水力空化技术在水处理领域的研究进展

空化水射流的研究进展王建杰;陈立宇;杨夏明;许桢英;王匀【摘要】Cavitation is a physical and chemical phenomena that bears a large energy, which can affect every aspect of life, especially on water conservancy and irrigation machinery. With the development of science and technology, people are increasingly aware of the tremendous potential of cavitation, and then tend to utilize it, especially the cavitation wa-ter-jet. In the review, the research background of cavitation water-jet application was introduced firstly. Then progress of research in its application to oil production, environmental chemical engineering, cleaning and derusting as well as ma-terial surface modification and strengthening was described. Finally follow-up development direction of cavitation wa-ter-jet technology was proposed.%空化现象是一种蕴藏着巨大能量的物理与化学现象，它能够影响到生活的方方面面，尤其对水利机械和水利工程的影响最为显著。

水力空化技术及其对压载水的预处理刘亮; 陈黄骞; 吕伟【期刊名称】《《船舶》》【年(卷),期】2011(022)004【总页数】4页(P38-40,44)【关键词】空化; 空泡; 孔板【作者】刘亮; 陈黄骞; 吕伟【作者单位】上海海事大学商船学院上海201306【正文语种】中文【中图分类】U664.80 引言1753年欧拉（Euler）指出［1］：“水管中某处的压强若降到负值时，水即自管壁分离，而该处将形成一个真空空间，这种现象应予以避免”。

19世纪后半叶，随着蒸汽机船的发展，发现螺旋桨转数提高到一定程度反而会使航行速度下降，1873年雷诺曾解释这种现象是因为当螺旋桨上压强降低到真空时吸入空气所致［2］。

1897年巴纳比和帕森斯在英国“果敢”号鱼雷艇和几艘蒸汽机船相继发生螺旋桨效率严重下降事件以后，提出了“空化”的概念，并指出在液体和物体间存在高速相对运动的场合可能出现空化［3］。

此后，由空化产生的种种不利影响相继被发现，从而引起了人们的关注和研究。

空化问题的研究最先开始是在船舶制造行业之中，然后才相继扩展到了其他行业，比如像水力机械，水木建筑等领域中。

起初学者们研究空化的最主要目的是为了避免产生空化，进而避免空蚀的作用。

虽然研究目的不同，但是他们的研究成果还是为后来学者们在水力空化技术研究领域提供了理论上的指导。

随着人们对空化技术理论知识的进一步研究和探讨，人们逐渐开始意识到空化技术不是只会带来负面影响，也可以利用空化技术来造福人类。

最开始人们是利用超声波发生装置来产生空化，并且把空化现象中空泡溃灭时产生的高聚能量当作一种对化学反应过程的能量输入的方法，并取得了很大的进展［4］。

在实验室里，研究人员利用空化产生的超高温高压来促进化学反应，杀灭废水的细菌等等，但是超声空化很难实现工业化［5］，于是研究人员逐渐转移研究方向进而研究另外一种空化技术，即水力空化技术。

在机械生产和日常生活当中经常会出现水力空化现象，比如在船舶的螺旋桨，变径管道中等，而且所有水力机械装置和液流通道（如水泵，水轮机等），都有可能会发生空化和空蚀现象。

矿井水处理技术及研究进展矿井水处理技术是矿业发展中非常重要的环境保护措施之一，其目的就是将矿井水污染物去除或降低至国家规定的排放标准，以保护环境和人类健康。

随着矿业的快速发展，矿井水的处理技术也在不断革新和进步。

本文将介绍一些矿井水处理技术及其研究进展。

1. 传统的矿井水处理技术：传统的矿井水处理技术主要包括物理处理、化学处理和生物处理。

物理处理包括固液分离、颗粒物沉淀和过滤等。

化学处理包括中和、氧化还原、沉淀、吸附和螯合等。

生物处理包括活性污泥法、湿地净化法和微生物生态修复技术等。

2. 先进的矿井水处理技术：随着科技的发展和环保意识的增强，一些先进的矿井水处理技术也开始应用于矿井水处理领域。

膜分离技术可以通过微孔膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等选择性地去除矿井水中的污染物。

电解技术可以通过电解池中的阳极和阴极间发生氧化还原反应，使矿井水中的有机物氧化分解，从而去除有机污染物。

高级氧化技术如臭氧氧化和紫外光催化等也被广泛应用于矿井水处理中，可以有效地降解水中有机物和重金属。

3. 矿井水处理的研究进展：近年来，矿井水处理领域的研究不断推动了矿井水处理技术的发展和创新。

研究人员一方面对传统技术进行改进和优化，提高了其处理效果和经济性；也开展了一些新技术的研究和开发，提出了许多新的矿井水处理方法。

利用纳米材料如纳米铁和纳米钛等对矿井水中的污染物进行吸附和催化降解；利用生物技术如菌群修复等对矿井水进行净化和修复；利用光催化技术如可见光催化等对矿井水中的有机物进行降解。

