CN103446691A

CN103446691A - 一种基于气泡雾化的微水雾喷头

Info

Publication number: CN103446691A
Application number: CN2013104222618A
Authority: CN
Inventors: 王喜世; 朱培; 李媛
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种基于气泡雾化的微水雾喷头，特征是该微水雾喷头内部注气管与混合腔通过螺纹连接，使得注气孔距喷口的距离可以调节；所述注气管上开有注气孔，注气管侧面有2-3排注气孔，底部有4-7个注气孔；注气管侧面每排注气孔均匀分布在注气管横截面所在的圆周上，底部注气孔也是沿圆周均匀分布；侧面注气孔排间距相等且每个注气孔均向下倾斜40-50°角度；所述喷嘴的底面中心增加一个喷口。本发明基于气泡雾化的微水雾喷头与传统细水雾喷头相比，工作压力小，所需雾化气体少，喷口直径相对较大，雾化效果好，应用于消防领域表现为灭火有效性高等优点。

Description

一种基于气泡雾化的微水雾喷头

技术领域

本发明属于消防灭火用微水雾喷头技术领域，具体涉及基于气泡雾化的灭火、喷雾冷却、洗消用微水雾喷头。

背景技术

据中国科学技术大学博士学位论文《基于蒸汽辅助雾化的气动式细水雾发生方法及灭火有效性模拟实验研究》（肖修昆,2011）介绍，已有细水雾喷头主要有单流体喷头和双流体喷头两种。单流体细水雾喷头主要是压力式和撞击式雾化喷头，目前应用很广泛，撞击式雾化喷头一般在低压和中压下运行，但受金属撞击头的尺寸和形状的影响，产生的细水雾粒径相对较大，一般为第2级和第3级细水雾；压力式雾化喷头是通过将液体加压，使水流从小孔径的喷口高速喷出，要产生小粒径的雾滴（第1级细水雾）需要很高的工作压力，一般要大于10MPa，大大增加了系统的成本，且喷嘴喷孔的直径需足够小，一般小于1毫米，因此容易发生堵塞。传统双流体细水雾喷头利用压缩气体对水的剪切作用形成细水雾，水和压缩气体的工作压力在0.3至0.7MPa之间，在此低压范围内该技术即可产生第1级细水雾，但是因为这种喷头结构较为复杂，并且须依靠高速流动的气动力作用将液体雾化，耗气量大，因此这种喷头目前很少在实际消防工程中应用。

气泡雾化喷嘴属于新型的双流体雾化喷嘴，已经在内燃机、燃气轮机、工业锅炉、废液焚化炉等喷雾燃烧方面得到广泛的应用，但在消防灭火领域应用极少，如中国专利公开号CN2211543Y公开的一种“气泡雾化喷嘴”由于采用环形出口喷出，雾滴呈空心锥状分布，同时液体和气体进口从同一方向进入喷嘴，气体具有的动量较小，进入液体中形成的气泡两相流动力不足，造成喷雾强度不够，不适宜用于灭火和喷雾冷却领域。已有的气泡雾化细水雾喷头很少，如中国专利公开号CN201921369U公开的一种“气泡雾化细水雾喷头”采用外气内液式形式，由于该喷头结合了旋流雾化技术，在多孔内管的一端添加了旋流芯，增加了制造成本，同时造成结构复杂；由于多孔内管上注气孔轴线方向与多孔内管轴线相垂直，气体由环形腔进入多孔内管的过程中要克服很大液体压力，这削弱了气泡雾化的质量。单独利用气泡雾化技术的应用于消防灭火技术领域的微水雾喷头目前还尚未见到报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于气泡雾化的微水雾喷头，以实现在较低工作压力下产生高性能水雾，从而为发展喷雾灭火和喷雾冷却等技术提供核心技术支撑。

