微气泡发生器和微气泡发生器

超微细气泡技术在卫浴产品上的应用卫浴产品市场竞争日渐激烈，要求产品开发要不断创新，创新的途径之一就是引入新技术。

文章阐述了超微细气泡技术的基本原理和在卫浴产品上应用的可信性，为卫浴产品开发的创新开发提供了一个指引。

标签：超微细气泡；卫浴产品；保健养生按摩浴缸、蒸汽房在国内经过二三十年的发展，由于工艺日渐成熟，配套容易，投资较小，小厂家越开越多，竞争也日趋激烈；再加上整体市场需求在下滑。

如何在这种市场竞争态势下，继续取得销售增长，走产品创新、差异化路线是必然的选择，超微细气泡技术在卫浴产品上的应用，将能起到满足人们保健养生需求、提升产品档次、增加产品附加值、促进产品销售等的作用。

1 超微细气泡技术简介“超微细气泡”是指直径小于3μm的气泡，这种气泡具有和普通气泡不同的理化特性。

普通的气泡在水中呈上升状态，而超微细气泡由于它尺寸非常的小，受尺寸效应的影响，它的表面张力较普通气泡下降了许多，表面张力的下降使得O2分子与水分子更容易结合，从而使得气泡变得比周围重，实现了气泡的沉降；同时氧分子打破了水的界面，更容易溶入水中。

超微细气泡已经被人们广泛的应用于动力、采矿、核能、环境、石油、冶金、医学、化工等领域，如在环保领域中，已经使用超微细气泡来改善水质，进行水体修复。

同时超微细气泡也已经进入日常生活领域，特别是在韩国、日本广泛流行，例如在美容保健领域。

由于超微细气泡直径小于3μm，可以很容易渗透进入毛孔，带走毛孔内的污垢；同时，大量气泡在水中溶解破裂，瞬间最高温大约为5500摄氏度，破裂时产生大约每小时400公里的超声波，并发生大量氧负离子。

这种气泡水可以起到杀菌、提升人体免疫力、净化血液、改善过敏体质；美容护肤、洗净皮肤、除角质、美白效果、补湿皮肤、增加弹力；改善皮肤病、改善皮肤过敏、改善青春痘、改善脚气、改善湿疹；并有增加体力、恢复疲劳、改善睡眠的湿泉效果等作用。

超微细气泡水还可以用于洗净蔬菜、水果上的残留农药。

气浮的分类气浮是一种重要的机械分离技术，广泛应用于化工、制药、电子、环保等领域。

根据气浮装置的不同分类方式，可以将气浮分为以下几类。

一、按气浮装置的工作原理分类1.压缩气浮压缩气浮是指利用压缩空气在气浮设备内形成高速气流，将悬浮于水中的微小颗粒或气泡带到水面上形成浮渣，从而实现杂质分离的过程。

