利用空化释放出的能量对过程进行强化,是一种新的能量利用方法。水力空化发生时空化泡溃灭产生的高温、高压等极端环境,可以使水分子键裂解,产生自由基。由于自由基具有很高的活性,所产生的活化效应是促进化学过程强化的根本原因。同时,在空化流场中产生的高射流、冲击波和剧烈湍动等机械效应,是促进物理过程强化的主要原因。 为了探求水力空化强化效应的机制和效果,寻求影响空化强化效应的基本规律,本论文就此开展了如下研究工作: 设计建立实用有效的水力空化实验装置;建立空化自由基捕捉新方法,并以此定量检测水力空化羟自由基,研究空化羟自由基产量与空化强度的关系,研究各种因素对空化自由基产量的影响,以寻求最佳空化强化条件;在此基础上,进行了水力空化对含罗丹明B有机废水降解处理、对含产气肠杆菌生物污水杀菌处理研究,实验检验水力空化的强化效果;根据计算流体力学理论对空化流场进行数值模拟,从理论上验证水力空化的发生效果。 研究结果表明: 亚甲基蓝分光光度计法,能够成功地捕捉到水力空化产生的羟自由基,是定量检测空化自由基简便易行的有效方法; 空化程度随空化数的减小而增强,但对于不同的强化过程(化学、物理),因其强化机理不同,故空化数对强化效应的影响也不同; 水力空化系统的压力、温度及时间等操作参数对空化强化效应的影响规律表明:在适宜的操作条件下可产生最佳的空化强化效果; 空化发生器结构的优化设计是保证空化强化效应的重要前提,在一定的水力学条件下,合理的结构尺寸可以增强空化作用效果: 往水流中适量加入干扰气体能够提高空化强度,增强空化强化效果。但过量地掺入气体会削弱空化强度,降低空化强化效果。 对文丘里管空化器流场的数值计算显示,在空化发生区,汽含率和湍动能均远高于其它未空化区域,在最佳空化器结构参数条件下,汽含率和湍动能均有较高值。