近大锥齿轮8-1这一侧与小锥齿轮9-1相啮合。第一中间传动锥齿轮8-2和第二中间传动锥齿轮9-2位于大锥齿轮8-1和小锥齿轮9-1之间。第一中间传动锥齿轮8-2和第二中间传动锥齿轮9-2之间留有距离，相互不接触。由此，大锥齿轮8-1和两个第一中间传动锥齿轮8-2相啮合成U形结构，小锥齿轮9-1和第二中间传动锥齿轮9-2相啮合成U形结构，两个U形结构的开口正对。

在空化破壁池2的外部设置有高速驱动电机5，高速驱动电机5的输出轴与空化破壁池2内部的传动轴7同轴固定连接，带动传动轴7旋转，从而使大锥齿轮8-1带动两个第一中间传动锥齿轮8-2同时旋转、小锥齿轮9-1带动两个第二中间传动锥齿轮9-2旋转

双动盘体3有两个，两个双动盘体3结构相同，均为圆锥状，相对于传动轴7和小锥齿轮9-1对称布置在两侧，并且两个双动盘体3的中心轴与两个第二中间传动锥齿轮9-2的中心轴共线，与同侧的第二中间传动锥齿轮9-2同轴固定连接在一起。

每个双动盘体3由外锥形动盘体16和内锥形动盘体17组成，内锥形动盘体17有间隙地同轴心套在外锥形动盘体16内，内锥形动盘体17的外侧表面和外锥形动盘体16内侧表面之间的间隙构成水流通道。外锥形动盘体16和内锥形动盘体17均呈圆锥状，圆锥状的顶部靠近空化破壁池2内壁，远离第二中间传动锥齿轮9-2，圆锥状的底部靠近第二中间传动锥齿轮9-2。

外锥形动盘体16是中空的圆锥体，内部套着内锥形动盘体17，内锥形动盘体17是实心的圆锥体，内锥形动盘体17的外侧表面面对着外锥形动盘体16的内侧表面。在每个外锥形动盘体16的底部外侧表面开有一圈齿槽，该齿槽与同一侧的第一中间传动锥齿轮8-2相啮合，也就是第一中间传动锥齿轮8-2同时啮合外锥形动盘体16和大锥齿轮8-1，带动大锥齿轮8-1同时转动。内锥形动盘体17的底部中心向第二中间传动锥齿轮9-2的中心延伸，同一侧的内锥形动盘体17和第二中间传动锥齿轮9-2同轴心固定连接在一起，由第二中间传动锥齿轮9-2带动内锥形动盘体17同轴旋转。

大锥齿轮8-1在小锥齿轮9-1的上方，小锥齿轮9-1套在传动轴7的底部，两个第二中间传动锥齿轮9-2在两个双动盘体3之间，两个双动盘体3在同侧的第一中间传动锥齿轮8-2的下方。传动轴7、大锥齿轮8-1和小锥齿轮9-1的中心轴垂直布置且共线。第一中间传动锥齿轮8-2、两个第二中间传动锥齿轮9-2以及两个双动盘体3的中心轴水平布置。

当高速驱动电机5工作时，带动大锥齿轮8-1和小锥齿轮9-1旋转，大锥齿轮8-1旋转带动两个第一中间传动锥齿轮8-2，两个第一中间传动锥齿轮8-2带着两个外锥形动盘体16旋转；小锥齿轮9-1旋转带动两个第二中间传动锥齿轮9-2旋转，两个第二中间传动锥齿轮9-2带着内锥形动盘体17旋转。并且，两个内锥形动盘体17的旋转方向相反，两个外锥形动盘体16的旋转方向相反。