这些新技术的研究不仅提高了矿井水处理效率，还减少了对环境的污染。

矿井水处理技术及其研究进展对于保护环境、促进矿业可持续发展具有重要意义。

随着科技的不断进步和环保意识的不断提高，矿井水处理技术将会进一步完善和创新，为矿业发展提供可靠的环境保护措施。

水处理技术的现状与展望一、引言随着人口的不断增加和工业发展的加快，水资源的需求和污染问题日益突出。

水处理技术作为保障水资源安全和环境可持续发展的重要手段，正变得越来越重要。

本文将对当前水处理技术的现状进行梳理与分析，并展望未来的发展方向。

二、物理处理技术1. 沉淀沉淀是一种常用的水处理方法，通过加入化学药剂将悬浮颗粒物沉淀下来。

目前，化学药剂的种类和配方日益完善，沉淀效果得到极大改善。

同时，新型沉淀剂的开发也有望实现对特定污染物的高效去除。

2. 过滤过滤是另一种常见的物理处理技术，通过过滤介质，将悬浮颗粒物截留在介质表面。

现在，随着材料科学的进步，新型过滤介质（如纳米纤维材料）的研发取得了显著进展，其过滤效率和寿命得到大幅提升。

三、化学处理技术1. 活性炭吸附活性炭由于其高比表面积和杰出的吸附性能，成为了水处理中常用的化学处理技术。

目前，研究者们正专注于改善活性炭的孔结构和表面性质，以提高吸附效果。

2. 高级氧化技术高级氧化技术是一种利用高能量氧化剂，如臭氧、过氧化氢等，进行水处理的新兴技术。

通过产生高度活性自由基，高级氧化技术能够降解水中有机污染物，有效消除水中各类难降解有机污染物。

四、生物处理技术1. 活性污泥法活性污泥法是一种利用生物体（一般为微生物）对水中有机污染物进行降解的技术。

目前，活性污泥法已得到广泛应用，并在污水处理中取得了显著效果。

未来，生物学家们将重点研究活性污泥法对特定污染物的适用性，并加强对微生物行为的研究。

2. 自然湿地处理自然湿地具有自净能力，能有效去除水中的氮、磷和有机污染物。

未来，进一步研究自然湿地对重金属等难降解污染物的去除能力，开展人工湿地技术的应用研究，将有助于提高湿地处理技术的效率和减少对自然湿地资源的依赖。

五、前沿技术展望1. 微纳米技术在水处理中的应用随着微纳米技术的进步，纳米材料的制备和表征技术日益成熟，纳米材料在水处理中的应用也将得到广泛开发。

这些纳米材料具有巨大的比表面积和特殊的形貌结构，对水中微量有害物质具有高效去除能力。

水利机械内空化、空泡和空腔的深入分析-水利水电论文-水利论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——引言水力机械的空化、空蚀和稳定运行问题历来是水力机械行业共同关注的基本问题。

经过近百年来的研究探索，特别是不锈钢等抗空蚀材料的大量采用，空蚀对水力机械的危害程度已有所减轻，水力因素导致的水力机械运行不稳定也得到一定扼制。

但是，当空化发生后，水中掺杂了空化气泡（以下简称空泡）或空化空腔（以下简称空腔），水流变成了气液两相流，使原来的单相流特性产生了很大的变化。

过去有许多概念和认识是建立在单相流基础上的，关于空化和压力脉动、压力脉动和空蚀等之间的关系及空泡和空腔在其中的作用等不是很清楚，甚至有部分错误的认识和理解，给深入研究和解决水力稳定性等问题带来一定影响。

本文拟从对空化、空泡和空腔的深入分析入手，解析它们对两相流条件下稳定性等带来的危害，以进一步理清它们之间的相互关系。

1 空化、空泡和空腔一般的气泡内部压力大多高于或接近于大气压，通常在水力机械模型试验时看到的游离气泡和部分附着在流道表面的气泡多属于该类气泡。

空泡则是指水体空化后产生的气泡，且空泡内的压力通常都低于空化压力。

空泡属于气泡，但不同于一般气泡，二者最大、最本质的区别在于内部压力是否低于空化压力。

当然，空泡内的主要成分是水蒸汽，氮气、氧气等空气中主要成份较少；而水中的游离气泡则不同，其主要成分是空气。

高压气泡在水中的存在方式由其压力属性决定，只能存在于其适合的压力区。

当其附着于叶片等流道表面时，可能随压力变化而改变尺寸大小，反而不易被裹夹进水流；只有当压力降低到负压甚至汽化压力之后，这些气泡才更容易被吸走，这也是空化试验前先抽真空并保持一段时间的原因之一。

那些游离于水中的高压气泡也不例外，其只能存在于高压区，即使偶尔被水流裹夹进低压区，一旦失去裹夹力的限制，其自然会漂移至高压区，这也是通常称其为游离气泡的原因。

许多水电站试图用补气的方式消除压力脉动没有成功，大多是因为补气位置选择不当，补气点压力高，补入的高压空气和游离气泡一样向高压区漂移，大部分空气没有进入低压空腔，因此起不到降低压力脉动作用。

水力空化技术的研究及其应用
张健东;孙三祥;乔慧琼
【期刊名称】《环境科学与管理》
【年(卷),期】2007(032)005
【摘 要】水力空化是一种新的水处理技术.作为一种新技术,水力空化已经应用于化
学和环境领域.本文阐述了水力空化的机理,包括空化的产生、发展及溃灭的过程,并
提出了空泡溃灭时产生的高温高压是水处理过程中的能量来源.研究了影响水力空
化的因素,介绍了其在国内外的研究进展,以及水力空化的动力学基础,指出了该领域
目前存在的问题以及以后的研究方向,对进一步深入研究空化现象及应用有一定的
参考作用.

