[发明专利]微气泡发生器及基于扩压破碎技术的船舶微气泡发生装置

说明书

技术领域

本发明属于船舶气幕减阻领域，主要面向大型低速运输船，具体涉及一种微气泡发生器及基于扩压破碎技术的船舶微气泡发生装置。

背景技术

船舶运输是国际物流中最主要的运输方式，以货轮、油轮、集装箱船为代表的大型运输船承担了世界上超过90％的矿石、石油、货物等资源的流通工作，这类船舶航行速度低，兴波阻力很小，粘性阻力占总阻力的70％-80％，通过减小粘性阻力可以大大节省航运耗油。

船舶气幕减阻技术是用大量微米级气泡在船底形成一微气泡层，扰乱原边界层的流体特性。它在一定程度上将船体与水分离，利用空气和水的物性差异，能有效减小水与船壁的剪切应力。结合国内外的船舶模型试验数据，减阻率可达10％-30％，而附加设备功率往往只占船主机功率的1％-3％，有巨大的节能减排的潜力。

现有的气幕减阻研究多集中于船型设计、发生器布置等，而对气泡发生研究不多，大多采用多孔板吹气法产生气泡，这种方式加工较为方便，但使用烧结多孔板相邻微孔间喷出气泡相互影响聚合，产生的气泡直径较大；同时喷气阻力较大，鼓风机耗功增加，效果不理想，阻碍了气幕减阻技术的实际应用。其他相关技术及实际应用过程中的缺陷如下：化学反应法：成本高,容易造成水体的二次污染,不适合在自然水体中直接使用。电解法：产生微气泡耗能高,气泡产量小,不利于实际工业生产中推广应用。分散空气法：大功率高转速电机实现剪切搅拌,设备的制造要求较高,加工难度较大。

要有效考虑到船舶气幕减阻对气泡发生器的实际需求——所需气量大、气泡直径小和功耗低，才能设计出更好应用于船舶的装置，因此有必要对现有的装置进行改进。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种微气泡发生器。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种微气泡发生器，包括气泡喷口、流体芯、外壳和端盖；所述的外壳或端盖上开设有进水口；所述的流体芯呈直径中间大、两端小的中空梭形结构，其本体上设有进气口，且在横截面直径最大处环绕开设有排气孔；流体芯放置于气泡发生器外壳内，使外壳内除流体芯之外的空间的横截面积由两端向中间逐渐缩小；所述的外壳一端由端盖密封，另一端为与外界相连的气泡喷口。

相对于目前较为常见的喉部设计多为集中式圆柱分布，如文丘里管。在同等流通面积下，集中式结构的润湿周长小，喷气孔的数量不能太多，布置也比较紧凑。通过这种结构向喉部喷出气泡时，各喷孔间也容易相互干扰，因此不适用于船舶需大量喷气的场合。本发明创新地采用环型喉部设计，同等面积下喉部截面润湿周长倍增，微孔布置更为分散，相邻微孔喷出的气泡发生干扰聚合的可能性更低，能设计更多数量和形式的微孔，满足船舶气幕减阻中气量大的实际需求。同时，相比于集中式喉部设计，该装置每个喷孔的出口区域更为狭窄，扰动更加剧烈，便于扩压段的二次撕碎。

现有技术中对船舶气幕减阻气泡发生器和气泡合格程度的关注非常少。这导致以下问题：一者，为了达到较合格的气泡，采用复杂难加工的设计结构，装置耗能多，喷气量受限严重且效果差。或者，退而求次，扩大喷气孔径，导致气泡直径不符合微气泡减阻的概念，所测试的结果于气幕减阻技术没有太多关联参考价值。

本发明实际考虑了以上矛盾，创新地应用了湍流中气泡破裂理论，通过压差剧烈变化的扩压段设计，使喉部流体的动能迅速转化为压力能，形成旺盛的湍流区。在湍流剧烈的情况下，气泡表面所受压力波动的影响超过了气泡表面张力的影响，气泡发生明显破裂，把喉部喷出的气泡再次打碎，以保证所产生的气泡直径符合气幕减阻原理要求。

作为优选，所述的流体芯和外壳同轴设置，外壳内除流体芯之外的空间沿流体芯的中心轴对称，使水流以及气泡的产生更为均匀

本发明的另一目的在于提供一种基于扩压破碎技术的万吨级船舶微气泡发生装置，包括进水管、过滤装置、水泵、连接软管、微气泡发生器、进气管和鼓风机；所述的进水管与水泵相连，且进水管上设有过滤装置；水泵通过连接软管与微气泡发生器的进水口相连；微气泡发生器的进气口通过进气管与鼓风机相连。过滤装置过滤掉海水中的杂质，避免堵塞水管或者流体芯环形喉部上的气孔。所用到的微气泡发生器，包括气泡喷口、流体芯、外壳和端盖；所述的外壳或端盖上开设有进水口；所述的流体芯呈直径中间大、两端小的中空梭形结构，其本体上设有进气口，且在横截面直径最大处环绕开设有排气孔；流体芯放置于气泡发生器外壳内，使外壳内除流体芯之外的空间的横截面积由两端向中间逐渐缩小；所述的外壳一端由端盖密封，另一端为与外界相连的气泡喷口。