UA8049A - Гідродинамічний кавітаційний реактор - Google Patents

Abstract

Взаємопов'язана група винаходів відноситься до конструкції устаткування, що застосовується для обробки рідких середовищ. Гідродинамічний кавітаційний реактор містить послідовно розташовані конфузор і проточну камеру, в якій на відстані один від одного встановлені кавітатори, причому порожнина проточної камери виконана у вигляді ділянок, що послідовно розширюються в зоні установки кавітаторів в напрямі від конфузора, при цьому площа поперечного перерізу кожної подальшої ділянки більше площі поперечного перерізу попередньої ділянки в 1,05-1,45 рази.

Description

Взаиймосвязанная группа изобретений относится к конструкций оборудования, применяємого для обработки жидких сред. Каждое изобретение зтой группьї может бить независимо использовано в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промьішленности для получения змульсий и суспензий.

Например, в пищевой промьішленности для гомогенизации молочньх продуктов.

Известен кавитационньй реактор (см. а.с. СССР Мо467158, 1975 г.), содержащий конфузор и проточную камеру, в которой последовательно установлень! кавитаторь), вьіполненнье в виде усеченньїх конусов, обращенньх большим основанием к конфузору.

Из-за такого расположения кавитаторов реактор обладаєт повьішенньім гидравлическим сопротивлением, что увеличиваєт затрать знергии и снижаєт интенсивность кавитационной обработки жидкости.

Известен вьібранньій в качестве прототипа гидродинамический кавитационньій реактор (см. ас. СССР

Ме1287934, МКИ 4 В 01 у 19/24, 1987 г. Бюл. Мо5), содержащий, как и оба заявленньїх варианта, последовательно расположеннье конфузор и проточную камеру, в которой ступенями на расстояний друг от друга установлень кавитаторь!.

В зтом реакторе, так же как во втором варианте заявленного реактора, кавитаторь! установлень на продольном стержне, размещенном в реакторе.

В отличие от обоих заявленньїх вариантов в известном реакторе полость проточной камерь по всей длине имеет постоянноє поперечноє сечениє, а кавитаторьі вьіполненьії в виде отдельньх конусов с различньми углами конусности.

Кроме зтого, в отличие от первого варианта, известньій реактор имеет размещенньй в проточной камере продольньй стержень, к которому на стойках прикреплень кавитаторні.

Установлено, что найбольшая интенсивность кавитационной обработжи имеет место при сохранений на всех кавитаторах, расположенньїх вдоль продольной оси проточной камерьї, одинакового соотношения между потенциальной знергтей жидкости (которая в первом приближений равна давлению жидкости) и кинетической знергией жидкости (которая пропорциональна квадрату скорости). Практически зтот кавитационньій зффект зависит от рода жидкости, но для каждой конкретной жидкой средьї максимум кавитационного зффекта достигаєтся только при одном определенном значений указанного соотношения.

Кроме того известно, что тела, помещеннье в ограниченньій стенками поток жидкости (в данном случає кавитаторь), обладают существенньимм гидравлическим сопротивлением. При течении жидкости через проточную камеру на преодолениєе гидравлического сопротивления кавитаторов расходуєтся часть потенциальной знергии жидкости и, следовательно, уменьшаеєтся ее давление.

В известном реакторе вследствиє постоянного по всей длине поперечного сечения проточной камерь! скорость жидкости остаєтся постоянной. Позтому из-за падения давления нарушаєтся оптимальное соотношение между давлениєм и скоростью жидкости, что во всех случаях снижаєт интенсивность кавитационного воздействия. Зтот недостаток усугубляется тем, что кавитаторь вьіполнень в виде отдельньх конусов, что приводит к дополнительной неоднородности поля скоростей и тем самьм нарушаеєет оптимальное соотношение между давлением и скоростью даже в пределах одной ступени кавитаторов.

В основу изобретений по обоим вариантам поставлена задача в гидродинамическом кавитационном реакторе путем изменения формь! проточной камерьї уменьшить гидравлическое сопротивление реактора и сохранить оптимальноє соотношение между давлением и скоростью обрабатьваємой жидкости и, как следствие, обеспечить максимальную интенсивность кавитационной обработки, что позволит сократить время обработки и затрать! знергии.

Поставленная задача решаєтся тем, что в гидродинамическом кавитационном реакторе как по первому, так и по второму вариантам, содержащем последовательно расположеннье конфузор и проточную камеру, в которой на расстоянии друг от друга установленьі кавитаторьі, согласно изобретению полость проточной камерь вьіполнена в виде участков, последовательно расширяющихся в зоне установки кавитаторов в направлений от конфузора. При зтом площадь поперечного сечения каждого последующего участка больше площади поперечного сечения предьідущего участка в 1,05-1,45 раза.

В отличие от реактора по первому варианту в гидродинамическом кавитационном реакторе по второму варианту кавитаторь! установленьї на продольно расположенном в проточной камере осевом стержне.

