CN101607237B - 一种气液两相旋流大口径细雾喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气液两相旋流大口径细雾喷嘴。所采用的技术方案是：喷嘴由进气管[1]、进液管[2]、旋流筒[3]和喷头[4]组成。在旋流筒[3]的上端口同中心地固定装有进液管[2]，旋流筒[3]底部是一个与旋流筒[3]内壁为一整体的截面为三角形的圆环；旋流筒[3]的下端与喷头[4]同中心固定联接，喷头[4]下部设置有喷孔[5]；进气管[1]固定安装在旋流筒[3]内壁和进液管[2]外壁之间，进气管[1]的安装中心线位于旋流筒[3]的等直径段，进气管[1]的安装中心线与旋流筒[3]的中心线在空间上相互错开垂直。进气管[1]、进液管[2]和喷头[4]分别与旋流筒[3]的安装或联接处均设置有密封件。本发明具有结构简单、雾化质量好、无堵塞的特点，尤其适用于液相中含有固体颗粒物的雾化。

Description

一种气液两相旋流大口径细雾喷嘴

技术领域

本发明属于一种气液两相旋流细雾喷嘴。具体涉及一种气液两相旋流大口径细雾喷嘴。

背景技术

目前，产生液体雾化的喷嘴有二种：单液体雾化喷嘴和气液两相雾化喷嘴。

单液体雾化喷嘴的雾化机理主要是丝状分裂。液体以很高的速度从喷孔射出，由于表面张力和液体与外界静止空气间的摩擦作用，使液柱变成蛇状振动的液丝，然后断裂成雾。单液体雾化喷嘴的雾化效果较差，如果要产生平均直径小于100微米的雾滴，必须是小喷孔、高液压。单液体雾化喷嘴存在的问题是：孔口易堵塞，雾化质量差。

采用压缩空气冲击液流能提高雾化质量，大幅度降低液压，这就是气液两相雾化喷嘴。由于气液两相雾化喷嘴比单液体雾化喷嘴有更好的雾化性能，因此，气液两相雾化喷嘴得到越来越广泛的使用(侯凌云，侯晓春.喷嘴技术手册.北京：中国石化出版社，2007，第二版)。

气液两相雾化喷嘴的雾化机理主要是膜状分裂。当气液混合流以相当高的速度从喷嘴喷出时，能形成液包气的薄膜状雾滴群，气体膨胀使液膜破裂成雾。增大气压，降低液量可进一步提高雾化效果。气液两相雾化喷嘴有2种型式：引射型和气液碰撞型。

引射型气液两相雾化喷嘴是靠高速气体射流在气体喷口处产生的负压将液体吸入喷头内部，形成气液两相流。然后将气液两相流通入文氏管中使液体雾化。引射型喷嘴存在的主要问题是雾化质量不稳定，原因有2：

1.液体不能吸入引射型喷嘴导致不能形成液雾。根据气体射流的扩散规律，当喉嘴距过大时，气体射流截面积在进入喉管之前已扩散到大于喉管面积，喉管对射流成为单纯的阻力，从而使喷射器无法抽吸液体不能形成液雾。另外，引射型喷嘴的气体喷射存在气流速度下限。如果喷口气速低于下限，所产生的负压不够，液体无法吸入喷头，不能形成液雾(吴伟烽，冯全科，向清江，吕俊贤.气-液喷射器内两相流流型分析.核动力工程.2007，28(6)，34-37)。

2.混合室中的回流作用导致无法正常喷雾。在气体喷口和文氏管之间是气液混合室，气体喷口产生的高速射流区外侧是回流区，回流区随着背压的升高不断向混合室入口处移动。当背压超过一定程度时，使入口处出现严重的回流现象，导致引射型喷嘴工作终止(王厚庆，沈  超，王晓娟，陈炳录，张鹤飞.气液两相流引射器的数值仿真及实验研究.石油机械2005，33(9)21-23)。