本发明基于气泡雾化的微水雾喷头，其外部依次为相互通过螺纹连接的进水接头1，进气接头2，套管4，喷嘴帽5以及喷嘴6；位于喷头内部的注气管3与进水接头1通过螺纹相连，且有注气孔8的一端靠近喷嘴6，并与套管4之间形成混合腔12；其特征在于：注气管3与混合腔12通过螺纹连接使得注气孔距喷口的距离可以调节，注气管外径为10～15毫米；所述注气管3的侧面开有2-3排等间距的注气孔8，排间距3～5毫米，孔径为1.0～2.5毫米，每排注气孔6～12个，注气管3的底部开有4-7个注气孔9，孔径也为1.0～2.5毫米；侧面每个注气孔均向下倾斜角度为40°-50°，优选均向下倾斜45°；注气管侧面每排注气孔均匀分布在注气管横截面所在的圆周上，底部注气孔也是沿圆周均匀分布；所述喷嘴6，通过螺纹与喷嘴帽5连接，喷嘴呈圆锥状，底部为平面结构，喷口数目为7～9个，底面中心设置一个喷口，剩余喷口均匀分布在圆锥面上，且喷口直径为1.0～1.5毫米。

为获得较好的雾化效果，所述喷头的注气管3侧面的注气孔8采用向下倾斜40°-50°角度，优选向下倾斜45°角度；并且在注气管的底部增加注气孔9；所述喷嘴的喷口可优选设计为八喷口和九喷口两种，前者喷口全部均匀分布在圆锥面上，后者在前者基础上，在底面中心增加一个喷口，这样做的目的是为了获得更加均匀的雾场，防止出现空心雾场，提高雾场的中心强度。

本发明的气泡雾化的微水雾喷头，使用时采取内气外液的形式，雾化气体是在注气管内流动，气体通过注气孔进入到周围的液体中，形成气泡液体两相流，在喷嘴内部完成雾化过程，因此只需将少量的雾化气体以气泡的方式注入到雾化水中，因而克服了传统双流体雾化喷头对雾化气体需求量较大的缺点；注气管上的注气孔轴线与注气管轴线呈一定的夹角，可以避免垂直时，气体直接喷射到混合腔壁上，不利于气泡的产生的缺点，实现很好的雾化效果；气泡在喷嘴喷孔处喷出后可通过自身的膨胀破裂辅助液体破碎雾化，从而实现用较低的雾化压力就达到压力雾化喷头在较高雾化压力条件下的雾化效果，大大提高系统自身的安全性、降低其应用成本；由于气泡雾化技术可保证在喷口直径在1.0-1.5毫米时也能获得良好的雾化效果，因而可以克服传统高压细水雾喷头，为获得粒径小于100微米的水雾时，喷口直径需小于0.8毫米要求，同时解决喷口直径较小容易引起堵塞的问题。由于本发明基于气泡雾化的微水雾喷头喷嘴呈锥状，喷口均匀分布在圆锥面上，同时在底面增加一个喷口可以实现较均匀的喷雾，克服了传统气泡雾化喷嘴形成空心雾场的缺点。本发明基于气泡雾化的微水雾喷头，可以实现在0.4MPa注气压力，气液质量流量比（GLR）为0.06条件下单喷口喷嘴产生雾滴粒径小于100微米的微水雾，灭火有效性高、安全性高、成本较低，可广泛应用于消防或公共安全应急领域。

附图说明

图1是本发明基于气泡雾化的微水雾喷头的一种具体实施结构示意图。

图2是本发明微水雾喷头的双排注气孔注气管半剖视图；

图3是本发明微水雾喷头的双排注气孔注气管横截面剖视图。

图4是本发明微水雾喷头的三排注气孔注气管半剖视图；

图5是本发明微水雾喷头的三排注气孔注气管横断面剖视图。

图6是本发明微水雾喷头的喷嘴半剖示意图。

图7是本发明微水雾喷头的喷嘴喷口分布示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的基于气泡雾化的微水雾喷头的结构如图1所示。本实施例的基于气泡雾化的微水雾喷头，该喷头外部依次为相互通过螺纹连接的进水接头1，进气接头2，套管4，喷嘴帽5，喷嘴6；位于喷头内部的注气管3与进水接头1通过螺纹相连，其有注气孔14的一端靠近喷嘴6，且与套管4之间形成混合腔12；注气管3与混合腔12通过螺纹连接使得注气孔距喷口的距离可以调节；所述注气管3上开有注气孔8、9；图2是本实施例微水雾喷头的注气管半剖视图，图3是微水雾喷头的双排注气孔注气管横截面剖视图：所述注气管3上的注气孔8、9分别设置在侧面和底部，侧面设置两排24孔，排间距5毫米，底部设置7孔，侧面注气孔每排12孔均匀分布在注气管圆周上，注气管外径14毫米，注气孔直径1毫米；侧面注气孔8均向下倾斜45°，且均匀分布在注气管圆周上，底面注气孔9，中心设置一个，其余六个均匀分布在圆周上，如图2、图3中所示；图6是本发明微水雾喷头的喷嘴半剖示意图；图7是微水雾喷头的喷嘴喷口分布示意图：所述喷嘴上喷口设计了9孔，其中8个喷口10均匀分布在圆锥面上，底面中心增加一个喷口11，喷口直径为1.2毫米，具体如图6、图7中所示。