Вне зависимости от варианта исполнения вьіполнение полости проточной камерь, как указано вьіше, приводит к уменьшению скорости вследствиеє увеличения сечения очередного участка и, с учетом падения давления из-за гидравлического сопротивления предшествующего участка, позволяет таким образом сохранить оптимальноє соотношение между давлениєм и сскоростью и, соответственно, достичь, максимальной интенсивности кавитационной обработки на каждом кавитаторе.

Соотношениє между площадями поперечньх сечений опоследующего и предьдущего участков установлено зкспериментально. При зтом установлено, что при значений зтого соотношения ниже, чем 1,05 скорость в последующем участке практически не изменяєтся и соблюдениє оптимального соотношения между давлениєем и скоростью жидкости невозможно даже при минимальном гидравлическом сопротивлений предьдущего участка. При значений указанного соотношения вьіше чем, 1,45 происходит резкое падениє скорости на каждом последующем »участке, что приводит к снижению интенсивности кавитационного воздействия.

Поставленная задача решаєется и тем, что в реактор по первому варианту кавитаторь! вьіполнень! в виде трехгранньх призм, установленньїх поперек проточной камерь и направленньїх ребром в сторону конфузора, что исключаєт потребность в крепежньїх злементах и зтим снижаєт гидравлическое сопротивление кавитаторов, а также тем, что в реакторе по второму варианту кавитаторьі), установленнье на продольном стержне, вьіполненьі! в виде охватьвающих зтот стержень колец, имеющих в сечении форму треугольника, направленного вершиной в сторону конфузора, что повьишаєт надежность и долговечность реактора, предотвращая разрушение его стенок под действием кавитации. Такое вьіполнение кавитаторов создаєт в потоке протяженную и равномерно размещенную в поперечном сечений проточной камерь зону кавитации, что позволяет максимально увеличить количество образующихся в хвосте каверньї кавитационньх микропузьірьков, при охлопьіваний которьїх образуются вьісокоскоростнье (до сотен метров в секунду) микроструйки, зоньї повьиішенного давления и ударнье волнь. Зти явления, представляющие собой сущность кавитационного воздействия, и создают зффекть смешивания, диспергирования, змульгирования и ускорения химических реакций.

Поставленная задача решаєтся таюке и тем, что в реакторах по первому и второму вариантам переход между двумя смежньми участками вьіполнен в виде диффузора, а таюке тем, что в реакторах по обоим вариантам первьій кавитатор установлен непосредственно за конфузором, а каждьй последующий - в диффузоре, соединяющем два смежньх участка. Зтим исключаєтся резкое многократное изменениє параметров текущей жидкости и снижаєтся гидравлическое сопротивление каждого участка. Такое снижение гидравлического сопротивления каждого участка позволяеєт, не увеличивая гидравлического сопротивления всего реактора, установить в нем большеє число кавитационньх участков и тем самьм увеличить интенсивность кавитационного воздействия, не увеличивая затрат знергии на прокачивания жидкости через кавитационньй реактор.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображень!: - на фиг. 1 - гидродинамический кавитационньй реактор по первому варианту, продольньй разрез: - на фиг. 2 - гидродинамический кавитационньй реактор по второму варианту, продольньй разрез.

Как показано на чертежах, реактор как по первому, так и по второму варианту имеет последовательно расположеннье конфузор 1 и проточную камеру 2. В полости проточной камерь! 2 вдоль неєе на расстояний друг от друга установленьї кавитаторь! З, образующие кавитирующие ступени. Полость проточной камерь 2 вьіполнена в виде участков 4, 5, 6 с последовательно ступенчато увеличивающимся в направлений от конфузора 1 поперечньм сечением. Количество участков зависит от их гидравлического сопротивления и знергетических параметров потока жидкости и определяєтся, как и длина участков, по известньм зависимостям.

Площадь поперечного сечения каждого последующего участка, например 5, больше площади поперечного сечения каждого предшествую щего участка, например 4, в 1,05-1,45 раза. Такая же зависимость и между участками 5 и 6. Как указьівалось вьіше, зта зависимость определена зкспериментально. Большиє значения вьібираются при обработке жидкостей с большей плотностью.

Как показано на фиг. 2, в реакторе по второму варианту кавитаторь! З установленьі на закрепленном в полости проточной камерь! продольном стержне 7.

Как показано на фиг. 1, расширенньюе участки 5 и б в реакторах по обоим вариантам могут бьть вьіполненьі путем расточек проточной камерь, при зтом стержень 7 в реакторе по второму варианту вьіполнен с постоянньм сечением (на чертеже не показано). Как показано на фиг. 2, в реакторе по второму варианту расширеннье участки 5 и 6 могут бьіть вьіполненьї проточками на стержне 7. В реакторе по второму варианту зти участки могут бить образовань как проточками на стержне, так и расточками проточной камерь! (не показано).

В реакторе по первому варианту кавитаторьї З виіполненьі в виде трехгранньїх призм, установленньх поперек камерь 2 и направленньх одним из ребер в сторону конфузора 1. В реакторе по второму варианту кавитаторь! З вьіполненьї в виде охватьівающих стержень 7 колец, имеющих в сечениий форму треугольника, направленного вершиной в сторону конфузора 1. Размерь кавитаторов З определяются по известньм зависимостям с учетом параметров жидкости и размера реактора.