【总页数】5页(P65-69)
【作 者】张健东;孙三祥;乔慧琼
【作者单位】兰州交通大学,环境与市政工程学院,甘肃,兰州,730070;兰州交通大学,
环境与市政工程学院,甘肃,兰州,730070;兰州交通大学,环境与市政工程学院,甘肃,
兰州,730070

【正文语种】中 文
【中图分类】X703.1
【相关文献】
1.应用水力空化射流技术提高灰岩地层钻速 [J], 鲍洪志
2.水力空化联合臭氧氧化灭藻技术的实际应用 [J], 武志林;王伟民;李维新;赵诣;汤
传栋;Giancarlo Cravotto
3.水力空化技术在有机废水处理中的应用 [J], 王西奎;邢乃军;王金刚;国伟林;朱玉
萍
4.水力空化技术在农村污水处理中的应用研究 [J], 冯中营;王子荣;王烽宇;刘美琴;
柴立臣;马淼;宁健;赵婷婷
5.水力空化技术在废水处理中的研究与应用进展 [J], 魏群;肖波

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水处理技术的发展趋势及其应用研究水是生命之源，人们的日常生活和工业生产都离不开水。

但随着人口增长和经济发展，水资源的供需矛盾日益加剧，水环境问题日益突出，水污染事故也屡屡发生。

水处理技术成为解决水资源和水环境问题的重要手段。

本文将从水处理技术的发展趋势和应用研究两个方面进行探讨。

一、水处理技术的发展趋势1. 新材料的应用水处理技术中，新材料的应用是近年来的重要趋势之一。

新型吸附剂、膜材料、触媒等在水处理中的应用不断推进。

例如，络合树脂、离子交换树脂等吸附剂具有高选择性、高效率的优点，能够有效去除水中的重金属、有机物等污染物；新型纳米材料如氧化石墨烯、石墨烯纳米带等，具有较小的孔径和巨大的比表面积，可以用于制备高分子膜、纳滤膜等；新型触媒材料如金属有机框架材料、混合金属氧化物等，可用于有机物的氧化降解或光催化降解等方面。

2. 高效、低能耗的技术随着能源危机的日益突出，研究新型、高效、低能耗的水处理技术成为重要的趋势。

例如，利用压力传动的反渗透技术、电渗析技术等，具有高效的去除污染物能力和低能耗的优点；微生物代谢、生物质分解等自然界的生物处理技术，具有不需外部能源、低成本、环保等优点。

3. 微生态原理的应用微生态原理的应用也是水处理技术的一大趋势。

微生态技术利用微生物的多样性和稳定性，在水体中建立有机体大量繁殖和自净的微生态系统。

水处理工艺中的微生态原理应用包括厌氧处理、好氧/厌氧结合处理、曝气沉淀法、生物滤池等。

水处理微生态技术具有容错性强、处理效果稳定、投资和运行成本低等优点。

二、水处理技术的应用研究1. 污染源治理污染源治理是水处理技术的应用重点之一。

对于不同的污染物，需要针对不同的源头进行治理。

例如，工业废水和污泥中的重金属、有机物等需要进行生物、化学、物理等多种手段的联合治理；城市生活污水中的营养盐、有机物等需要通过生物除磷、除氮等方式进行处理。

2. 农业水循环利用在农业生产中，大量水资源被消耗和浪费。

2021年1月Jan. 2021第41卷第1期Vol. 41 No. 1水利水电科技进展Advances in Science and Technology of Water Resources DOI ：10. 3880/j. issn. 1006 7647. 2021. 01. 014水工建筑物初生空化数及其比尺效应研究进展郑雪玉w,3，吴时强3,杨家修1(1.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳550081；2.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072；3.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210029)摘要：水工建筑物结构水力设计中通常涉及防空蚀设计，一般规定水流空化数滓［<0. 3的区域或者流速大于15 m/s 的部位要进行防空蚀设计。

水工建筑物不同部位结构，初生空化数不同，该值的 分析一方面通过理论计算，另一方面则是通过减压模型试验，试验不可避免地存在比尺效应。

对目前国内外初生空化数的计算公式加以总结，指出不同公式的优缺点及适用条件；对初生空化的比尺 效应进行相应归纳，为模型试验测定初生空化数提供新的思考方法；同时总结了水工建筑物不同部位初生空化判断标准，为相应的设计研究提供具体详细的指导。

关键词：水工建筑物；初生空化；空蚀；比尺效应；判断标准中图分类号:TV131.3+2文献标志码:A 文章编号：1006 7647(2021)01 0087 08Research progress of incipient cavitation number and its scale effects in hydraulic structures//ZHENG Xueyu 1，2,3,WU Shiqiang 3 , YANG Jiaxiu 1 ( 1. Power China Guiyang Engineering Corporation Limited , Guiyang 550081, China ；2. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science , Wuhan University , Wuhan 430072, China ；3. State Key Laboratory of Hydrology- Water Resources and Hydropower Engineering , Nanjing Hydraulic Research Institute ,Nanjing 210029, China )Abstract : Anti erosion design is usually involved in the hydraulic design of hydraulic structures. It is generally stipulatedthat the anti-erosion design should be carried out in the area with cavitation number 滓 < 0. 3 or with the flow velocity greater than 15m/s. The initial cavitation number is different in different parts of hydraulic structures. The value is analyzed not only through theoretical calculation, but also through pressure reduction model tests in which scale effect inevitably exists. The calculation formulas of primary cavitation number at home and abroad were summarized, and the advantages and disadvantages of different formulas and applicable conditions were put forward. The scale effects of primary cavitation were summarized, providing a new thinking method for the determination of incipient cavitation number in model experiment. The criteria of incipient cavitation in different parts of hydraulic structures were summarized, which provides specific and detailed guidance for corresponding design and research.Key words : hydraulic structure ； incipient cavitation ； cavitation erosion ； scale effects ； criteria空化空蚀现象于1893年最先在军用驱逐舰和汽轮机螺旋桨中发现,30年后在水电水利工程的高水头泄水建筑物中出现。

