[发明专利]流体激波反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用射流产生激波的能量转换器，特别涉及一种对流体物料进行超微细化处理、或对流体物料的化学反应过程进行催化处理的激波反应器。

背景技术

现代工业生产领域，针对流体物质进行超微细破碎的机械设备已经广泛应用，例如高压射流对撞式破碎机、高压靶式撞击破碎机、高压均质机等。目前，这种类型技术的机械设备为了达到对流体物料的超微细破碎效果，在运行时所需要的工作压力已经达到100-200MPa，甚至更高。这种类型的机械设备对超高压力的依赖，导致在工业生产应用时能耗高、对设备的结构材料及性能的要求苛刻度高、对流体物料入料粒度要求高、工业化生产过程中安全性差。以上这些类型的装置的问题是其核心结构的不完善造成的，在处理过程中部分能量被无效释放，因而降低了破碎效率，因此在生产运行过程中，如果不采用超高压动力，难以达到对流体物料的超微细破碎效果。

发明内容

本发明是在借鉴了国内外各种类型高压流体破碎技术的基础上，针对提高能量转换效率的问题，通过对核心结构的创新设计，研制出的一种节能高效的能量转换器——流体激波反应器。

这种流体激波反应器是将激光谐振理论引入流体物理学领域，通过激波谐振聚能装置增强了射流对撞过程中产生的激波的强度，强化了激波场中的超高压和空穴作用，增强了对所处理物料的理化作用。通过大量试验和生产实践证明，与现有的对超高压依赖的各种类型的流体破碎装置相比，这种流体激波反应器在较低能耗下可以实现对流体物料进行超微细化破碎处理。在一定工艺条件下，该流体激波反应器还可以有效催化流体物料的化学反应过程。

本发明在能源、化工、建材、食品、医药等生产制造领域具有广泛的应用前景。

本发明的具体技术方案是：流体激波反应器包括激波谐振聚能装置和至少一套射流对撞装置。所述的射流对撞装置由同轴相对设置的两组喷射口构件组成，每组喷射口构件各有一个相同的喷射口。所述的激波谐振聚能装置是指主要由一个硬质球状凹面或其他可以使从其汇聚焦点发出的激波重新汇聚到该点并可形成震荡波的硬质汇聚曲面组合形成的空腔，该空腔上设置有容纳喷射口构件的射流口和让被加工流体流出空腔的泄流口。连接两喷射口的连线中点即射流对撞的发生点位于球状凹面的球心处或汇聚曲面组合的汇聚焦点处。泄流口的截面积总和远大于所有喷射口的截面积总和，比如泄流口的截面积总和与所有喷射口的截面积总和之比为10∶1、100∶1或1000；1，以使得高压流体喷出喷射口时具有足够的压降，从而使射流获得足够大的速度，但泄流口的截面积和开口位置应能够保持流体激波反应器工作时被加工流体物料始终充满空腔。所述的会聚曲面组合包括至少一个会聚凹面，还可以包括反射平面或反射凸面。所述的会聚凹面可以是抛物面，也可以是球状凹面。所述的“主要由一个硬质球状凹面或可以使从其汇聚焦点发出的激波重新汇聚到该点并形成震荡波的硬质汇聚曲面组合形成的空腔”，是指空腔壁的组成中除“一个硬质球状凹面或可以使从其汇聚焦点发出的激波重新汇聚到该点并形成震荡波的硬质汇聚曲面组合”以外，可能还包括虽不参与激波的汇聚反射，但作为空腔壁的组成，使其“保持流体激波反应器工作时被加工流体物料始终充满空腔”的作用的其他次要部分。

参见附图1-2，以球状凹面作为反射曲面的激波谐振聚能装置为例，流体激波反应器的工作原理是：经高压泵施加了高压的流体以数百到成千米/秒的射速分别从两个喷射口(1)相向喷出并在其连线中点相撞，产生自激振动并形成激波，流体改变运动方向，形成一个中点位于对撞点的盘状散射流，并最终经泄流口流出腔外。产生的激波在充满空腔的流体介质中向外扩散，到达硬质球状凹面(2)形成的腔壁时发生反射，然后重新在汇聚焦点处汇聚并加强并与该处产生的原发激波相叠加，这个过程循环往复形成震荡波。在射流压力相对稳定的情况下，震荡的激波不断加强，从而形成非常强烈的谐振激波。强烈的震荡激波具有交替的瞬间高压和空穴效应，对处于其中的流体物料具有强烈的理化作用，这就是流体激波反应器用于处理流体物料时其理化作用效果较单纯射流对撞装置明显改善的原因。

高压泵对物料所施加的高压根据装置的不同应用实例，其范围一般在5-100Mp，常用范围在10-30Mp。

参见附图3，当流体激波反应器设置多套射流对撞装置时，其喷射口可以在一个平面内分布，也可以在空间分布，但喷口位置应避开其他对撞射流产生的盘状散射流的位置，即喷射口轴线互不垂直，否则射流与散射流相互干扰降低反应效果。