空化破壁池2底部设有两个液体循环入口13、14和两个液体排出口12，空化破壁池2的顶部侧壁设有两个液体注入口6，加入了磁粉37的待破壁液体从液体注入口6注入空化破壁池2中，淹没所述的空化发生器。第一液体循环入口13、第二液体循环入口14分别经各自的管道连接同侧的双动盘体3的对应的双动盘体入水口15，在各自的管道上各安装一个高压水泵，分别是第一高压水泵1和第二高压水泵11。每个双动盘体3的顶部是双动盘体入水口15，这样，每个双动盘体3的双动盘体入水口15各通过相应的管道和一个高压水泵1、11连接同一侧的一个液体循环入口13、14，高压水泵1、11同时工作时，加入了磁粉37的待破壁液体从空化破壁池2泵入对应的双动盘体入水口15中。

如图2所示，在空化破壁池2的四周和中端对撞空化区域内安装有六个电磁线圈，分别是第一电磁线圈4-1、第二电磁线圈4-2、第三电磁线圈4-3、第四电磁线圈4-4，第五电磁线圈4-5和第六电磁线圈4-6，这六个电磁线圈间隔通电和断电，在液体中形成磁场能够改变液体中磁粉37的分布和运动方式。当磁粉37经过空化对撞区域时，由于流体的动力学作用和磁场的影响，磁粉37颗粒能够在流体中受到更强烈的相互作用。在大锥齿轮8-1和空化破壁池2顶部之间的空间设置第一电磁线圈4-1和第二电磁线圈4-2，第一电磁线圈4-1和第二电磁线圈4-2对称布置在传动轴7的两侧。在两个第二中间传动锥齿轮9-2和传动轴7之间的空间设置第三电磁线圈4-3和第四电磁线圈4-4，第三电磁线圈4-3和第四电磁线圈4-4对称布置在传动轴7的两侧。在小锥齿轮9-1和空化破壁池2底部之间的空间设置第五电磁线圈4-5和第六电磁线圈4-6，第五电磁线圈4-5和第六电磁线圈4-6对称布置在传动轴7的两侧。左右对称的双动盘体3同时高速旋转时，形成相对对称的水流形状，并携带在双动盘体3内形成的气泡，对撞效果在液体流出后的区域得以持续，形成空化气泡群38，通过六个电磁线圈的配合以实现固液气三相相互作用。当第三电磁线圈4-3和第四电磁线圈4-4同时断电，使其不产生磁场，其它的第一电磁线圈4-1、第二电磁线圈4-2、第五电磁线圈4-5和第六电磁线圈4-6同时通电吸附磁粉37，能使得电磁磁粉37从中间往四周移动。接着第一电磁线圈4-1、第二电磁线圈4-2、第五电磁线圈4-5和第六电磁线圈4-6同时断电，第三电磁线圈4-3和第四电磁线圈4-4同时通电吸附磁粉37，能使得磁粉37从四周往中间移动，经过空化对撞区域实现液固气三相相互作用。当第一电磁线圈4-1、第二电磁线圈4-2、第五电磁线圈4-5和第六电磁线圈4-6同时通电吸附磁粉37，接着在中间的第三电磁线圈4-3、第四电磁线圈4-4同时被断电，磁粉37从中间往四周移动，经过空化对撞区域实现液固气三相相互作用。这种相互作用可以导致更复杂的流体行为，产生更多的涡流和搅拌效应。通过液固气相互作用，促使气体均匀混合于液体中，增强气液相互作用效果。根据需要，循环调整第一电磁线圈4-1、第二电磁线圈4-2、第五电磁线圈4-5、第六电磁线圈4-6和第三电磁线圈4-3、第四电磁线圈4-4的通电与断电状态，以优化固液气三相相互作用效果。电磁线圈的作用可以通过改变磁场的强度和方向来调控磁粉37在流体中的运动，使空化更为可控和定制。通过引入磁场和磁粉37，对撞区域的物理特性能够发生变化，有助于增加杂质分解的效率，使液体的净化和处理效果更好。

圆锥状的双动盘体3的顶端是液体流入端，底端是流出端，在流出端实现对撞效果。两个双动盘体3高速旋转并在流出端形成相对对称的水流形状，由于旋转方向相反，形成的水流在流出端发生对撞效果，产生动能和压力的增加。