水处理技术的发展现状及未来趋势分析近年来，水污染问题愈发严重，人们对水的安全和可持续发展的日益关注也使得水处理技术的研究和发展成为一个热门领域。

随着科技的不断进步，现代水处理技术也得到了大幅度提高，并取得了一些成果，但也面临一些难点和未知之痛。

本文将从各方面对水处理技术的现状和未来进行分析探讨。

一、水处理技术的发展现状1.物理方法物理方法是一种古老的水处理技术，其使用与之前相比已有了很大的改进。

传统的物理方法包括一些简单的过滤方法，如沉淀、搅拌、过滤、吸附等。

这些方法虽然已经开始落伍，但是它们的基本原理对于现代的水处理技术至关重要。

现代物理方法的改进包括微膜过滤、闪蒸蒸馏、反渗透和气体扩散等方法，这些方法更加高效，能够去除污染物并使水变得更加透明。

2.化学方法化学方法是另一种常见的水处理技术。

化学方法使用一系列将水净化的化学药剂。

例如，石灰（氢氧化钙）可以中和水中的有机和无机酸。

除了中和以外，化学处理也包括挥发性和非挥发性的物质，如砷和氰化物等有害物质。

而在现代化学处理方法中，活性炭和氧化剂是最常用的。

3.生物处理方法生物水处理技术也是一种广泛应用的技术。

生物处理方法依靠于一些特殊的微生物来将化学污染物合成为更为简单的化合物。

生物水处理技术分为两种类型，一种是好氧处理，另一种是厌氧处理。

在好氧处理中，微生物氧化化学污染物，并将其转化为二氧化碳和水。

在厌氧处理中，微生物在没有氧气的状态下转化化学污染物，产生二氧化碳、甲烷等。

二、水处理技术的未来发展趋势虽然我们正在利用各种现代化技术来解决水污染问题，但是未来的水处理技术需要更多的创新和改进，并且需要解决一些基本难点，例如:1.可持续性虽然很多水处理技术已经发展到一定的水平，但是很多水处理技术还需要更加环保和可持续。

不同水域需要使用不同的技术，这就是为什么未来必须更加注重可持续性的原因，因为环境需要不断地被保护。

2.高效性现代科技发展的很快，各行各业都在寻找更加节省资源和节省时间的方法。

Use of hydrodynamic cavitation in (waste) water treatment水力空化在水处理中的应用作者：Matevz Dular，Dular, Tjaša Griessler-Bulc, Ion Gutierez, Ester Heath, Tina Kosjek, Aleksandra Krivograd Klemenčič, Martina Oder, Martin Petkovšek, Nejc Rački, Maja Ravnikar, Andrej Šarc, Brane Širok, Mojca Zupanc, Miha Žitnik, Boris KompareArticle Info 文献信息Article history：文献历史Received 29 October 2014 接收日期2014.10.29Received in revised form 8 October 2015 修改接收日期2015.10.08Accepted 15 October 2015 接受日期2015.10.15Available online XXXXKeywords：关键词Wastewater 废水Cleaning 净化Hydrodynamic cavitation 水力空化Pharmaceuticals药物Cyanobacteria蓝藻Microalgae 微藻Viruses 病毒Legionella bacteria 军团菌ABSTRACT摘要The use of acoustic cavitation for water and wastewater treatment(cleaning) is a well known procedure. Yet, the use of hydrodynamic cavitation as a sole technique or in combination with other techniques such as ultrasound has only recently been suggested and employed声空化用于水和废水处理(净化)是一个众所周知的过程。

我国煤矿水力化技术瓦斯治理研究进展及发展方向一、内容综述随着我国煤矿安全生产的不断加强和水资源合理利用的需求增加，煤矿水力化技术得到了广泛的关注和应用。

在水力化采煤过程中，瓦斯的有效治理是保障矿井安全的重要环节之一。

本文对我国煤矿水力化技术瓦斯治理的研究进展进行了综述，并展望了未来的发展趋势。

我国水力化技术起步于 20 世纪 60 年代，经过几十年的发展，已成为矿井通风排水中广泛应用的技术手段。

煤矿水力化技术主要包括管道输送、增压泵站等手段，广泛应用于低瓦斯和瓦斯科特煤层。

水力化技术在瓦斯治理方面具有显著优势。

通过排水可以降低矿井内的瓦斯浓度，减少爆炸风险；水力化技术可以与抽放系统相结合，提高瓦斯抽采效率；水力化技术还可以用于火区治理和水源保护，为矿井的安全提供有力保障。