В реакторе по первому и по второму вариантам переходь! между двумя смежньми участками вьіполнень в виде диффузоров 8, при зтом первьій кавитатор З установлен непосредственно за конфузором 1, а каждьй последующий в диффузоре 8.

Вне зависимости от варианта исполнения заявленньй реактор работаєт следующим образом.

Подлежащая кавитационной обработке жидкая среда подается в конфузор, где она ускоряется и обтекает первьій кавитатор 3. При зтом вьідерживаєтся оптимальноє соотношение между давлением и скоростью жидкости, которое определяется по известньмм зависимостям, исходя из рода жидкости и цели кавитационной обработки. За кавитатором образуется каверна определенной длиньі, при замьжканиий которой в ее хвосте образуется множество отдельньїх кавитационньїх пузьірьков. Зти пузьрьки схлопьїуваются с образованиєм внісокоскоростньїх микроструек жидкости, скорость которьхх достигаєет сотен метров в секунду, локальньх зон повьішенного давления и ударньх волн. Под действием зтих факторов происходит требуемая кавитационная обработка жидкой средь. Например, при смешиваниий разнородньїх жидкостей происходит образование весьма стойких змульсий, при гомогенизации молока происходит дроблениє жировьїх шариков, при растворении твердьх тел происходит их дроблениє и срьшв с их поверхности пограничного слоя, что существенно ускоряет процесс растворения.

При прохождениий жидкости через первьій кавитационньй участок часть ее потенциальной знергийи затрачиваєтся на преодоление гидравлического сопротивления кавитатора и стенок кавитационного участка.

При зтом давлениє жидкости падаеєт и нарушаєтся установленноє соотношениє между ее давлением и скоростью. При протеканий жидкости через диффузор 8, соединяющий участки 4 и 5, скорость жидкости снижается и восстанавливаєтся установленное соотношение между скоростью и давлением. А при обтеканий установленного в зтом диффузоре кавитатора происходит образование каверньі и повторяется указанноеє вьше кавитационное воздействие. Так же происходит обработа жидкости вьісокоскоростньіїми микроструйками; локальньім давлениєм и ударньми волнами, генерируемьми кавитатором 3, установленньм в диффузоре между участками 5 и 6.

Таким образом происходит обработка жидкости на всех кавитационньїх ступенях, генерирующих вьісокоскоростнье микро-струйки, локальнье зоньії повьішенного давления и ударнье волньі заданной мощности, вследствие чего значительно сокращаєтся время обработки.

Claims (1)

1. ' . . - Взаємозв язана група винаходів вІДНОСИТЬСЯ ДО конструкції устаткування, вживаного для об... Взаємопов'язана група винаходів відноситься до конструкції устаткування, що застосовується для обробки рідких середовищ.

   Гідродинамічний кавітаційний реактор містить послідовно розташовані конфузор і проточну камеру, в якій на відстані один від одного встановлені кавітатори, причому порожнина проточної камери виконана у вигляді ділянок, що послідовно розширюються в зоні установки кавітаторів в напрямі від конфузора, при цьому площа поперечного перерізу кожної подальшої ділянки більше площі поперечного перерізу попередньої ділянки в 1,05-1,45 рази.

   Взаимосвязанная группа изобретений отТнОосится Кк конструкции оборудования, применяємо... Взаиймосвязанная группа изобретений относится к конструкции оборудования, применяемого для обработки жидких сред.

   Гидродинамический кавитационньй реактор содержит последовательно расположеннье конфузор и проточную камеру, в которой на расстояний друг от друга установлень! кавитаторьі), причем полость проточной камерь! виіполнена в виде участков, последовательно расширяющихся в зоне установки кавитаторов в направлений от конфузора, при зтом площадь поперечного сечения каждого последующего участка больше площади поперечного сечения предшествующего участка в 1,05-1,45 раза.

   ТВе шегсоппесієй ргопр ої іпуепноп» геЇагев о Ше сопвігисноп ої фе едшртепі, ивед г ігеай... Тне іпіегсоппесієйд дгоимр ої іпмепііопзь геагез то Ше дезідп ої едипіртепі изеа ог ігеайіпу Те Ігдціа тедіа.

   А Ннуагодупатіс саміайоп геасюг сопіаінз5 а сопзесиїймеу Іосагед сопмегоіпу погае зесіїоп апа а Пом/пу спатрег, іп м/пісн аї а дієтапсе їот еасі оїШег самігайогз аге іпеіаПеа; тогеомег (Пе саму ої Поміпу спатрбег і5 таде іп Ше їогт ої зесіоп5, мпісп аге сопзесціїмеу ехіепавєа іп ШТе агеа ої іпега|айоп ої самнаг» іп Те аїгесіоп їгот (пе сопмегдіпу поггіе зесіоп, іп тів сазе Ше сго55- зесіопаї! агеа ої еасй зирзедценпі зесійоп із дгеаїег (ап Ше сго55-зесіопаї| агеа ої Те ргеміоив зесійоп їог 1.05-1.45 (тев.