气液碰撞型喷嘴主要靠高速气液间的相互碰撞产生雾化。气液碰撞型喷嘴有较好的雾化稳定性，但也有不足之处：

1.液相喷口易堵塞。由于气液碰撞型喷嘴是靠高速气液间的相互碰撞产生雾化，因此就要求液相喷口的直径很小(通常小于1mm)，使喷液成为很细的液柱，这样才容易在高速气流的冲击下破碎成雾(杨立军，王维.两相流乳化型细水雾喷嘴雾化特性研究，北京航空航天大学学报，2002，28(4)，413-416)。如果液体有杂质(如湿法脱硫喷碱液有固体颗粒，喷油雾有油垢等)，细喷口极易堵塞。

2.气液两相雾化作用没有得到充分发挥。碰撞型喷嘴仅有高速气液间的相互碰撞作用，没有利用气液两相流之间的剪切力。因此，气液两相喷嘴的雾化潜力有待进一步开发。

发明内容

本发明的任务是提供一种结构简单、雾化质量好、无堵塞、液相中可含有固体颗粒物的两相旋流大口径细雾喷嘴。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：喷嘴由进气管、进液管、旋流筒和喷头组成。在旋流筒的上端口同中心地固定装有进液管，旋流筒的底部是一个与旋流筒内壁为一整体的截面为三角形的圆环；旋流筒的下端与喷头同中心固定联接，喷头下部设置有喷孔；进气管固定安装在旋流筒内壁和进液管外壁之间，进气管的安装中心线位于旋流筒的等直径段，进气管的安装中心线与旋流筒的中心线在空间上相互错开垂直。进气管、进液管和喷头分别与旋流筒的安装或联接处均设置有密封件。

其中：喷头的上部为圆环状，下部为中空圆锥台状或半球壳状；进气管的装入端外径为旋流筒内壁半径与进液管外壁半径之差；进液管装入端的端面位于旋流筒下端端口之上，进液管装入端的外径与旋流筒底部的三角形圆环的内径之差为0.1～5mm。

由于采用上述技术方案，本发明由进气管进入喷嘴的压缩气体在旋流筒内形成高速下旋气流，高速下旋气流在旋流筒底部与进液管装入端之间所构成的环缝流出，此时，下旋气流的旋切速度达到最大。当下旋气流与进液管出口处的液流相遇时，高速旋切气流将对液流产生强烈的剪切力和冲击力，将液流撕碎，形成气液混合流。随后，气液混合流在喷头中空的混合室中进一步混合雾化，最后从喷孔高速喷出。因此，本发明具有以下优点：

1.采用下旋压缩气流，不仅利用了高速气流的冲击作用，更重要的是利用了高速气流的剪切作用，从而使液柱更易破碎雾化。

2.由于高速旋切气流对液流产生强烈的剪切力和冲击力，改进了雾化效果，于是进液管可采用较大直径的直通管。即使液相中有固体颗粒物，也不会出现进液管堵塞现象。

3.混合后的气液两相流在喷头内的混合室仍保持着很强的环状流型，这一特征不仅有助于液滴的进一步雾化，而且有助于液雾的均匀混合。

4.由于液滴在混合室中已得到充分雾化，于是增大在喷头上设置的喷孔直径不会影响雾化效果，而只对喷雾的射程产生影响。因此，可增大喷孔直径防止堵塞现象。

5.结构简单，维护方便，可广泛用于液相中含有固体颗粒物的喷雾工艺。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本实用新型的另一种结构示意图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是图2的A-A剖视图.

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制：

实施例1

一种气液两相旋流大口径细雾喷嘴。该喷嘴如图1、图3所示：由进气管[1]、进液管[2]、旋流筒[3]和喷头[4]组成。在旋流筒[3]的上端口同中心地固定装有进液管[2]，旋流筒[3]底部是一个与旋流筒[3]内壁为一整体的截面为三角形的圆环；旋流筒[3]的下端与喷头[4]同中心固定联接，喷头[4]下部设置有喷孔[5]。进气管[1]固定安装在旋流筒[3]内壁和进液管[2]外壁之间，进气管[1]的安装中心线位于旋流筒[3]的等直径段，进气管[1]的安装中心线与旋流筒[3]的中心线在空间上相互错开垂直。