尽管水力化技术在瓦斯治理中取得了显著的成效，但仍面临一些挑战，如技术难题、设备老化、水资源浪费等问题。

针对这些问题，需要进一步加强技术研发和创新，提高设备的性能和可靠性，推广可持续发展的水资源利用模式，以实现水力化技术与瓦斯治理的协调发展。

1. 煤矿安全开采的重要性随着经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大。

在此背景下，煤矿开采业在我国经济发展中扮演着重要角色。

在煤矿开采过程中，安全事故频发，尤其是瓦斯事故，造成了巨大的人员伤亡和环境破坏。

煤矿安全开采的重要性不言而喻。

水力化技术作为一种创新的瓦斯治理方法，既有助于降低瓦斯的危害，又能提高煤矿开采的安全性。

通过利用水射流技术进行瓦斯抽采，可以有效降低煤层中的瓦斯浓度，从而减少瓦斯事故的发生。

水力化技术还能提高煤炭资源的回收率，为煤炭企业创造更多的经济效益。

加强煤矿水力化技术的研究和应用，对于保障煤矿安全、推动煤炭工业可持续发展具有重要意义。

2. 水力化技术在煤矿安全生产中的应用随着煤矿安全生产问题日益凸显，水力化技术以其独特的优势在煤矿安全生产中发挥着越来越重要的作用。

通过矿井水的净化、输送和处理，可以有效地降低煤矿生产过程中的安全风险。

水处理技术的研究与发展趋势随着城市化进程的不断发展，人口的增加以及工业、农业生产对水资源的需求增加，水污染问题日益严重。

水是人类赖以生存的重要资源，水污染不仅严重影响人类的健康和环境，也制约着社会的可持续发展。

因此，水处理技术的研究和发展具有重要意义。

本文将就现阶段的水处理技术的研究与发展趋势作进一步探讨。

一、传统水处理技术1.1 生物处理技术生物处理技术是传统的水处理技术之一，其应用广泛，具有较高的稳定性和可靠性。

生物处理技术主要包括活性污泥法、生物膜法、曝气生物反应器等。

其中，活性污泥法是最为常见的一种方法，这种方法通过将废水与生物体接触，将其中的有机物质发酵、氧化和还原成无害物质。

该方法具有处理效果好、容易控制等优点。

1.2 物理化学处理技术物理化学处理技术主要包括沉淀法、混凝沉淀法、吸附法、氧化法等。

这些方法常常结合使用，以达到更好的处理效果。

其中，沉淀法主要是通过化学氧化或还原的方法来去除溶液中的有害物质；混凝沉淀法主要是通过添加混凝剂，使其中的悬浊液颗粒聚集成大颗粒物质，然后通过沉淀将其去除。

二、新兴水处理技术2.1 膜技术近年来，膜技术得到了广泛应用，并取得了重要的技术进步。

膜技术能够有效去除水中的悬浮物、有害物质和微生物，广泛应用于市政供水、饮料制造、食品加工、医药工业等领域。

目前，膜技术主要包括超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。

反渗透膜技术在水处理领域得到了广泛应用，其能够较彻底地去除水中的有机物质和微生物，处理后的水质量稳定，达到了国家饮用水标准。

2.2 高级氧化技术高级氧化技术主要是利用过氧化氢、臭氧、紫外线等物理使污染物质产生极性反应，使其得到降解和去除。

这种技术能够快速、高效地去除水中难以降解的有机物质和微生物，是一种比较有效的水处理方法。

但其设备成本高、操作难度大，需要特别的技术支持。

2.3 离子交换法离子交换法利用固体离子交换树脂来去除水中的离子，得到纯净的水。

离子交换法广泛应用于纯水制备、盐水去离子、制药业等领域。

2020 年8 月Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Aug. 2020文章编号：1003-9015(2020)04-0884-06特斯拉阀水力空化的数值研究王涛, 王昊文, 林煜琛, 陈珉芮, 钱锦远(浙江大学能源工程学院化工机械研究所, 浙江杭州310027)摘 要：为了研究特斯拉阀在反向流动时会发生的水力空化现象，基于流场仿真软件Fluent，选择标准κ-ε湍流模型，针对特斯拉阀的角度、圆的半径、出半圆后的直流管长度这3个参数，采用有效空化面积对水力空化的影响进行数值分析。

结果表明，角度越小、圆的半径越小、出半圆后的直流道长度越小、整体空化效果越好，最终优化结果为φ=35°，R=12.28 mm，L=14.87 mm。

同时，基于空化数表征的空化强度研究发现，特斯拉阀的空化效果明显优于圆形孔板空化器。

研究可为特斯拉阀在水力空化以及对应的水力空化污水处理领域的应用提供积极的借鉴意义。

关键词：水力空化；特斯拉阀；汽含率；计算流体力学中图分类号：TQ051.1 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-9015.2020.04.005 Numerical study of hydrodynamic cavitation in Tesla valvesWANG Tao, WANG Hao-wen, LIN Yu-chen, CHEN Min-rui, QIAN Jin-yuan(Institute of Process Equipment, College of Energy Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract:Numerical analysis based on the standard κ-ε turbulence model using ANSYS-Fluent was carried out to study the cavitation in Tesla valve when the reverse flow happens and to observe the effect of three parameters: the angle of Tesla valve φ, the radius of circle R and the length of straight tube after the semicircle L on the hydrodynamic cavitation with effective cavitation area. The results show that the smaller the angle, the smaller the radius of the circle and the smaller the length of the straight tube after the semicircle exit, the stronger the overall cavitation effect. The optimization result is φ=35°, R=12.28 mm,L=14.87 mm. The comparison of cavitation using cavitation number as index indicates that Tesla valves have a better cavitation effect than the round orifice plates.Key words: hydrodynamic cavitation; Tesla valve; gas volume fraction; computational fluid dynamics1前 言随着经济的快速发展，各行各业的污水排放量大增，水资源的短缺问题将更加突出[1]。

