微细气泡水释放器的研究

微细气泡水释放器的研究

刘琼富 刘锋

（美的集团 厨房和热水事业部 528311）

摘要：微细气泡水技术已经逐步应用在较多的家用电器上，且已经得到了用户的认可。微细气泡水的生成有很多的方式，本文主要对压力溶气释放法中采用的文丘里起泡器形成的微细气泡的研究。我们知道微细气泡是经过成核、融合及成长阶段，最终形成气泡的。基于此，文丘里结构的参数对于微细气泡的生成有非常大的影响。本文研究了文丘里管的收缩段、喉部和扩散段等结构参数对微气泡密度的影响，以获得更好的释放器结构。

关键词：微细气泡；文丘里；微细气泡密度

1引言

我们通常把直径在0.1µm～50µm的微小气泡称为微细气泡。

根据微细气泡的发生机理，现有主要的微细气泡的发生方法有超声空化法、化学反应法、分散空气法（微管道法）、溶气释气法以及电解法等。其中，溶气释气法主要通过加压使空气溶解在水里，然后减压释气，空气重新从水中释放出来，产生大量微细气泡。使用溶气释气法产生的微细气泡，具有耗能较小气泡密度大且均匀性好的特点，是现阶段产生微细气泡较为低成本、低能耗且较为安全的一种方法。

2微细气泡水生成机理

根据微细气泡的发生机理，研究人员已开发出许多具有代表性的微细气泡水发生装置，如压力溶气气泡发生装置、高速分散气泡发生装置、扩散板气泡发生装置和电解气泡发生装置等。根据我们对不同的气泡装置的分析及汇总，采用溶气空化法是现阶段产生气泡浓度更高，粒径最稳定，效率最好的方案。

3文丘里参数对微气泡水性能的影响

3.1文丘里结构释放器结构分析

普通文丘里按结构主要由收缩段、喉部、扩散段组成。其中收缩段的夹角为收缩角，扩散段的夹角为扩散角。文丘里结构如图1所示。

图1 文丘里结构

为了保证测试的数据有效性及对比性，需要在同一个微气泡释放器结构下进行测试。

3.2收缩段参数对微气泡水性能的影响

为测试收缩段对微气泡水性能的影响，需要将喉部及扩散段的尺寸参数固定，且将系统配置参数固定。

测试仪器：高倍数显微镜+微气泡测试软件。

经过测试以及相关数据的计算得出如表1所示。

表1 微气泡性能测试数据

注：*代表测试当时的数据，该数据受测试设备以及测试操作过程影响，短时测试具有参考意义。

从表1可以看出：

1）微细气泡的密度基本表现为随着角度的加大而上升，角度在30°左右基本在最大的数值，后续随着角度加大缓慢降低，由于测试实际需要，在角度大于50°后未进行相关试验，此时的数据有待验证。

2）采用一定角度的收缩角，可以再次将未能溶解于水中的空气分子再次溶解与水中，提高溶解空气水的饱和度。从而生成更多气核，最终形成更多的微细气泡。

3）微气泡平均直径与收缩角参数关系不大或者关系不明显，对于水流量有一定的影响，分析原因为角度的大小对于水流的阻力有部分影响。

3.3喉部参数对微气泡水性能的影响

为测试喉部参数对微气泡水性能的影响，需要将收缩段及扩散段的尺寸参数固定，且将系统配置参数固定。

测试仪器：高倍数显微镜+微气泡测试软件。

经过测试以及相关数据的计算得出如下表：

表2 微气泡性能测试数据

注：*代表测试当时的数据，该数据受测试设备以及测试操作过程影响，短时测试具有参考意义。

从表2以及图6可以看出：

1）微细气泡的水流量基本表现为随着喉部直径的增加而提高；

2）微气泡平均直径、微气泡密度与喉部尺寸关系不大或者关系不明显，主要是因为在一定的动压力下，对空气的溶解及气泡的生成均影响不大。

3.4扩散段参数对微气泡水性能的影响

为测试扩散段对微气泡水性能的影响，需要将收缩段及喉部的尺寸参数固定，且将系统配置参数固定。

测试仪器：高倍数显微镜+微气泡测试软件。

经过测试以及相关数据的计算得出如下表：

表3 微气泡性能测试数据

注：*代表测试当时的数据，该数据受测试设备以及测试操作过程影响，短时测试具有参考意义。

从表3可以看出：

1）在扩散角一定的情况下，微细气泡的密度基本表现为随着扩散长度的加大而上升，在达到一定长度后，达到气泡浓度的饱和度，密度基本平稳，所以根据我们需要的长度去采用最优化的长度，并不是越长越好。在扩散角为5°，扩散段长度在16mm时已经达到最大的数值，由于测试实际需要，在长度大于20mm后为未进行相关试验，此时的数据有待验证。

   2）在扩散长度一定的情况下，微细气泡的密度基本表现为随着扩散角的加大而上升，在达到一定角度后，达到气泡浓度的饱和度，密度基本平稳，所以根据我们需要去选用最优化的扩散角，并不是越长越好。由于测试实际需要，在角度大于11°后为未进行相关试验，此时的数据有待验证。

4结论

从针对文丘里释放器的测试，我们主要得到以下的结论：

（1）文丘里结构中的收缩角主要影响微细气泡水的浓度，基本表现为随着角度的加大浓度随着提高，后续随着角度加大缓慢降低，所以需要根据测试确定最有的收缩角及长度。其它性能差别不大。

（2）在文丘里其它参数确定的情况下，喉部尺寸主要影响水流量，对于微细气泡的其它性能影响较小。

（3）在扩散角一定的情况下，微细气泡的密度基本表现为随着扩散长度的加大而上升，在达到一定长度后，达到气泡浓度的饱和度，密度基本平稳，所以根据我们需要的长度去采用最优化的长度，并不是越长越好。

（4）在扩散长度一定的情况下，微细气泡的密度基本表现为随着扩散角的加大而上升，在达到一定角度后，达到气泡浓度的饱和度，密度基本平稳，所以根据我们需要去选用最优化的扩散角，并不是越长越好。

综上所述，我们需要根据试验去选择最优的文丘里结构参数，也需要根据我们实际需要的用户场景去选择结构参数，从而达到性能与应用的相统一，达到最优的效果。

参考文献

1、邓超,杨丽,陈海军,等.微细气泡发生装置及其应用的研究进展.石油化工,2014年第43卷第10期:1206-1213.

2、王永磊,王文浩,代莎莎,等.微细气泡发生机理及其应用研究进展.山东建设大学学报，2017年第5期第32卷：474-480.

3、申屠云奇,宋煜晨,尹俊连,等. 扩散角对文丘里管内湍流影响的试验研究[J]. 核动力工程,2021,42(2):16-22.