如图3所示，双动盘体入水口15、外锥形动盘体16与内锥形动盘体17三者的中心轴共线，三者之间形成待破壁液体的水流通道。外锥形动盘体16和内锥形动盘体17，除了靠近双动盘体入水口15流入端和靠近底端是流出端的这两段之外，外锥形动盘体16的内侧表面与内锥形动盘体17的外表面之间从锥顶部到底部的间隙相等，即水流通道的截面全部相等。外锥形动盘体16的内侧表面与内锥形动盘体17的外侧表面之间的水流通道的间隙，在靠近双动盘体入水口15流入端和靠近底端是流出端的这两段之间设定一段距离，这两段距离之间的水流通道的间隙大于其他水流通道的间隙，也就是流入和流出的一段水流通道的间隙要大。

如图4所示，内锥形动盘体17的顶部形成一个引流锥体18，引流锥体18正对着双动盘体入水口15。经引流锥体18的引流，从双动盘体入水口15来的待破液体进入到双动盘体3之间的通道产生空化。在引流锥体18的侧壁上，从顶部到底部的方向上开设有三个环形凹槽，依次为锥体环形凹槽三19、锥体环形凹槽二20和锥体环形凹槽一21。这三个环形凹槽沿内锥形动盘体17的中心轴向上等间隔地排列，且相互平行布置。从顶部到底部，这三个环形凹槽的槽深度逐渐减小，沿从顶部到底部水流方向的长度逐渐变短，形成逐渐递减的结构。待破壁液体经引流锥体18引流时，顺序进入这三个环形凹槽，在三个环形凹槽发散间隙处形成负压，当负压达到一定极限值时，产生空化现象，导致发散间隙处形成气泡，这些气泡随液体的流动逐渐膨胀，并在流动中最终破裂，形成高压、高温、强大的冲击波和高速微射流，对待破壁液体进行破壁。在待破壁液体从顶部到底部沿着轴向向下进行流动时，依次经过这三个不同深度的环形凹槽，每当浑浊液体流经一个环形凹槽时，由于流动方向和速度的突然变化，会在局部形成漩涡，引发液体质点之间、质点与固体壁面之间的相互碰撞和剧烈摩擦，从而产生压力损失。在环形凹槽发散间隙处形成负压区，当这一区域内的压力低于流体介质的饱和蒸汽压时，会产生大量气泡。液体携带着这些气泡流出环形凹槽时，压力逐渐增大，气泡也逐渐发育并溃灭，形成高温、高压、高速的水射流，从而对液体内部杂质进行粉碎和分解。

锥体环形凹槽三19的体积空间最大，形成时低压区域面积最大，而高压区域面积最小，从而引发大量的空化气泡群，这些空化气泡群随着水流向高压区域移动，在短时间内集体成长、发育、坍塌和溃灭，释放出大量能量，有效地对液体内部较大、坚固的无机物和有机物进行破碎和分解。经过空化处理后的液体继续沿引流锥体18流经锥体环形凹槽二20，由于动能的损失，液体的流速减缓，为确保负压区内的压力值低于液体介质的饱和蒸汽压，设计锥体环形凹槽二20的深度浅于锥体环形凹槽三19，使其沿水流流动方向的长度小于锥体环形凹槽三19的长度，这样形成的负压区体积较小，产生的空化气泡群规模稍小，但仍能在溃灭时释放的能量对液体内部残留杂质进行再次空化和分解。经锥体环形凹槽二20空化处理后的液体继续流向后方的锥体环形凹槽一21，在这一阶段，由于流动与失压的作用，液体流速进一步减缓。为了保持负压区的压力达到液体饱和蒸汽压，设计锥体环形凹槽一21的深度浅于锥体环形凹槽二20的深度，使其沿水流流动方向的长度小于锥体环形凹槽二20的长度，这样形成的负压区体积更小，空化气泡群释放的能量再次对液体进行空化和分解。经过三次空化处理后的液体最终流入双动盘体3的通道中。