《光催化强化水力空化对大肠杆菌的去除效果及机理研究》一、引言随着工业化和城市化的快速发展，水体污染问题日益严重，其中细菌污染尤为突出。

大肠杆菌作为一种常见的指示性细菌，其存在严重威胁了人们的饮水安全。

因此，研究和开发有效的细菌去除技术变得尤为重要。

光催化技术作为一种新兴的环保技术，具有高效、环保、无二次污染等优点，被广泛应用于水处理领域。

本研究通过光催化强化水力空化技术对大肠杆菌进行去除，探讨其去除效果及机理。

二、材料与方法1. 材料实验所用菌种为大肠杆菌，光催化剂为纳米TiO2，水力空化设备为自制的实验装置。

2. 方法（1）光催化实验：将TiO2粉末添加到含大肠杆菌的水样中，利用特定波长的光源进行照射，观察其去除效果。

（2）水力空化实验：通过自制的设备产生水力空化现象，观察其对大肠杆菌的去除效果。

（3）光催化强化水力空化实验：将光催化与水力空化相结合，观察其联合作用对大肠杆菌的去除效果。

三、结果与分析1. 光催化对大肠杆菌的去除效果及机理实验结果表明，光催化技术对大肠杆菌具有显著的去除效果。

在光照条件下，TiO2光催化剂能产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH），这些自由基能够与大肠杆菌发生反应，破坏其细胞结构，从而达到去除效果。

