射流泵式空化发生器流动机理及其杀菌应用研究

【摘要】：射流泵式空化发生器是一种基于射流泵的工作原理,将孔板空化与文丘里管空化的特点相结合,利用高速射流卷吸低速流体在低压环境下诱发剧烈漩涡空化的新型空化发生器。本研究对射流泵式空化发生器的全流动工况外特性和内部空化流动特性进行了研究,建立了外特性参数变化与内部流动规律之间的关联关系,最后利用射流泵式空化发生器对大肠杆菌细胞进行了空化处理实验。按照空化发生的机制和操作工况,射流泵式空化发生器的空化阶段可以分为两大类,即大流量比空化阶段、小流量比和负流量比空化阶段。在大流量比阶段,空化发生于喷嘴射流的剪切层内并随主流向下游进一步发展,随着出口压力下降,依次出现空化初生阶段、空化发展阶段、不稳定的极限空化阶段以及稳定的极限空化阶段。其中,在不稳定极限空化阶段,空化云在喉管内往复振荡。在稳定极限空化阶段,空化云延伸至扩散管并保持相对稳定的状态。在小流量比和负流量比空化阶段,随着流量比的减小,出口压力增大,射流发展被严重限制。其空化区域从喉管进口附近逐渐向上游移动,并依次出现回流停滞型空化阶段以及反向输运空化阶段。此时,面积比对空化的发生发展至关重要。当面积比较大时,空化只能发展至回流停滞型空化阶段。空化杀菌结果表明,射流泵式空化发生器的空化流动对大肠杆菌具有良好的灭杀效果。随着出口压力的提高,杀菌效率也逐渐增大。杀菌率随着处理时间呈现先缓慢增大后迅速增大再趋于平缓的规律,表明射流泵式空化发生器空化处理大肠杆菌存在损伤累计效应。另外,不同初始浓度下杀菌率变化情况基本相似,初始浓度越低,其相对处理时间越短,灭菌效果越好。本研究对于射流泵的空化特性研究以及水力空化的应用研究具有重要的借鉴意义。