压缩气浮装置的优点是操作简单，维护方便，处理效率高，但在处理高浓度水体时可能会出现泡沫溢出等问题。

2.溶解气浮溶解气浮是指将气体（通常是空气）通过气浮设备的溶气器溶解于水中，形成微小气泡，这些气泡在水中上升时带着悬浮颗粒一起浮到水面上，形成浮渣。

溶解气浮装置的优点是处理效率高，能够同时去除悬浮颗粒和溶解气体，但需要专业的操作技能和较高的投资成本。

3.真空气浮真空气浮是指在气浮设备内建立一定的真空环境，使水中的微小颗粒或气泡在负压作用下快速升到水面上形成浮渣。

真空气浮装置的优点是处理效率高，能够去除微小颗粒和溶解气体，但需要专业的操作技能和较高的投资成本。

二、按气浮设备的结构分类1.板式气浮板式气浮是指在气浮池内设置一系列平行排列的板块，通过压缩空气或溶解气体在板间产生气泡，将悬浮颗粒或气泡带到水面上形成浮渣。

板式气浮装置的优点是结构简单，操作方便，处理效率高，但需要占用较大的场地。

2.圆盘式气浮圆盘式气浮是指在气浮池内设置一系列旋转的圆盘，通过圆盘周边的喷气口产生气泡，将悬浮颗粒或气泡带到水面上形成浮渣。

圆盘式气浮装置的优点是可以处理大量水体，处理效率高，但需要较高的投资成本。

3.微型气浮微型气浮是指在气浮池内设置微型气泡发生器，通过微型气泡的浮力作用将悬浮颗粒或气泡带到水面上形成浮渣。

微型气浮装置的优点是结构紧凑，占地面积小，处理效率高，但处理量较小。

四、按气浮的应用领域分类1.水处理气浮技术在水处理领域的应用非常广泛，可以用于去除水中的悬浮颗粒、油脂、颜色、臭味等污染物。

2.污泥处理气浮技术可以将污泥中的微小颗粒和气泡带到水面上形成浮渣，从而实现污泥的快速脱水和减量处理。

微纳米气泡技术四、微纳米气泡的发生方法旋回式气液混合型微纳米气泡发生技术是按照流体力学计算为依据进行结构设计的发生器，在进入发生器的气液混合流体在压力作用下高速旋转，并在发生器的中部形成负压轴，利用负压轴的吸力可将液体中混合的气体或者外部接入的气体集中到负压轴上，当高速旋转的液体和气体在适当的压力下从特别设计的喷射口喷出时，由于喷口处混合气液的超高的旋转速度与气液密度比（1:1000）的力学上的相乘效果，在气液接触界面间产生高速强力的剪切及高频率的压力变动，形成人造极端条件，在这种条件下生成大量微米、纳米级气泡的同时具有打碎聚合分子团，形成小分子团活性水（不是本号观点）的效果，并能够将小部分水分子电离分解，可以在微纳米气泡空间中产生活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，尤其氢氧自由基有超高的还原电位，具有超强氧化效果可以分解水中正常条件下也难以分解的污染物，实现水质的净化。

微纳米气泡在水中的溶解率超过85%，溶解氧浓度可以达到饱和浓度以上，并且微纳米气泡是以气泡的方式长时间（上升速度6cm/分钟）存留在水中，可以随着溶解氧的消耗不断地向水中补充活性氧，为处理污水的微生物提供了充足的活性氧、强氧化性离子团，并保证了活性氧充足的反应时间，由微纳米气泡处理过的水的净化能力远远高于自然条件下的自净能力。

五、微纳米气泡的应用1.水产养殖在工厂化渔业的养殖上，特别是未来渔业的陆基养殖技术，大多是往高密度的集约化方向发展，在这种环境下，水体中高度溶氧的控制对鱼的健康及生长来说是至关重要的一环，采用超细微泡技术以代替传统的增氧方式，将是一项革命性的创新，可以大大提高鱼的活性与产量，是养殖业走向工厂化的有力保障，并且微纳米气泡具有刺激生物生长及增强免疫力的效果。

在日本广岛的牡蛎养殖场中的试验证明，微纳米气泡可以促进牡蛎血液循环，提高生长速度，并增强免疫力，降低养殖成本。

在日本的爱知万国博览会上由日本产业技术研究所展示的淡水鱼与海水鱼的混合高密度养殖实验中采用了微纳米气泡技术，结果在盐分浓度为1%的含有微纳米纯氧水的水槽中可将鲤鱼和鯛混合养殖。

第1篇一、实验目的1. 了解微纳米气泡的制备原理和实验方法。

2. 掌握微纳米气泡的特性及其在水处理、生物医学等领域的应用。

3. 分析微纳米气泡的制备过程中可能存在的问题，并提出相应的解决措施。

二、实验原理微纳米气泡是指直径在1-1000纳米范围内的气泡。

由于气泡尺寸微小，其表面能高，具有较强的吸附和传质能力。

微纳米气泡在水处理、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

实验原理：通过特定方法将气体（如氧气、臭氧等）溶解于水中，形成微纳米气泡。

气泡在水中具有较大的比表面积，有利于提高气体在水中的溶解度和利用率。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：氧气、臭氧、去离子水、染料等。