此外，光催化反应还能产生其他活性物质，如超氧阴离子自由基（O2-·），进一步增强对大肠杆菌的去除效果。

2. 水力空化对大肠杆菌的去除效果及机理水力空化技术通过产生强烈的剪切力和空化效应，破坏大肠杆菌的细胞壁和细胞膜，使其内容物泄漏，从而达到去除效果。

实验结果表明，水力空化对大肠杆菌的去除效果显著。

3. 光催化强化水力空化对大肠杆菌的去除效果及机理将光催化与水力空化相结合，发现两者具有显著的协同作用。

光催化产生的活性物质能增强水力空化的剪切力和空化效应，进一步提高对大肠杆菌的去除效果。

此外，光催化还能促进水力空化产生的活性氧物质的生成，进一步增强对大肠杆菌的氧化作用。

第30卷第6期 湖南城市学院学报（自然科学版）V ol.30 No.6 2021年11月 Journal of Hunan City University （Natural Science）Nov. 2021空化及其应用的研究进展舒金锴1, 2，杨光晨1*，曹秋雨3，黎桥1，封茏桂1(1. 湖南城市学院市政与测绘工程学院，湖南益阳413000；2. 湖南省村镇饮用水水质安全保障工程技术研究中心，湖南益阳413000；3. 中国核工业第二二建设有限公司，武汉430000)摘要：近年来，空化作用因其高效性越来越多地受到研究者青睐，并被广泛应用于水处理、食品工业、生物医药、化工环保等领域﹒本文介绍了空化现象及其机理，概述了空化射流装置类型，并就水力空化、光空化、超声空化、粒子空化等4种空化方式综述了其应用进展，展望了空化作用的发展趋势﹒关键词：空化作用；空化方式；研究现状；发展趋势中图分类号：X703 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2021.06.0014文章编号：1672–7304(2021)06–0069–04Research progress of cavitation and its applicationSHU Jinkai1, 2, YANG Guangchen1*, CAO Qiuyu3, LI Qiao1, FENG Longgui1(1. School of Municipal and Mapping Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China; 2. Hunan Provincial Village Drinking Water Quality Safety Engineering Technology Research Center, Yiyang, Hunan 413000, China; 3. China Nuclear Industry 22ND ConstructionCo., Ltd., Wuhan, Hubei 430000, China)Abstract: In recent years, cavitation has been more and more favored by researchers because of its high efficiency, and it has been widely used in water treatment, food industry, biomedicine, chemical environmental protection and other fields. This article introduces the cavitation phenomenon and its mechanism, outlines the types of cavitation jet devices, summarizes the application progress of four cavitation modes, including hydraulic cavitation, optical cavitation, ultrasonic cavitation, and particle cavitation, and looks forward to the development tendency of cavitation.Key words: cavitation; cavitation mode; research status; development tendency当今世界科技水平飞速发展，人们生活日益丰富，人们对生活质量的要求也越来越高，尤其对于水质的要求﹒我国当前大多数水源都受到不同程度的污染，且有愈演愈烈的趋势，其中淮河、黄河、海河有70%左右河段都遭受到了污染，这些被污染的水源严重地危害着人类身体健康﹒造成这一切的主要原因就是污废水的超量排放，随着当今社会的飞速发展，这些污废水的排放量还会不断上升，据统计，其增加速度大约为18亿m³/a，我国如今的污废水日排放量约为1.64亿m³，其中80%左右的污废水未经处理便实施排放，人们现在急需一种简便高效的水处理方式来解决以上问题﹒空化现象中的水力空化便能有效地解决这一问题，部分学者开始把目光投向空化作用的研究，随着研究不断深入，人们发现其在实际生产生活中有较广泛用途，且适用范围广[1-5]﹒空化作用可以在许多方面得以利用，如食品工业、水处理、能量收集、生物医学等[6]﹒超声空化、水力空化、光空化、粒子空化[7]是现在世界上主流的4种空化方式，使用最多的空化方式是超声空化和水力空化﹒超声空化在空化的过程中只有10%左右的能量用来进行空化反应，而90%以上的能量被用来提升系统温度[8]，其能量利用率过低，难以投入到实际工程中﹒而光空化和粒子空化因其工作条件要求苛刻以及场地建设困难等难以投入使用﹒水力空化可处理难降解有机物，具有成本低、能耗小、维护方便、操作简单、效率高等特点﹒收稿日期：2021-07-17基金项目：湖南省教育厅科研项目(20C0366)；湖南省大学生创新创业训练计划项目(S202111527011，S202011527003)；湖南省村镇饮用水水质安全保障工程技术研究中心开放基金项目（2019TP2079）第一作者简介：舒金锴(1992—)，男，河南周口人，助教，硕士，主要从事水污染控制理论与技术研究﹒E-mail:****************﹒*通信作者简介：杨光晨(1999—)，男，湖南怀化人，本科生，主要从事水污染控制理论与技术研究﹒E-mail:*****************湖 南 城 市 学 院 学 报（自然科学版）2021年第6期70因此，水力空化便更具现实意义，更容易量产并投入使用﹒1 空化现象及机理空化现象是一种发生在液体介质中剧烈的物理现象﹒其原理是基于流体中压力发生突变从而出现气泡的产生、发展和湮灭﹒液体在流动过程中与空气发生接触，气体溶入其中，导致液体中存在大量“气核”，当压力降至空气分离压之下时，液体便产生大量气泡﹒当压力在这种温度下降低至该液体的饱和蒸汽压之下时，液体便剧烈地沸腾并且同时汽化产生大量的气泡﹒这些气泡在破灭瞬间会在其周围的空间内产生高达4 927 ℃高温以及51 MPa的高压，使温度在10 K/s的频率下变化，保持高频率地持续作用形成400 km/h的高速射流及产生剧烈的冲击波[9]﹒这些高温、高压等极端条件会引起界面效应、微扰效应、湍流效应和聚能效应的产生﹒其中，界面效应使传质面积扩大；微扰效应强化了微孔扩散；湍流效应减弱边界层，提升了传质速率；聚能效应增加了分离物质分子的活性﹒空化形成的剧烈冲击波能断裂大分子的化学键，并使大分子有机物结构破裂，从而降低分子量，形成小分子有机物[10]﹒2 空化射流装置空化射流装置可大致分为2种类型：带运动部件的空化装置和不带运动部件的空化装置﹒带运动部件的空化装置通常由旋转叶轮和定子组成﹒这些设备相当昂贵，维护费用较高﹒无运动部件的空化装置成本显著降低，被认为是实现水力空化全部潜力的最有前景的途径﹒不带运动部件的空化装置可进一步分为2大类：基于线性流动的空化装置和基于旋转流动的空化装置﹒在线性流动空化装置如节流孔或文丘里管中，工作流体被强制通过节流孔，从而实现低压并因此实现空化；在旋流装置中，则围绕旋转轴产生低压空化区﹒对于无运动部件的空化装置，其空化区可以从固体表面充分移除，以消除对装置造成相关损坏的风险[11]﹒流体动力空化需要空化装置的特殊设计，以在流动区域产生低压区，主要是通过迫使液体流过节流孔或文丘里管(传统装置)来增加液体的线速度，或者通过迫使液体以涡流的形式流过涡流二极管之类的装置来增加液体的旋转速度，涡流二极管具有从涡流中心的出口﹒空化装置的特殊设计中还包括曝气形式(可选)的工艺整合﹒在传统的装置中，收缩部被设计成使得喉部(最小流动区域)处的速度足够大，以产生空腔，该空腔随后在收缩部更下游的区域中塌陷，从而产生期望的效果﹒对于液体以涡流的形式流过涡流二极管之类的空化装置，涡流二极管和出口的尺寸被设计成能产生低压区域，形成空腔，随后经出口离开腔室，在进入高压区域时塌陷﹒空化性能取决于生成空穴的数量密度和坍塌强度[12]﹒3 空化应用现状3.1 激光空化激光空化技术原理是使激光通过透镜聚焦于液体中，当液体的击穿阈值小于激光能量能时，大量高温高压等离子体会在激光的聚焦区域产生，并在短时间内急速向四周扩张，排挤开旁边的液体从而形成空泡，空泡会在待加工的材料表面经反复多次“膨胀-收缩”，在每次“膨胀-收缩”时会产生微射流和冲击波[13]﹒激光空化优势在于能量进行沉积进而产生空化作用，具有便于控制、定位精准、球对称性好、无形变等特点﹒Luo等[14]采用高速成像技术探究了激光诱导空化气泡经过小孔前后的动力学特性﹒结果表明，SiO2悬浮液中的小孔可协助激光空化加强表面处理，达到提高表面强度的目的﹒试验还对激光空化处理后的1060铝合金的残余应力、粗糙度和表面形貌进行了研究，发现孔洞尺寸和无量纲参数对气泡脉动有很大影响﹒王舰航等[15]研究激光空化气泡在其膨胀和溃灭过程中，对其附近超吸水聚合物弹性小球的影响﹒研究发现在空化气泡膨胀和溃灭持续时间最长时，对弹性小球的拉扯和挤压作用最明显﹒3.2 超声空化超声空化是利用较高的超声波能量作用于液体，使液体中产生气泡﹒由于超声波能量将液体中的空化核不断地振动、膨胀并且在空中不停地吸收一定的声场能量，当空化核达到一定能量极限时，空化的气泡便可能会急剧地崩溃﹒超声波的空化作用可以在很大程度上加速反应物及其副产品在空气中的扩散，促使一种新相的形成，以此提高非均相反应速率，控制各种颗粒在空气中的大小及其排布，实现将多种非均相反应物混合舒金锴，等：空化及其应用的研究进展第30卷71均匀的效果﹒魏威等[16]利用超声空化强化甲苯烷基化反应，通过响应面法与单因素实验，得出甲苯烷基化生成乙苯的最佳工艺条件为：质量分数20%的甲苯，控制pH为6，在功率为850 W下，超声90 min，乙苯最佳产率为34%﹒实现了甲苯低温烷基化反应，提高了乙苯产率。