如图4所示，在内锥形动盘体17的外侧表面上，从引流锥体18的底部直至内锥形动盘体17的底部，即水流从前到后的母线方向上，沿圆周方向等间隔地均匀设置了多个相同的母线方向水流通道22，每个母线方向水流通道22沿从前到后的母线方向上的长度逐渐减小，深度逐渐减小，宽度逐渐减小，水流截面也逐渐减小。由于内锥形动盘体17的高速旋转，液体受到惯性离心力的作用，速度由顶部到底部呈递增趋势，通过将母线方向多个相同的母线方向水流通道22的横截面从大到小的设计，可以实现液体在流动过程中截面积逐渐减小的效果导致流体速度的增加，从而增强了动能。有助于在空化对撞区域形成更强烈的液体运动和碰撞。在流体通过母线方向的变截面流道时，会产生负压区域，促使空化效果的发生，这些负压区域在空化对撞区域形成气泡，从而对液体中的杂质进行破碎和分解。由于水流通道的变化，液体会受到离心作用，流速的增加和离心效应的增强有助于在空化对撞区域形成更强烈的液体运动和碰撞。在流体通过长度变化的母线方向水流通道22时会产生负压区域，促使空化效果的发生。这些负压区域在空化对撞区域形成气泡，从而对液体中的杂质进行破碎和分解。深度变化的母线方向水流通道22设计导致液体流动方向和速度的突然变化，从而形成涡流和搅拌效应。

在每个母线方向水流通道22的底面中间，沿母线方向又开多个不同深度和长度的底部凹槽，沿母线方向相邻的两个底部凹槽不相通，且它们之间有间隔，沿母线方向相邻两个底部凹槽之间的距离保持相等。在图4中，示例展示了一个母线方向水流通道22的底面中间开的四个不同深度和长度的底部凹槽，由从前到后的母线方向上分别是母线方向水流通道底部凹槽一23，母线方向水流通道底部凹槽二24，母线方向水流通道底部凹槽三25和母线方向水流通道底部凹槽四26。如图5所示，沿母线方向的多个水流通道底部凹槽的深度逐渐减小，长度逐渐减短，形成逐渐递减的结构。

待破壁液体经过引流锥体18向后流入母线方向水流通道22，在母线方向水流通道22中依次经过母线方向水流通道底部凹槽一23、母线方向水流通道底部凹槽二24、母线方向水流通道底部凹槽三25和水流通道底部凹槽三26，当液体经过最大深度和长度的母线方向水流通道底部凹槽一23时，在其内部的发散间隙处形成负压，当负压达到一定极限值时，产生空化现象，形成空化气泡群27，这些空化气泡群随着液体的继续流动逐渐膨胀，最终破裂，产生高压、高温、强大的冲击波和高速微射流，从而对待破壁液体进行破壁。尽管在母线方向水流通道底部凹槽二24、母线方向水流通道母线方向水流通道底部凹槽三25和母线方向水流通道底部凹槽三26处存在一定的压力降低和能量损耗，通过控制这些母线方向水流通道底部凹槽的深度和长度逐渐减小，以确保母线方向水流通道底部凹槽二24、母线方向水流通道底部凹槽三25和母线方向水流通道底部凹槽三26发散间隙处形成相同的负压，形成对应的空化气泡群28、29、30，从而产生相同的空化效果，如图5所示。

如图4所示，在内锥形动盘体17的外侧表面上，从引流锥体18的底部直至内锥形动盘体17的底部间隔均匀地开有多个圆环状的圆周方向水流通道，每个圆周方向水流通道的中心轴与内锥形动盘体17的中心轴共线，圆周方向水流通道的底面与母线方向水流通道22的底面相平齐，深度相同。图4中仅示出三个圆周方向水流通道，分别是圆周方向水流通道一31、圆周方向水流通道二32，圆周方向水流通道三33。所有的圆周方向水流通道与所有的母线方向水流通道22都相连通。

