CN103372509A - 一种适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，包括内接口、外接口、套管、气泡发生器、混合器以及喷头，内接口通过套管固定在混合器的一端，喷头固定在混合器的另一端，外接口固定在混合器上，气泡发生器设置在混合器内；气泡发生器包括导流筒和固定在导流筒上的导流盘，导流盘将混合器的内腔分成外流道和混合室，导流筒的一端通过套管与内接口连通，外流道与外接口连通，导流盘上圆周均布有多个外导流孔，位于混合室内的导流筒的一端设置有多个内导流孔。本发明解决了现有高粘度非牛顿流体的喷嘴雾化效果差、雾化气耗率高、液滴平均粒径大的技术问题，本发明在较宽的流量调节范围内获得了良好的雾化质量，在较小的气耗率下，大大降低了液滴平均粒径。

Description

一种适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴

技术领域

本发明涉及可以雾化非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，特别涉及具有高粘度、复杂流变特性的非牛顿流体的高效雾化，能够形成实心锥型的喷雾场，可应用于此类流体的雾化、燃烧装置。

背景技术

凝胶推进剂发动机兼有液体火箭发动机比冲高、推力可调、多次启动和固体火箭发动机易于贮存运输，使用维护方便的优点，是导弹武器和航天运载器动力系统研发的方向之一。但凝胶推进剂属于非牛顿流体，其高粘性导致流动和雾化困难，如何实现高效的流动雾化已经成为凝胶推进剂应用的技术关键。

发明内容

为了解决现有高粘度非牛顿流体的喷嘴雾化效果差、雾化气耗率高、液滴平均粒径大的技术问题，本发明提供一种适用于高粘度非牛顿流体的实心气泡雾化喷嘴，在较宽的流量调节范围内获得了良好的雾化质量，在较小的气耗率下，大大降低了液滴平均粒径。

本发明的技术解决方案为：

适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特殊之处在于：包括内接口1、外接口2、套管3、气泡发生器5、混合器6以及喷头8，所述内接口1通过套管固定在混合器6的一端，所述喷头固定在混合器6的另一端，所述外接口2固定在混合器上，所述气泡发生器5设置在混合器6内；

所述气泡发生器包括导流筒51和固定在导流筒51上的导流盘52，所述导流盘52将混合器6的内腔分成外流道和混合室，所述导流筒51的一端通过套管3与内接口1连通，所述导流筒51的另一端位于混合室内，所述外流道与外接口2连通，所述导流盘52上圆周均布有多个外导流孔54，位于混合室内的导流筒51的一端设置有多个内导流孔53；

所述喷头8包括喷头本体81以及喷口82，所述喷口包括依次设置的收缩段821和直线段822。

上述气泡发生器内导流孔个数为4-20个，所述内导流孔的直径与喷头直线段822的直径比d1/d为0.6-1.5。

上述气泡发生器外导流孔个数为6-16个，外导流孔与喷头直线段822的直径比d2/d为0.2-1。

上述混合室满足：L/D为3-10，其中L为混合室的全长减去位于混合室内导流套的长度，D为混合室的直径。

上述喷头直线段822的长度与喷头直线段822的直径比l1/d为0.5-2；

上述喷头收缩段821的角度a在60°-120°之间。

上述导流套的内径d4与气泡发生器内导流孔直径d1的比d4/d1为10-15。

上述外接口的内径d3与气泡发生器外导流孔直径d2的比d3/d2为15-30。

本发明的与现有技术相比的有益效果是：

1、对液体粘性不敏感，即对不同粘性的液体雾化效果差别较小，可以对高粘度的非牛顿流体高效雾化。

2、本发明针对不同的液体流量设计两种气液混合方式，对于较小流量的液体，采用内气外液混合方式；对于较大流量的液体，采用外气内液混合方式。针对非牛顿流体高粘度、流变特性复杂的特点，克服流体表面张力实现雾化，具有气耗率低、雾化高效、加工制造方便等优点。

3、本发明利用气体流量的较小变化可以实现液体流量较大范围的变化。

4、气泡雾化方法基本原理是将少量气体在喷嘴出口上游以射流形式注入液体中，形成泡状气液两相流，利用气泡在流动、喷射过程中的加速、变形、膨胀来雾化液体。

附图说明

图1为本发明的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴组件结构图；

图2为本发明的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴尺寸图；

其中附图标记为：1-内接口，2-外接口，3-套管，4-内密封垫，5-气泡发生器，51-导流筒，52-导流盘，53-内导流孔54-外导流孔，6-混合器，7-外密封垫喷头，8-喷头，81-喷头本体，82-喷口，821-收缩段，822-直线段。