工业水处理技术的新思路和研究进展工业水处理是指对工业生产中产生、利用和排放的水进行处理和回用。

它涉及到的领域非常广泛，涵盖了制药、化工、石化、纺织、食品等多个行业。

随着工程技术的不断进步和环保要求的提高，工业水处理技术也在不断创新和发展。

本文将介绍工业水处理技术的新思路和研究进展。

一、工业水处理技术的新思路1. 绿色化处理在传统工业水处理中，往往采用化学药剂进行处理，这样会产生大量化学废水。

现代工业水处理已经提出“绿色化处理”的概念，即采用生物污泥、生物膜、生物颗粒等生物处理剂来进行处理。

生物处理方式具有处理效率高、废水处理状况稳定等优点，同时生物处理剂对环境的危害性更小，符合环保要求。

2. 综合利用现代工业在生产过程中，产生的排放水中含有许多有价值的物质。

工业水处理的新思路是，通过强化前期处理工艺，提高废水处理效率，使废水中有价值的物质得以回收利用。

例如，石化行业的废水中含有许多有机化合物，在经过处理后可以回收有价值的烃类和沥青。

3. 节能降耗传统的工业水处理过程需要消耗大量的能源，而现在工业水处理技术正在朝着节能降耗的方向发展。

例如，采用新型的提取剂和吸附材料，可以实现高效分离和回收，从而降低能耗和降低处理成本。

4. 智能化随着信息技术的不断发展，现代工业水处理已经开始实现智能化处理。

通过物联网、大数据等技术，实现对水处理过程的实时监测和控制，提高工业水处理的效率和处理效果。

二、工业水处理技术的研究进展1. 高效分离技术高效分离技术是工业水处理中的一项重要研究领域，其主要目的在于实现对废水中有价值物质的分离和回收。

例如，采用离子交换技术可以有效地分离废水中的金属离子，从而回收金属资源，降低环境污染风险。

2. 低温污水处理技术低温污水处理技术是近年来新兴的研究领域。

低温污水处理具有运行费用低、污染物分解效果好等特点。

目前采用的低温污水处理技术包括富氧、厌氧等多种方式。

3. 超滤技术超滤技术是最近发展最快的工业水处理技术之一。

水处理技术的发展和应用研究水处理技术是指针对水中污染物质，通过物理、化学、生物等手段，将水净化并达到一定标准的过程。

在20世纪初，人们开始研究和应用水处理技术，随着科技的进步和环境保护意识的增强，水处理技术也在不断地发展和创新。

本文将就水处理技术的发展和应用研究展开探讨。

一、传统的水处理技术早期的水处理技术主要包括自然沉淀、植物沉淀、过滤、加氯消毒等方法。

这些方法的处理成本相对较低，但有很多局限性，如处理效果不稳定、处理周期长、维护难度大等问题。

同时这些方法在某些情况下并不能很好地处理出污染物，比如难降解的有机物、重金属等。

二、新兴的水处理技术除了传统的水处理技术，近年来还出现了很多新兴的水处理技术，如膜技术、高级氧化技术、生物脱氮脱磷技术等。

这些技术在处理成本、处理效果、处理时间等方面都有了较大的提升。

1. 膜技术膜技术是近年来发展迅速的一种新的水处理技术。

通过一定的压力，使水通过微孔、超滤、反渗透等不同的膜，将水中的污染物质分离出去，达到净化水的目的。

在处理过程中，膜技术具有高效、无污染、低成本等优点，被广泛地应用在工业废水、生活饮用水和海水淡化等领域。

2. 高级氧化技术高级氧化技术是指利用化学氧化剂、紫外线等能量将含有污染物的水体中的污染物质氧化成无害物质。

高级氧化技术可以高效地去除难降解的有机物、重金属等。

目前，光催化氧化技术、臭氧氧化技术等高级氧化技术已经得到了广泛的应用。

3. 生物脱氮脱磷技术生物脱氮脱磷技术是一种利用微生物可以吸收、净化水中营养元素的生物处理技术。

通过构筑适宜的生物反应器，使水中的氨氮、亚硝酸盐等进入生物反应器中，利用微生物对其进行吸附、转化和还原，并在生物体内将其转化为无害的氮气与空气中的氧气。

该技术可以高效地去除水中的氨氮、亚硝酸盐、磷等营养元素，达到减少水体富营养化的目的。

三、水处理技术的进一步研究虽然新兴的水处理技术已经得到了广泛的应用，但是面临的挑战仍然是很大的，如高成本、处理效果不稳定等。