在每个圆周方向水流通道的底面上沿圆周方向均匀开有多个圆周方向水流通道凹槽34，一个圆周方向水流通道凹槽34在圆周方向上位于相邻两个母线方向水流通道22之间，因此，圆周方向流通道凹槽34沿圆周方向与母线方向水流通道22交错布置。通过圆周方向流通道凹槽34的设计，在液体流动过程中产生负压区域，促使气体析出形成微小气泡。同时，圆周方向流通道凹槽34导致液体方向变化和动能损失，增加了液体的动能，为后续区域的压力变化创造条件。在液体通过圆周方向流通道凹槽34时，凹槽形状和运动方式有助于气泡的形成，为后续的空化效应提供基础。生成的气泡在流动中可能在高压区域溃灭，产生高压、高温、强大冲击波和高速微射流，有效处理液体中的杂质。此外，圆周方向流通道凹槽34还改变了液体流动方向，引起液体和气体在不同区域的动能和压力变化，进一步促成空化效应的发生。

同一个圆周方向水流通道上的多个圆周方向水流通道凹槽34的结构相同，从顶部到底部方向上的不同的圆周方向水流通道上的圆周方向水流通道凹槽34的深度和长度逐渐减小，以确保不同凹槽处形成相同的负压，从而产生相同的空化效果。

针对内锥形动盘体17的外侧表面上的各个水流通道和各个凹槽，在外锥形动盘体16的内侧表面上设有相应个数和结构的凸体，如图6中的外锥形动盘体凸体一35，这个凸体与内锥形动盘体17的外侧表面上的结构相匹配，即与引流锥体18、母线方向水流通道22、母线方向水流通道底部凹槽、圆周方向水流通道、圆周方向水流通道凹槽34分别相匹配，并且之间留有水流通道的间隙，匹配后的外锥形动盘体16和内锥形动盘体17之间的间隙均匀相同。

如图6所示，当待破壁液体流经圆周方向水流通道一31的圆周方向水流通道凹槽34时，水流通道间隙由圆周方向水流通道一31、外锥形动盘体凸体一35和锥形动盘体圆周方向凹槽34组成，使得在液体通过通道时，即使经过一次或多次空化导致动能损失，仍能在小的体积内保持负压，确保负压区的压力低于液体饱和蒸汽压，生成空化气泡群36，这些空化气泡群36在溃灭时释放大量能量，对液体进行更深层次的净化和去杂。待破壁液体流经圆周方向水流通道一31时产生不同的空化效果，实现了高效的空化破壁。因此，通过母线方向水流通道22和圆周方向水流通道的设计，实现了多级高效的空化破壁效果。

将磁粉37和待破壁液体从液体注入口6注入空化破壁池2中，加入了磁粉37的待破壁液体淹没了整个空化发生器，直至液体高度高于且淹没第一线圈4-1和第二线圈4-2。高压水泵1和高速驱动电机5工作，待破壁液体从液体循环入口13、14同时喷向高速旋转的两个双动盘体3，当待破壁液体在空化破壁池2内受到双动盘体3的高速旋转的离心作用，形成对称的对撞水流。由于双动盘体3的高速旋转，液体受到离心作用下，沿着母线方向水流通道22和圆周方向水流通道流动。在这个过程中，锥齿轮使得两侧双动盘体3旋转方向相反，会引起液体中的涡流，增加了液体的搅拌效应。液体在水流通道内经历多个变截面，速度递增，由于凹槽的位置变化导致压力的变化，这种压力变化使得气体核析出，当局部压力低于饱和气压时，形成气体空泡产生空化。液体在流出两侧通道后碰撞的速度更高，水经过双动盘结构产生空化后从双动盘结构边缘流出带着空泡，空泡与空泡之间继续发生相互碰撞产生空化，这样的剧烈碰撞导致更强烈的物理效应，如局部的高温、高压和冲击波，有助于液体中的杂质去除和化学反应。从而提高液体处理过程中的效率和效果。当待破壁液体的空化效果达不到要求时，高速驱动电机5继续工作，带动破壁装置继续旋转。当待破壁液体的空化效果达到要求时，高速驱动电机5停止工作，通过液体排出口12将空化破壁完的液体排出。空化破壁完的液体排完后，新的待破壁液体通过液体注入口6注入空化破壁池2，如此循环。在循环过程中，液体不停地通过液体循环入口13、14进入双动盘体3，在动盘体半径方向和圆环方向皆由于凹槽在变截面位置产生压力变化，由于压力降低气核析出形成气体空泡，水流携带气泡向高压区流动，在高压区内溃灭释放大量能量，对液体内部的无机物和有机物进行破壁、粉碎、分解，达到对浑浊液体进行破壁和除杂的效果。内锥形动盘体17上的凹槽和外锥形动盘体16上的凸起相对配合形成不同体积腔体和形状，当双动盘体3高速旋转时，产生不同压力变化，实现多次不同的空化效果。同时，利用双动盘体3高速旋转产生的离心力和流体动力将液体带出，水经过入水口从双动盘体3边缘流出带着空泡，空泡与空泡之间发生相互碰撞，提高空化效率产生碰撞。液体经过圆周方向和母线方向的多重变体积变截面时产生多次空化效应形成高温、高压、高速微射流对液体内颗粒物等杂质进行粉碎、分解，达到对浑浊液体进行破壁和除杂的效果。多级多通道的凹槽设计实现高效、大批量、连续的液体处理过程。

