水污染已经成为一个严重的环境问题。水力空化作为一种不产生任何消毒副产物的绿色高效水处理技术受到了广泛关注。
空化是一种液相相变过程，是液体中特有的现象。从宏观上看，它是由于局部压力降低而引起的液化和气化现象。从微观角度看，它是具有高动能的液体分子克服液体表面分子引力逃逸的过程。术语“空化”通常描述气相在液体中的生长和崩溃。
根据空化机理的不同，可将空化分为超声空化、光诱导空化和水力空化。与其他三种空化方式相比，水力空化不仅效率更高、能耗更低，而且在实际应用中更容易实现，在经济性上具有绝对优势。
当水力空化泡破裂时，存在严重的水力空化效应，水力空化效应以热效应、机械效应和化学效应的方式影响周围液体环境。水力空化产生的极端液体环境可以有效地加强工业生产中的物理和化学过程。
在水力空化水处理的研究和应用中，需要一种能够进行水力空化的水力装置来进行污水处理和消毒。这些液压装置统称为水力空化反应器。水力空化反应器的空化性能对水力空化水处理的研究和应用具有重要影响。采用高效、经济的空化反应器可以提高水力空化水处理的效益。常用的水力空化反应器有文丘里管式水力空化反应器、孔板式水力空化反应器和旋转式水力空化反应器等。
（１）文丘里管水力空化反应器
当液体流经文丘里管喉部时，横截面积减小导致流速增大，从而使液体局部压力下降，空化气泡产生并发展，随着液体的继续流动，压力恢复正常，空泡溃灭，空化现象发生。
（２）孔板水力空化反应器
当液体流经孔板水力空化反应器孔口时，横截面积突然减小导致液体压力增大，水力空化现象发生。孔板水力空化反应器结构简单、制作方便、价格便宜、稳定性高，是常用的水力空化反应器。
（3） 旋转式水力空化反应器
经过对空化机理的研究和总结，带有旋转部件的反应器被发现具有更高的空化效率，旋转部件与其它结构的相对运动易发生剪切空化，而且转子旋转易产生压力面和受力面，从而产生低压区，有利于空化的产生。旋转式水力空化反应器是带有旋转部件空化反应器的统称，一般由转子和定子组成，转子和定子上设有易发生水力空化的结构。
（４）转子－径隙式水力空化反应器
旋转式水力空化反应器空化强度和效率均远大于传统空化反应器，经过对空化机理的研究和总结，设计一种转子－径隙式水力空化反应器，该反应器具备一定的扬程，既可以作为空化发生装置，也可以为系统循环提供动力。转子－径隙式水力空化反应器由转子、定子和外壳组成，定子和转子上设有数量不等的空化发生单元，定子和转子之间存在间隙（1mm），狭窄的间隙促进分离空化和剪切空化的产生和发展，流体由入口轴向吸入，再通过叶轮髙速旋转径向甩出。转子在高速旋转的过程中由于周期性的压力降产生空化，空泡经由转子诱导至空化发生单元位置，在空化发生单元附近的剪切分离区发生剪切空化，随后空泡进入空化发生单元发生涡空化，最终发展至盲孔中部溃灭。
图1 转子－径隙式水力空化反应器
转子－径隙式水力空化反应器由定子、转子和外壳组成，转子采用半开式叶轮结构，具有良好的液体输运效果，反应器（3600rpm，2.5m3/h，5m），转子型线使用三阶贝塞尔曲线拟合而成。空化发生单元布置在定子和转子上，其分为两种，一种是长度、宽度和高度分别为19mm、1.8mm和15mm的矩形凹槽，一种是单元直径为5mm的圆柱形盲孔。定子为圆柱形实体，中部中空供流体由入口流入。流体轴向流入，并在水力空化反应后经由转子高速旋转径向甩。
转子－径隙式水力空化反应器设有外壳、转子、定子、流体出口和流体入口，定子固定设置于外壳内部，转子通过轴可转动地设置于外壳内部，定转子相对设置，流体出口和流体入口设置在外壳上。
所述外壳为蜗壳式结构，由一个周向面和两个平向面组成。流体出口设置在套管的周向一侧，并与套管切向连接。流体入口设置在套管的平侧;轴穿过套管的另一侧。所述驱动结构连接有平侧；驱动结构通过轴驱动转子在壳体内旋转。
转子为半开式叶轮结构，包含多个叶片。叶片附着在轮毂上。轮毂靠近机匣内壁。在轮毂和壳体内壁之间设有滚动轴承。每个叶片上设有多个转子空化发电机组。转子旋转时，不仅产生剪切力提供剪切空化，而且转子空化发生单元的存在使流体形成射流效应，增大流量。较大时，压力降低，进一步加强了空化效果。
所述定子为圆柱形实体，所述定子具有穿透所述定子的流体通道。流体通道对应于流体入口的位置，使待空化流体从流体入口流向转子与定子之间的间隙;定子上设有多个定子空化发电单元，分布在定子与转子面向的一侧。流体进入定子空化发电机组和转子空化发电机组形成射流后，压力大大降低，使空化效应更容易发生。这相对降低了对成形射流流量的要求，改善了转子-径向间隙水力学性能。空化反应器的整体空化性能在转子与定子接触部位形成一个收缩的流道，降低了射流的压力和速度。
图2 转子－径隙式水力空化反应器
转子—径隙式水力空化反应器具有以下优点：
1. 转子-径向间隙水力空化反应器操作简单，能量利用率高，成本低，应用范围广。适用于现有的大多数水力造穴装置，易于规模化;
2. 转子-径向间隙水力空化反应器结构模块更换方便，维护简单，相对运动部件少，无易损件，故障率低，使用寿命长;
3. 转子-径向间隙水力空化反应器不仅依靠转子的剪切力来提供剪切空化。流体进入定子、转子空化发电机组形成射流后，压力降低，更容易发生空化，对形成射流流量的影响相对减小。要求提高转子-径向间隙水力空化反应器的综合性能。
图3：转子—径隙式水力空化反应器结构图
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