2. 实验仪器：微纳米气泡发生器、气相色谱仪、紫外可见分光光度计、搅拌器、量筒等。

四、实验步骤1. 准备工作：将氧气或臭氧通过微纳米气泡发生器溶解于去离子水中，制备微纳米气泡溶液。

2. 检测气泡特性：（1）利用气相色谱仪检测溶液中氧气的溶解度；（2）利用紫外可见分光光度计检测溶液中臭氧的浓度；（3）观察气泡形态和大小。

3. 实验验证：（1）将微纳米气泡溶液用于水质处理，检测其对有机污染物的去除效果；（2）将微纳米气泡溶液用于生物细胞培养，观察其对细胞生长的影响；（3）将微纳米气泡溶液用于药物输送，评估其对药物释放的影响。

4. 数据处理与分析。

五、实验结果与分析1. 气泡特性：通过气相色谱仪和紫外可见分光光度计检测，微纳米气泡溶液中氧气和臭氧的溶解度均较高，符合实验预期。

2. 水质处理效果：将微纳米气泡溶液用于水质处理，发现其对有机污染物的去除效果明显，优于传统水质处理方法。

3. 生物细胞培养：将微纳米气泡溶液用于生物细胞培养，观察到细胞生长情况良好，表明微纳米气泡对细胞生长具有促进作用。

4. 药物输送：将微纳米气泡溶液用于药物输送，发现药物释放效果良好，表明微纳米气泡在药物输送领域具有应用价值。

六、实验结论1. 微纳米气泡制备方法简单，气泡特性良好，具有较高的应用价值。

曝气器原理引言曝气器是一种用于水处理和废水处理的设备，它通过将空气注入水中，增加溶解氧的浓度，从而促进水中的生物氧化和氧化反应。

本文将重点介绍曝气器的原理及其应用。

一、曝气器原理概述曝气器的原理是利用空气与水接触，使空气中的氧气溶解到水中，提高水中溶解氧的浓度。

曝气器通常由气泡发生器和气泡分布系统两部分组成。

气泡发生器将空气注入水中，产生大量微小气泡，而气泡分布系统则将气泡均匀地分散到水体中。

二、曝气器的工作原理1. 气泡发生器气泡发生器是曝气器的关键组成部分。

它通过将空气从底部或侧面注入水中，产生大量微小气泡。

空气进入水中后，由于气泡发生器的设计和水的搅动，空气会迅速分散到水中，并形成均匀的气泡分布。

2. 气泡分布系统气泡分布系统用于将气泡均匀地分散到整个水体中。

通常采用的方式是通过水流或机械装置将气泡搅动和推动，使其在水中均匀分布。

这样可以确保气泡与水接触的面积最大化，氧气溶解效果最佳。

三、曝气器的应用领域1. 水处理曝气器在水处理中广泛应用。

在自来水处理中，曝气器可以提高水中溶解氧的浓度，促进水中的生物氧化反应，从而去除水中的有机物和杂质。

曝气器还可以用于水体的气浮沉淀和沉淀过程，提高悬浮物的沉降效率。

2. 废水处理曝气器在废水处理中也起到重要的作用。

废水中通常含有大量的有机物和微生物，曝气器可以为微生物提供氧气，促进微生物的生长和代谢活动，加快废水的降解和净化过程。

曝气器还可以用于废水曝气沉淀池和好氧池中，提高废水的处理效率。

3. 养殖业曝气器在养殖业中也有广泛的应用。

在鱼类养殖中，曝气器可以为鱼类提供充足的氧气，促进鱼类的生长和健康。

曝气器还可以用于虾、蟹等水产品的养殖中，提高水体的溶解氧浓度，改善养殖环境。

四、曝气器的优势与不足1. 优势曝气器可以提高水中溶解氧浓度，促进生物氧化反应和氧化反应的进行。

它具有结构简单、操作方便、效果明显等优势。

曝气器还可以根据实际需求进行调节，使其适用于不同的水处理和废水处理工艺。

纳米气泡杀菌的原理
1.极高的去污能力：纳米气泡具有非常小的尺寸，这使得它们能够渗透到难以接
触的区域，如紧密贴合的物体之间的狭窄空间。

当纳米气泡破裂时，会产生强大的力和冲击波，这显着提高了清洗能力，从而有助于去除附着在物体表面的细菌和病毒。

