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微纳米气泡的应用

船舶减阻

船舶阻力是船舶能量消耗的主要根源，如果船舶阻力降低了，主机消耗的能量就降低，船舶能源消耗自然就降低了，同时，降低船舶阻力在主机功率消耗不变的情况下，可以显著提高船舶的航行速度。船舶阻力主要包括摩擦阻力、兴波阻力、粘压阻力，其中摩擦阻力要占很多部分。现有相对成熟的降低船舶摩擦阻的技术，主要是在设计船体时，尽可能减小船体上的湿表面积并使船体表面尽量光顺。采用气泡减阻技术的船舶统称为气泡船，气泡减阻技术是把空气通入船底，在船底表面形成 流体密度较低的气-水混合两相流，通过改变边界层内流体的结构，以实现降低阻力的效果，来达到节约能源的目的。对与肥大型低速船舶来说，摩擦阻力占总阻力 的80%以上，因此减小摩擦阻力是很有必要的，微气泡减阻技术可以很有效的减小摩擦阻力，这在实船试验中已经很好的得到了验证，气泡减阻技术有很大的发展 前景。随着关于气泡减阻研究的不断深入，气泡减阻技术得到了广泛的认同。船舶微气泡减阻研究具有重要的经济、军事价值。尤其在目前节能减排环境下，降低船 舶阻力研究已经成为各国普遍关注的问题。在近几十年内，国内外的研究者们以粘性流体力学为基础，一方面通过试验来优化船型，减小船舶的形状阻力；另一方面 则考虑流体的粘性系数，用粘性系数低的流体代替粘性系数高的流体，以减小船体表面摩擦阻力。船舶气泡减阻方法于1876年由劳德提出，他构想在船表面 和水之间注入一层气体，以空气代替水来与船表面接触，以降低船体表面摩擦阻力。但是，这一构想受到当时科技水平的限制，很难实现。随着科技水平的不断提升，国内外许多学者对气泡减阻技术进行了大量的理论和实验研究，结果大部分表明运用微纳米气泡减阻技术来降低摩擦阻力非常显著。

微纳米气泡的特性

界面电位高

微纳米气泡的界面ζ电位表示由于气泡表面吸附有电荷离子的双电层而形成的电势差，它是影响气泡表面吸附性能的重要因素。当微纳米气泡在水中发生收缩时，存在于气泡表面上的电荷离子，浓度将会迅速富集，使得微纳米气泡的界面电位迅速升高；微纳米气泡之前，在其界面位置会产生很高的界面电位。

气浮效果好

气体的气浮功能是指将气泡通入混有其他相的液体中，利用气泡具有的吸附性使其吸附在其他相表面，从而增大其他相在液体中的浮力，使其浮在液体表面，实现与液体分离的目的。因此气泡的吸附性能越好，则气浮效果越好，而气泡的吸附性能取决于其直径的大小。气泡的直径越小则其表面的电位越高，因此更容易吸附于液体中其他相的表面，使其与液体分离。

释放自由基

微气泡瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来，此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化还原电位，其产生的氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物如等，实现对水质的净化作用。

微纳米气泡的产生原理

气液二相流体混合/剪断方式

该方式通过水泵将气体（大气泡）卷入涡流水流，然后使涡流崩溃来压碎气泡，再通过出口喷嘴以微米气泡形式放出。

加压减压方式

加压减压方式是指通过加压的方式在水体中形成过饱和状态。之后通过减压的方式释放溶解的气体，形成微纳米气泡。

射流曝气方式

该方式主要通过射流曝气器生成微纳米气泡。射流曝气器的喷嘴直径小，水流速度大，水流在进入气室后可形成局部真空。此时，气体可通过吸气管进入气室，与水流混合。通过混合管和扩散管后，在水中形成微纳米气泡。

典型射流曝气器构造

细孔方式

该方式是将压缩空气通过微孔板，利用微孔将气体切割成细小气泡。