具体实施方式

如图1、2所示，为本发明的适用于高粘度非牛顿流体的气泡雾化喷嘴图，可以实现实心锥型雾化，由内接口1、外接口2、套管3、内密封垫4、气泡发生器5、混合器6、外密封垫7以及喷头8等组成；套管固定在混合器6的一端，喷头固定在混合器6的另一端，外接口2固定在混合器上，内接口1固定在套管3上，喷头8通过外密封垫7与混合器6连接。气泡发生器5设置在混合器6内，气泡发生器包括导流筒51和固定在导流筒51上的导流盘52，导流盘52将混合器6的内腔分成外流道和混合室，导流筒51的一端通过套管3与内接口1连通，导流筒51的另一端位于混合室内，外流道与外接口2连通，导流盘52上圆周均布有多个外导流孔54，位于混合室内的导流筒51的一端设置有多个内导流孔53，喷头8包括喷头本体81以及喷口82，喷口包括依次连接的收缩段821和直线段822。

为了有效地形成气液两项流，从而促进高粘度非牛顿流体的雾化，本发明的进行如下改进：气泡发生器内导流孔个数为4-20个，内导流孔的直径与喷头直线段822的直径比d1/d为0.6-1.5；气泡发生器外导流孔个数为6-16个，外导流孔与喷头直线段822的直径d2/d为0.2-1。

为了有效地促进气液两项的混合，混合室满足条件为：L/D为3-10，其中L为混合室的全长减去位于混合室内导流套的长度，D为混合室的直径。

为了有效地形成均匀的实心锥型喷雾场，喷头直线段822的长度与喷头直线段822的直径比l1/d为0.5-2；喷头收缩段821的角度a在60°-120°之间。

为了有效地促进气体和液体的高效注入，导流套的内径d4与气泡发生器内导流孔直径d1的比d4/d1为10-15。外接口的内径d3与气泡发生器外导流孔直径d2的比d3/d2为15-30。

本发明的工作过程：

在液体流量较小的情况下，采用内气外液的气液混合形式，气体通过内接口进入气泡发生器，然后通过气泡发生器内导流孔喷入到混合室内，液体通过外接口进入气泡发生器，然后通过气泡发生器外导流孔喷入到混合器内。在混合室内气体与液体充分混合，形成均匀的泡状两相流，通过喷头出口喷出，形成满足要求的喷雾场。

在液体流量较大的情况下，采用外气内液的气液混合形式，气体通过外接口进入气泡发生器，然后通过气泡发生器外导流孔喷入到混合室内，液体通过内接口进入气泡发生器，然后通过气泡发生器内导流孔喷入到混合室内。在混合室内气体与液体充分混合，形成均匀的泡状两相流，通过喷头出口喷出，形成满足要求的喷雾场。

实施例：

Claims (8)

1.适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特征在于：包括内接口（1）、外接口（2）、套管（3）、气泡发生器（5）、混合器（6）以及喷头（8），所述内接口（1）通过套管固定在混合器（6）的一端，所述喷头固定在混合器（6）的另一端，所述外接口（2）固定在混合器上，所述气泡发生器（5）设置在混合器（6）内；

所述气泡发生器包括导流筒（51）和固定在导流筒（51）上的导流盘（52），所述导流盘（52）将混合器（6）的内腔分成外流道和混合室，所述导流筒（51）的一端通过套管（3）与内接口（1）连通，所述导流筒（51）的另一端位于混合室内，所述外流道与外接口（2）连通，所述导流盘（52）上圆周均布有多个外导流孔（54），位于混合室内的导流筒（51）的一端设置有多个内导流孔（53）；

所述喷头（8）包括喷头本体（81）以及喷口（82），所述喷口包括依次设置的收缩段（821）和直线段（822）。

2.根据权利要求1所述的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特征在于：所述气泡发生器内导流孔个数为4-20个，所述内导流孔的直径与喷头直线段822的直径比d1/d为0.6-1.5。

3.根据权利要求1或2所述的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特征在于：

所述气泡发生器外导流孔个数为6-16个，外导流孔与喷头直线段（822）的直径比d2/d为0.2-1。

4.根据权利要求3所述的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特征在于：所述混合室满足：L/D为3-10，其中L为混合室的全长减去位于混合室内导流套的长度，D为混合室的直径。

5.根据权利要求4所述的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特征在于：所述喷头直线段（822）的长度与喷头直线段（822）的直径比l1/d为0.5-2。

6.根据权利要求5所述的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特征在于：所述喷头收缩段（821）的角度a在60°-120°之间。

7.根据权利要求1所述的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特征在于：所述导流套的内径d4与气泡发生器内导流孔直径d1的比d4/d1为10-15。

8.根据权利要求1所述的适用于高粘度非牛顿流体的实心锥型气泡雾化喷嘴，其特征在于：所述外接口的内径d3与气泡发生器外导流孔直径d2的比d3/d2为15-30。

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