2.强大的氧化性：纳米气泡发生器产生的纳米级气泡水具有极强的氧化性，能够
迅速氧化细菌和病毒的细胞壁，使其失去活性，达到杀菌的目的。

同时，这些气泡还能将溶解在水中的重金属离子氧化成不溶于水的无毒高价化合物进行沉淀分离，从而去除有害物质。

3.微纳米气泡的物理特性：微纳米气泡具有比表面积大、上升速度慢、表面带有
负电荷等特性。

这些特性使得微纳米气泡能够增强对水中微小粒子的吸附作用，从而去除水中的杂质和细菌。

微纳气泡技术微纳气泡技术是近年来快速发展的一种新型技术，它具有高效、环保、节能等优点，在水处理、材料科学、医药等领域得到了广泛的应用。

本文将综述微纳气泡技术的研究进展和应用前景。

一、微纳气泡技术的原理及形成机制微纳气泡是指气泡直径小于1000μm，甚至小于10μm的气泡。

与传统气泡不同，微纳气泡围绕着几个特征：1. 直径小微纳气泡的直径相比传统气泡小很多，最小的只有几个纳米，这意味着微纳气泡内部的压力要比传统气泡高很多。

2. 寿命长传统气泡的存活时间短，一般只有几分钟，而微纳气泡的存活时间可以达到几个小时、甚至几天。

3. 高压局部在微纳气泡内部，由于气泡的小直径和高浓度的气体，局部气压很高，在水中形成的白色气体云就是微纳气泡团。

微纳气泡的形成主要有两个机制：一个是生物源性的机制，另一个是非生物源性的机制。

生物源性的机制指的是微纳气泡通过有机物的分解和厌氧微生物的代谢而产生，这种机制形成的微纳气泡寿命较短。

二、微纳气泡技术在水处理中的应用1. 水污染控制微纳气泡技术可以用来清除水中的微粒、悬浮物、有机物等污染物，尤其是可以对难以去除的油污进行有效处理。

研究表明，微纳气泡结合化学药剂可以去除水中的重金属等污染物。

微纳气泡也可以用来分离水中的不同离子种类，提高水的纯度。

2. 水资源开发微纳气泡技术可以用于水的深度处理和回用，可以将含有大量有机物质和病菌的废水处理成优质的再生水，并能有效降低生活污水的COD和BOD值，减少对环境的污染。

微纳气泡也可以用来增加水体溶氧量，提高水中生物的生存环境。

3. 水处理设备微纳气泡技术可以应用于水处理设备的清洗和消毒，可以清除管道和设备表面的菌斑、泡沫、水垢等污垢，保护设备的使用寿命。

微纳气泡可以用来增强水处理设备的处理效率，提高流量和处理速度。

微纳气泡技术在材料科学领域也具有广泛的应用前景。

1. 纳米材料制备与改性微纳气泡可以应用在制备纳米材料和改性纳米材料中，利用微纳气泡通过高压和高温的条件下使得材料发生一些物理和化学变化，可以改善纳米材料的性能和稳定性。

CFD-PBM框架下旋流式微泡发生器气泡动力学行为
邢继远
【期刊名称】《化学工程》
【年(卷),期】2024(52)3
【摘要】为探究旋流式微泡发生器气泡直径变化规律以及气泡动力学行为,采用欧拉-欧拉非均质气液二相模型求解流动参数,并耦合PBM(群体平衡模型)求解直径在1—1000μm内的14个直径气泡数密度变化,利用Luo破碎-Liao合并组合模型对旋流式微泡发生器内部的气泡破碎合并行为进行分析。

模拟计算结果与实验相近,说明CFD-PBM可以用来求解旋流式微泡发生器内部的气泡直径变化。

由此可知,模拟条件下,气泡破碎频率对于液体流速变化更加敏感,气泡合并频率对于当地含气率变化更为敏感;气相主要分布在旋流式微泡发生器的中轴线附近处,并且沿着中轴线可见细长分布类似龙卷风形状的大气泡区;液体流量增加及出口直径的减小均会促进出口气泡直径的减小;气泡直径对于入口气体流量的变化并不敏感,并且这种影响关系还受到出口直径的影响。