本实施例中：进气管[1]、进液管[2]和喷头[4]分别与旋流筒[3]的安装或联接处均设置有密封件；喷头[4]的上部为圆环状，下部为中空圆锥台状；进气管[1]的装入端外径为旋流筒[3]内壁半径与进液管[2]外壁半径之差；进液管[2]装入端的端面位于旋流筒[3]下端端口之上，进液管[2]装入端的外径与旋流筒[3]底部的三角形圆环的内径之差为0.1～1mm。

实施例2

一种气液两相旋流大口径细雾喷嘴。该喷嘴如图2、图4所示：亦由进气管[1]、进液管[2]、旋流筒[3]和喷头[4]组成。除喷头[4]的下部为半球壳状和进液管[2]装入端的外径与旋流筒[3]底部的三角形圆环的内径之差为1～5mm外，其余同实施例1。

本具体实施方式由进气管[1]进入喷嘴切向方向插入旋流筒[3]，并与进液管[2]相切。进液管[2]由喷嘴中心插入旋流筒[3]。在进液管[2]和旋流筒[3]之间形成环形通道。

本具体实施方式由进气管[1]进入喷嘴的压缩气体在旋流筒[3]内形成高速下旋气流，旋流筒[3]底部是一个与旋流筒[3]内壁为一整体的三角形截面的圆环，高速下旋气流在旋流筒[3]底部与进液管[2]装入端之间所构成的环缝流出，此时，下旋气流的旋切速度达到最大。当下旋气流与进液管[2]出口处的液流相遇时，高速旋切气流将对液流产生强烈的剪切力和冲击力，将液流撕碎，形成气液混合流。随后，气液混合流在喷头[4]内的混合室中进一步混合雾化，最后从喷孔[5]高速喷出。因此，本具体实施方式具有如下优点：

1.采用下旋压缩气流，不仅利用了高速气流的冲击作用，更重要的是利用了高速气流的剪切作用，从而使液柱更易破碎雾化；

2.由于高速旋切气流对液流产生强烈的剪切力和冲击力，改进了雾化效果，于是进液管[2]可采用较大直径的直通管。即使液相中含有固体颗粒物，也不会出现进液管堵塞现象。

3.混合后的气液两相流在喷头[4]内的混合室仍保持着很强的环状流型，这一特征不仅有助于液滴的进一步雾化，而且有助于液雾的均匀混合。

4.由于液滴在混合室中已得到充分雾化，于是增大喷孔[5]的直径不会影响雾化效果，而只对喷雾的射程产生影响。因此，可增大喷孔[5]直径防止堵塞现象。

5.结构简单，维护方便，可广泛用于液相中含有固体颗粒物的喷雾工艺。

Claims (4)

1.一种气液两相旋流大口径细雾喷嘴，其特征在于喷嘴由进气管[1]、进液管[2]、旋流筒[3]和喷头[4]组成；在旋流筒[3]的上端口同中心地固定装有进液管[2]，旋流筒[3]底部是一个与旋流筒[3]内壁为一整体的截面为三角形的圆环；旋流筒[3]的下端与喷头[4]同中心固定联接，喷头[4]下部设置有喷孔[5]；进气管[1]固定安装在旋流筒[3]内壁和进液管[2]外壁之间，进气管[1]的安装中心线位于旋流筒[3]的等直径段，进气管[1]的安装中心线与旋流筒[3]的中心线在空间上相互错开垂直；

进气管[1]、进液管[2]和喷头[4]与旋流筒[3]的安装或联接处均设置有密封件。

2.根据权利要求1所述的气液两相旋流大口径细雾喷嘴，其特征在于所述的喷头[4]的上部为圆环状，下部为中空圆锥台状或半球壳状。

3.根据权利要求1所述的气液两相旋流大口径细雾喷嘴，其特征在于所述的进气管[1]的装入端外径为旋流筒[3]内壁半径与进液管[2]外壁半径之差。

4.根据权利要求1所述的气液两相旋流大口径细雾喷嘴，其特征在于所述的进液管[2]装入端的端面位于旋流筒[3]下端端口之上，进液管[2]装入端的外径与旋流筒[3]底部的三角形圆环的内径之差为0.1～5mm。

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