Claims (10)

1.一种高效对撞式多相空化发生装置，其特征是：具有一个封闭的空化破壁池(2)，空化破壁池(2)内部设置传动轴(7)、大锥齿轮(8-1)、第一中间传动锥齿轮(8-2)、小锥齿轮(9-1)、第二中间传动锥齿轮(9-2)、两个双动盘体(3)和多个电磁线圈，

大锥齿轮(8-1)和小锥齿轮(9-1)均同轴固定套在传动轴(7)上，两个结构相同的第一中间传动锥齿轮(8-2)对称布置在传动轴(7)的两侧且在靠近小锥齿轮(9-1)这一侧均与大锥齿轮(8-1)相啮合；

两个结构相同的第二中间传动锥齿轮(9-2)对称布置在传动轴(7)的两侧且在靠近大锥齿轮(8-1)这一侧与小锥齿轮(9-1)相啮合；

空化破壁池(2)的外部设置有高速驱动电机(5)，高速驱动电机(5)的输出轴与传动轴(7)同轴固定连接，

两个结构相同的圆锥状的双动盘体(3)相对于小锥齿轮(9-1)对称布置，顶部是双动盘体入水口(15)，每个双动盘体(3)均由外锥形动盘体(16)和内锥形动盘体(17)组成，外锥形动盘体(16)是中空的圆锥体，内部同轴心套着内锥形动盘体(17)，之间的间隙构成与所述的双动盘体入水口(15)相通的水流通道，水流通道的截面全部相等；

在每个外锥形动盘体(16)的底部外侧表面开有一圈齿槽，该齿槽与同一侧的第一中间传动锥齿轮(8-2)相啮合；内锥形动盘体(17)的底部中心和同一侧的第二中间传动锥齿轮(9-2)的中心轴固定连接在一起；

空化破壁池(2)底部设有两个液体循环入口(13、14)和两个液体排出口(12)，顶部侧壁设有两个液体注入口(6)，两个液体循环入口(13、14)分别各自经同侧的一个高压水泵连接同侧的双动盘体入水口(15)；

大锥齿轮(8-1)和空化破壁池(2)顶部之间的空间设置对称布置在传动轴(7)两侧的第一电磁线圈(4-1)和第二电磁线圈(4-2)，两个第二中间传动锥齿轮(9-2)和传动轴(7)之间的空间设置对称布置在传动轴(7)两侧的第三电磁线圈(4-3)和第四电磁线圈(4-4)，小锥齿轮(9-1)和空化破壁池(2)底部之间的空间设置对称布置在传动轴(7)两侧的第五电磁线圈(4-5)和第六电磁线圈(4-6)。