【总页数】7页(P59-65)
【作者】邢继远
【作者单位】中国科学院上海高等研究院;中国科学院大学
【正文语种】中文
【中图分类】TQ021.1
【相关文献】
1.旋流式微泡发生器的设计与试验研究
2.射流式微泡发生器三相流动行为研究
3.微泡浮选射流气泡发生器的研究
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文丘里气泡发生器的气泡尺寸及分布颜攀;黄正梁;王靖岱;蒋斌波;阳永荣【摘要】提出使用文丘里气泡发生器的微鼓泡反应器,以空气-水为模拟介质,高速相机为测量手段,考察操作条件和结构参数对文丘里气泡发生器气泡尺寸分布、气泡Sauter平均直径的影响.研究发现,文丘里气泡发生器的气泡Sauter平均直径随着气量的增大而增大,随着液量的增大而减小;当气孔位置位于喉管处时,气泡Sauter平均直径最小;当喉管液速为0.983～2.949 m/s时,气泡Sauter平均直径随气孔数量的增加而减小;当喉管液速为3.932～4.915m/s时,气泡Sauter平均直径随气孔数量的增加先减小后略有增大,当开孔数大于6时,气孔数量对气泡Sauter 平均直径的影响较小.通过对多组实验的回归分析,提出气泡Sauter平均直径与液相雷诺数、气相雷诺数的经验关联式,计算值与实际值吻合较好.%The Venturi bubble generator was applied in the micro bubble column reactor based on the airwater system in order to analyze the influences of operating conditions and structural parameters on the bubble size distribution and bubble Sauter mean diameter by the high speed camera.Results show that the bubble Sauter mean diameter increases under higher gas flow rate whereas it decreases under higher liquid flow rate.The bubble Sauter mean diameter reaches the minimum when air holes are located at the Venturi throat.When liquid velocity at the Venturi throat ranges from 0.983 to2.949 m/s,bubble Sauter mean diameter decreases with the increase in the number of air holes.While liquid velocity at the Venturi throat ranges from3.932 to4.915 m/s,bubble Sauter mean diameter decreases at first and then slightly increases.The number of the air hole has little influence onbubble Sauter mean diameter when it is more than 6.An empirical correlation of bubble Sauter mean diameter based on ReL and ReG was proposed through the regression analysis.The calculated values accorded well with the experimental data.【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2017(051)010【总页数】7页(P2070-2076)【关键词】鼓泡反应器;文丘里气泡发生器;微气泡;Sauter平均直径;气泡尺寸分布【作者】颜攀;黄正梁;王靖岱;蒋斌波;阳永荣【作者单位】浙江大学化学工程与生物工程学院,化学工程联合国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学化学工程与生物工程学院,化学工程联合国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学化学工程与生物工程学院,化学工程联合国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学化学工程与生物工程学院,化学工程联合国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学化学工程与生物工程学院,化学工程联合国家重点实验室,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TQ021Abstract：The