基于水力空化的化工過程強化研究進展

孫遜，趙越，玄曉旭，趙珊，YOON Joon Yong，陳頌英

（1 山東大學機械工程學院，高效 潔凈制造教育部重點實驗室，山東 濟南 250061；2 山東大學國家級實驗教學示范中心，山東 濟南 250061；3 山東大學環境科學與工程學院，山東 青島 266237；4 漢陽大學機械工程系，韓國 安山 15588）

化學工業是我國國民經濟的基礎產業與支柱產業，也是我國污染的主要來源和能源消耗大戶之一。化工過程強化技術以節能、降耗、環保、集約化為目標，是實現傳統化工產業轉型升級、可持續發展與低碳經濟的重要手段。作為化工過程強化替代能量方法中的重要手段，聲化學技術已被廣泛應用于乳化、萃取、降解與催化等。聲化學效應源自空化現象，可由超聲波[即超聲空化（acoustic cavitation, AC）]或流場局部壓力降[即水力空化（hydrodynamic cavitation, HC）]高效誘發。相比適用于實驗室等小規模處理的AC 技術，HC在設備放大與成本上具有明顯優勢，具有廣闊的工業應用潛力。

HC 現象是當液體高速運動致使其局部靜壓力低于飽和蒸汽壓時，在液體中或在固-液交界面微小縫隙內存在的氣核由于內外壓差的變化開始生長，在遭遇壓力恢復或生長至最大直徑時潰滅的過程，并伴隨著巨大能量的釋放[圖1(a)]。早在1756年，Euler即首次指出：“水管中某處的壓強降到負值時，水即自管壁分離，該處將形成一個真空區，這種現象應予避免”。Reynolds 在1873 年首次報道了空化對螺旋槳的破壞作用。此后，學者便一直研究HC現象以緩解其對水力機械、流體機械等帶來的壓降、噪聲與空蝕等負面影響，從而提高裝備的性能與壽命。……