2.根据权利要求1所述的高效对撞式多相空化发生装置，其特征是：内锥形动盘体(17)的顶部是正对着双动盘体入水口(15)的引流锥体(18)，引流锥体(18)的侧壁上从顶部到底部的方向上等间隔地开设三个相互平行的环形凹槽，三个环形凹槽的深度逐渐减小，从顶部到底部方向上的长度逐渐变短。

3.根据权利要求2所述的高效对撞式多相空化发生装置，其特征是：内锥形动盘体(17)的外侧表面上，从引流锥体(18)底部直至内锥形动盘体(17)底部的母线方向上，沿圆周方向等间隔地均匀设置了多个相同的母线方向水流通道(22)，每个母线方向水流通道(22)沿母线方向上的长度逐渐减小，深度逐渐减小，宽度逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的高效对撞式多相空化发生装置，其特征是：在每个母线方向水流通道(22)的底面中间，沿母线方向等间隔地开有多个母线方向水流通道底部凹槽，母线方向水流通道的深度逐渐减小，长度逐渐减短。

5.根据权利要求3或4所述的高效对撞式多相空化发生装置，其特征是：在内锥形动盘体(17)外侧表面上，从引流锥体(18)底部直至内锥形动盘体(17)底部间隔均匀地开有多个圆环状的圆周方向水流通道，每个圆周方向水流通道的中心轴与内锥形动盘体(17)的中心轴共线，圆周方向水流通道的底面与所述的母线方向水流通道(22)的深度相同，圆周方向水流通道与所有的母线方向水流通道(22)都相连通。

6.根据权利要求5所述的高效对撞式多相空化发生装置，其特征是：在每个所述的圆周方向水流通道的底面上沿圆周方向均匀开有多个圆周方向水流通道凹槽(34)，一个圆周方向水流通道凹槽(34)在圆周方向上位于相邻的两个母线方向水流通道(22)之间；同一个圆周方向水流通道上的多个圆周方向水流通道凹槽(34)的结构相同，从顶部到底部方向上的不同的圆周方向水流通道上的圆周方向水流通道凹槽(34)的深度和长度逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的高效对撞式多相空化发生装置，其特征是：外锥形动盘体(16)的内侧表面上设有相应个数和结构的凸体，所述的凸体与内锥形动盘体(17)外侧表面上所述的引流锥体(18)、母线方向水流通道(22)、母线方向水流通道底部凹槽、圆周方向水流通道、圆周方向水流通道凹槽(34)分别相匹配，之间的间隙均匀相同。

8.根据权利要求7所述的高效对撞式多相空化发生装置，其特征是：靠近双动盘体入水口(15)流入端和靠近双动盘体底端流出端的这两段之间设定一段距离，这两段距离之间的水流通道的间隙大于其他水流通道的间隙。

9.一种如权利要求1所述的高效对撞式多相空化发生装置的加工方法，其特征是：

将加入磁粉的待破壁液体从液体注入口6注入空化破壁池(2)中，淹没第一电磁线圈(4-1)和第二电磁线圈(4-2)；

高压水泵和高速驱动电机5同时工作，待破壁液体从两个液体循环入口(13、14)同时喷向两个双动盘体(3)，两个双动盘体(3)同时旋转，离心力和流体动力将液体带出，形成对称的对撞水流，产生空化。

10.根据权利要求19所述的加工方法，其特征是：第三电磁线圈(4-3)和第电磁四线圈(4-4)同时断电，第一电磁线圈(4-1)、第二电磁线圈(4-2)、第五电磁线圈(4-5)和第六电磁线圈(4-6)同时通电吸附磁粉，使得磁粉从中间往四周移动；第一电磁线圈(4-1)、第二电磁线圈(4-2)、第五电磁线圈(4-5)和第六电磁线圈(4-6)同时断电，第三电磁线圈(4-3)和第四电磁线圈(4-4)同时通电吸附磁粉，磁粉从四周往中间移动；循环调整通电与断电状态。