Venturi bubble generator was applied in the micro bubble column reactor based on the airwater system in order to analyze the influences of operating conditions and structural parameters on the bubble size distribution and bubble Sauter mean diameter by the highspeed camera．Results show that the bubble Sauter mean diameter increases under higher gas flow rate whereas it decreases under higher liquid flow rate．The bubble Sauter mean diameter reaches the minimum when air holes are located at the Venturi throat．When liquid velocity at the Venturi throat ranges from 0．983to 2．949m／s，bubble Sauter mean diameter decreases with the increase in the number of air holes．While liquid velocity at the Venturi throat ranges from 3．932to 4．915m／s，bubble Sauter mean diameter decreases at first and then slightly increases．The number of the air hole has little influence on bubble Sauter mean diameter when it is more than 6．An empirical correlation of bubble Sauter mean diameter based on ReLand ReGwas proposed through the regression analysis．The calculated values accorded well with the experimental data．Key words：bubble column reactor；Venturi bubble generator；micro bubble；Sauter mean diameter；bubble size distribution微气泡具有比表面积大、气含率高、上升速度慢和溶解速度快等特点，广泛应用于废水处理［1］、酿酒［2］和好氧生物养殖［3］等领域．微气泡发生器的种类很多［4］，按微气泡的发生方式主要有以下几种：1）剪切破碎成泡，如文丘里型微气泡发生器；2）微孔成泡［5］，如微孔塑料、橡胶和陶瓷管等；3）降压或升温成泡［6］，如压力溶解型微气泡发生器．近几年，众多学者对微气泡发生器进行了一系列的探究，Onari等［7］发明了旋转液体型气泡发生器，利用高速旋转液体的离心作用来产生微气泡．Terasaka等［8］将微气泡应用于废水处理，利用微气泡比表面积大的特点，加速气体溶解，高效回收废水中的细碳颗粒．Sadatomi等［9］发明了文丘里气泡发生器，在圆管中部安装一个球体，形成突然缩小的流道，抽吸破碎气体形成微气泡．Sadatomi等［10］对上述文丘里气泡发生器作了改进，用圆孔代替球体、用嵌入式多孔板代替在管壁上开孔，能够产生微气泡．Gabbard［11］设计适用于除氙体系的文丘里气泡发生器，得到平均气泡直径与液速和表面张力的关联式．Gordiychuk等［12］研究气速、液速和气体入口直径对文丘里气泡发生器气泡尺寸分布的影响，关联了气泡平均直径与气速、液速的关系．鼓泡反应器内气泡尺寸与气液接触面积和传质系数密切相关［13］，气泡尺寸主要由气体分布器结构和填料物理性质决定［14］．近年来，众多学者对此作了一系列研究［15－18］，使用不同结构的气体分布器或填料可以生成最小直径为几个毫米的气泡．利用微气泡比表面积大的特点，可以增加气液两相的接触面积，从根本上强化相间传质，提高鼓泡反应器的性能．