水力空化技术是一种新型高级绿色氧化技术,其会在液体内部造成极端环境,促使流体发生物理转变和强化化学反应,广泛应用于污水处理、有机物降解、污泥降解等环保行业,而水力空化器就是这项技术最直接有效的承载体。近几年,一种以转子和定子为主要结构的旋转式齿式空化器成为研究的重点对象。本课题设计一种齿筒式齿侧剪切空化器,分别结合数值模拟技术和试验来揭示空化器的流场特征和表征该空化器的空化性能。同时,进行齿侧楔角的结构改进,研究其优化后的空化性能。此外,针对不同的齿式空化器,包括:凹式空化器、凹凸式空化器、齿筒式齿顶剪切空化器,对其进行拓展的数值模拟研究,分析对比不同结构空化器的空化性能。在数值模拟中,通过研究转速和处理量等操作参数发现齿筒式齿侧剪切空化器中的空化泡主要由涡产生的,并且在动定齿间和齿侧间均分布着涡,这意味着机械剪切可以有效的诱导空化泡的形成。同时,周向流道被定齿和动齿分割成数个文丘里管,加强了流体的流动性能,增加空化泡的数量。空化泡体积分数均随着处理量的增加而减少,但是随着转速地增加而增加,并在0.4s时达到稳定状态。改进后的齿筒式齿侧剪切空化器的空化泡体积分数和湍动能随着齿侧楔角角度的增加而增加,这说明适当的增加齿侧楔角可以加强对流体的压缩,既能产生更多的空化泡也能增加空化泡溃灭的几率,提高空化性能。对齿筒式齿侧剪切空化器分别进行羟基自由基的浓度试验个含油钻井泥浆的分离效率试验。羟基自由基的浓度试验的结果表明羟基自由基的浓度随着转速和处理量的增加而增加,这说明齿筒式齿侧剪切空化器的空化性能还是比较明显的。在含油钻井泥浆的分离效率实验中表明空化后的油砂颗粒分明,泥浆不再是悬浮胶体的状态。在各个工况下油泥的含油量随着转速的增加而减少,当转速到2500rpm时,油泥中的含油量从13%下降到5.91%,分离效率可达56.9%,已然达到了预处理的要求。在凹式空化器和凹凸式空化器的数值模拟的对比研究中发现凹式空化器漩涡只出现在凹坑底部,存在着严重的短路流、空化泡区域小等缺点,而在在凹凸式空化器中,腔体内速度波动比较大,导致腔体内的流体流动活跃,为空化泡的产生和溃灭提供了有利的条件,所以凹凸式空化器的空化性能要明显优于凹式空化器的空化性能。在对三种不同结构的齿筒式齿顶剪切空化器的数值模拟研究发现升角可以增加流体的轴向速度,有效地抑制短路流动,防止流体在齿槽之间停留而不产生空化,增加了流体在齿槽之间的碰撞频率。并且有助于引起压力波动,从而促进空化泡的发展和溃灭。因此,具有大升角结构的齿筒式齿定剪切空化器的空化性能最好。