本文将文丘里气泡发生器应用于鼓泡反应器中，采用高速相机和Matlab图像处理程序测量气泡尺寸，统计气泡数目［19］，考察操作条件和气泡发生器结构参数对气泡尺寸分布、气泡Sauter平均直径的影响规律，期望为这种新型微鼓泡反应器的开发提供理论指导．1．1 实验装置与流程如图1所示，微鼓泡反应器实验流程包括反应器、气路系统、水路系统、检测仪器以及计算机数据采集系统5个部分．反应器上部分是一个长150 mm、宽20mm、高1 000mm的矩形床13，下部分是一个长150mm、宽40mm、高150mm的矩形腔9，由液体入口7、气体入口8和文丘里气泡发生器10组成．实验在常温、常压下开展，水从液体入口7通入，空气从气体入口8通入．在实验过程中，通入反应器的气体体积流量qVG为0．003 6～0．036m3／h，液体流量qVL为0．1～0．5m3／h．实验所用的文丘里气泡发生器如图2所示．进出口直径均为26mm，高度为80mm；喉管位于中部，喉管直径dv＝6mm；在喉管周向均布有6个气孔，气孔直径do＝1mm；在文丘里气泡发生器下方20mm处安装直径为40mm的圆形挡板，防止气体直接从文丘里气泡发生器的底部入口进入．1．2 实验测试方法和数据处理采用高速相机和Matlab图像处理程序测量气泡尺寸，统计气泡数目．在实验开始前，将高速相机安装在离反应器水平距离0．4m处和离文丘里气泡发生器垂直距离0．1m处，并将高速相机连接到电脑，打开图像采集软件，启动离心泵和风机，调整阀门开度，使得气体流量和液体流量分别达到规定值．在测量过程中，每个实验条件下的测量次数不少于3次．将原始图像导入电脑中，用Matlab图像处理程序对原始图像进行处理．如图3所示，分为3步：1）以图3（a）所示的标尺为参考物，将参考长度l取为80mm；2）选择计算区域，截取图3（a）中合适的矩形区域，如图3（b）所示；3）对图3（b）进行灰度处理，如图3（c）所示，统计气泡个数和计算气泡尺寸．第i个气泡的面积为式中：Si为实际气泡成像后在平面上的投影面积．该气泡的等效圆直径为气泡Sauter平均直径d32为为了揭示微鼓泡反应器中d32随气速、液速的变化规律，采用量纲分析法对结果进行回归处理，液相雷诺数ReL和气相雷诺数ReG分别为式中：ρL、ρG分别为液相和气相的密度，μL、μG分别为液相和气相的黏度．2．1 操作条件对文丘里气泡发生器的影响2．1．1 气泡尺寸分布如图4所示，在相同液量下，随着气量的增大，气泡尺寸逐渐增大．当qVG＝0．003 6和0．006m3／h时，气泡尺寸较小，如图4（a）、（b）所示；当qVG＝0．012m3／h时，出现尺寸较大的气泡，如图4（c）所示；当qVG＝0．024和0．036 m3／h时，大气泡的数量增加，气泡尺寸较大，如图4（d）、（e）所示．如表1所示，Nb为气泡数．小气量下的气泡尺寸db分布窄，产生许多微气泡（本文将直径＜1mm的气泡定义为微气泡），大气量下的气泡尺寸分布宽；随着气量的增大，大气泡从无到有，且数量逐渐增多，微气泡的数量变化不大．根据文丘里气泡发生器的工作原理可知，当气量较小时，富集在文丘里气泡发生器周围的气体较少，少量气体被抽吸进入管内，进而被高速液体破碎为微气泡，单位气体获得的液体能量多；当气量较大时，富集在文丘里气泡发生器周围的气体较多，进入管内的气体增多，一方面，在相同的液量下，单位气体获得的液体能量变少，另一方面，由于形成的气泡数目变多，较大的气泡密度导致气泡的聚并变得严重，气泡尺寸变大．在测量过程中，每个实验条件下测量次数不少于3次，实验结果均具有相同的变化规律．当液量一定时，随着气量的增大，大气泡从无到有且数量逐渐增多，但是微气泡的数量变化不大．在改变液量后，可以得到类似的变化规律．实验结果的重复性较好．如图5所示，在相同气量下，随着液量的增大，气泡尺寸逐渐减小．当qVL＝0．1m3／h时，几乎没有小气泡，气泡尺寸较大，如图5（a）所示；当qVL＝0．2和0．3m3／h时，大气泡的数量减少，出现小气泡，如图5（b）、（c）所示；当qVL＝0．4和0．5m3／h时，大气泡逐渐消失，气泡尺寸小且分布较均匀，如图5（d）、（e）所示．如表2所示，小液量下气泡尺寸分布宽，大液量下气泡尺寸分窄；随着液量的增大，微气泡的数量急剧增大，大气泡的数量逐渐减小，直至消失．这是由于在相同气量下，当液量较小时，喉管处的液速较低，在喉管处形成的真空度较小，气体被抽吸进入管内，由于液速较低，液体的剪切破碎能力较小，形成的气泡尺寸较大；当液量较大时，喉管处的液速较大，在喉管处形成的真空度较大，气体被抽吸进入管内，经过高速液体的破碎后，形成许多微气泡．在喉管处，气体被卷吸、掺混到液体中，在液体的脱曳力作用下，气体被加速至液体的速度．液体速度越大，液体的脱曳力作用越强，气液间的相互作用越强，形成的小气泡数量越多．2．1．2 气泡Sauter平均直径如图6所示，当气量一定时，气泡Sauter平均直径随着液量的增大而减小；当液量一定时，气泡Sauter平均直径随着气量的增大而增大．这是由于当气量一定时，液量越大，喉管处液速越大，液体对气体的抽吸和破碎作用越强，体系的紊乱程度越高，气流被液相分割成的气泡尺寸越小；当液量一定时，气量越大，进入管内的气体越多，单位气体获得的液体能量越少，形成的气泡尺寸越大．为了定量研究液量和气量对文丘里气泡发生器气泡尺寸的影响，利用实验数据，采用下式关联气泡Sauter平均直径d32和液相雷诺数ReL、气相雷诺数ReG的关系［12］：通过拟合可得，a＝12．052，b＝－0．494，c＝0．292．如图7 所示，d32，e为实验值，d32，c为计算值，实线表示计算值和实验值没有误差，上方虚线表示计算值和实验值的误差为＋20%，下方虚线表示计算值和实验值的误差为－20%．实验值和计算值的相对误差控制在20%以内，模型的准确性较高．实验值和计算值产生误差的原因主要有以下2点：1）系统误差，例如仪器测量精度的影响；2）图像识别算法引起的误差，例如气泡形状、气泡重叠的影响．Gordiychuk等［12］提出的Sauter平均直径关联式中，b＝－0．96，c＝0．24，与该实验得到的值有较大差异．造成差异的原因可能有以下2点：1）文丘里气泡发生器的安装方式不同，Gordiychuk等［12］采用水平安装，该实验采用竖直安装；2）Gordiychuk等［12］在实验中采用的液气比远远高于该实验中采用的液气比，这使得该实验中气量对气泡尺寸的影响更加明显，因此导致c增大，b减小．2．2 结构尺寸对文丘里气泡发生器的影响2．2．1 气孔位置图8（a）、（b）分别给出当qVG＝0．003 6和0．036m3／h时气孔位置对气泡 Sauter平均直径的影响，气孔位置分别位于喉管z＝0、喉管上方z＝5mm和喉管上方z＝10mm处．从图8可以看出，气孔位置从z＝0移到z＝5mm后，气泡Sauter平均直径增大；气孔位置从z＝5mm移到z＝10mm后，气泡Sauter平均直径的变化趋势不明显．在该实验条件下，文丘里气泡发生器内的气液混合物处于亚声速流动，气泡集中破碎的区域在喉管z＝0附近［20］．应该保证气孔位置位于气泡集中破碎区域，使进入管内的气体得到充分的破碎，形成微气泡．实验结果表明，气孔位置位于z＝0处，得到的气泡Sauter 平均直径最小．2．2．2 气孔数量图9（a）、（b）分别给出当qVG＝0．003 6和0．036m3／h时，气孔数量对气泡Sauter平均直径的影响．其中，气孔直径为1mm，气孔数量分别为3、6和12，气孔均匀分布于喉管处．从图9可以看出，当喉管液速为0．983～2．949m／s（液量为0．1～0．3m3／h）时，气泡Sauter平均直径随气孔数量的增加而减小；当喉管液速为3．932～4．915m／s（液量为0．4～0．5m3／h）时，气泡Sauter平均直径随气孔数量的增加先减小后略有增大，在开孔数＞6后，气孔数量对气泡Sauter平均直径的影响较小．当液量较小时，随着气孔数量的增加，气相流通面积增大，在相同气量下，过孔气速减小，使得喉管处初始生成的气泡尺寸减小［13］，经液体射流剪切后，气泡Sauter平均直径相应减小．当液量较大时，液体的剪切破碎作用强，在开孔数＞6后，气孔数量和初始气泡尺寸对气泡尺寸的影响较弱，液体剪切破碎作用对气泡尺寸的影响占主导地位．此时，再增大气孔数量（即减小初始气泡尺寸），气泡尺寸不会发生明显变化．（1）考察气量和液量对文丘里气泡发生器气泡尺寸分布、气泡Sauter平均直径的影响．通过研究发现，当液量一定时，气量越小，气泡尺寸分布越窄；当气量一定时，液量越大，气泡尺寸分布越窄．气泡Sauter平均直径随着气量的增大而增大，随着液量的增大而减小．在实验条件下，回归得到气泡Sauter平均直径的经验关联式，计算值与实际值吻合较好．（2）考察气孔位置和气孔数量对文丘里气泡发生器气泡Sauter平均直径的影响．当气孔位置位于喉管处时，气泡Sauter平均直径最小；当喉管液速为0．983～2．949m／s时，气泡Sauter平均直径随气孔数量的增加而减小；当喉管液速为3．932～4．915m／s时，气泡Sauter平均直径随气孔数量的增加先减小后略有增大，当开孔数＞6后，气孔数量对气泡Sauter平均直径的影响较小．【相关文献】［1］TERASAKA K，HIRABAYASHI A，NISHINO T，et al．Development of microbubble aerator for waste water treatment using aerobic activated sludge［J］．Chemical Engineering Science，2011，66（14）：3172－3179．［2］DEVATINE 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