本实施例基于气泡雾化的微水雾喷头使用时的工作流程如下：气体通过进气接头1进入注气管3，液体通过进水接头2进入混合腔18，注气管3内气体通过注气孔14、15进入混合腔18与液体水混合，形成稳定的气液两相流流动，含有气泡的液体在混合腔18内向下运动，随着不断有气泡进入混合腔18，混合腔18内气泡密度增加，压力增大，气泡对液体的挤压和剪切作用增强，并最终注气管3底部与喷口6堆积进一步雾化，使液体以包含大量微小气泡的液丝或液线的形式喷出，形成较好的雾场。本实施例基于气泡雾化的微水雾喷头，可以在0.4MPa注气压力，气液质量流量比（GLR）为0.06条件下单喷口喷嘴条件下产生雾滴粒径小于100微米的微水雾，实现很好的雾化效果，灭火有效性高。

实施例2：

本实施例基于气泡雾化的微水雾喷头的结构与实施例1相同，不同之处在于注气管的结构尺寸发生变化，主要指注气管外径，注气孔的直径、数量与分布。本实施例基于气泡雾化的微水雾喷头，该喷头外部依次为相互通过螺纹连接的进水接头1，进气接头2，套管4，喷嘴帽5，喷嘴6；位于喷头内部的注气管3与进水接头1通过螺纹相连，其有注气孔8的一端靠近喷嘴6，且与套管4之间形成混合腔12；注气管3与混合腔12通过螺纹连接使得注气孔距喷口的距离可以调节；所述注气管3上开有注气孔8、9；图4是本实施例微水雾喷头的注气管半剖视图，图5是微水雾喷头的三排注气孔注气管横断面剖视图：所述注气管3上的注气孔8、9分别设置在侧面和底部，侧面设置三排18个注气孔，排间距为5毫米，底部设置4个注气孔，侧面每排6个注气孔，均匀分布在注气管圆周上，底面4个注气孔均匀分布在围绕圆心的圆周上，注气管外径10毫米，注气孔直径2毫米，具体如图4、图5中所示；侧面注气孔8均向下倾斜45°，且均匀分布在注气管圆周上；所述喷嘴上喷口设计了9孔，其中8个喷口10均匀分布在圆锥面上，底面中心增加一个喷口17，喷口直径为1.2毫米，具体如图6、图7中所示。

本实施例基于气泡雾化的微水雾喷头使用时的工作流程如下：气体通过进气接头1进入注气管3，液体通过进水接头2进入混合腔12，注气管3内气体通过注气孔8、9进入混合腔12与液体水混合，形成稳定的气液两相流流动，含有气泡的液体在混合腔12内向下运动，随着不断有气泡进入混合腔12，混合腔12内气泡密度增加，压力增大，气泡对液体的挤压和剪切作用增强，并最终注气管3底部与喷口6堆积进一步雾化，使液体以包含大量微小气泡的液丝或液线的形式喷出，形成较好的雾场。本实施例中的基于气泡雾化的微水雾喷头与实施例1中的相比，由于减小了注气管3的外径，增大了注气孔的孔径，增加了注气管底部注气孔的数目，使得气泡比较集中于混合腔中部，可以使得中心喷口的含气率增大，雾化特性更好，灭火有效性更高。

Claims

1.一种基于气泡雾化的微水雾喷头，其外部依次为相互通过螺纹连接的进水接头1，进气接头2，套管4，喷嘴帽5以及喷嘴6；位于喷头内部的注气管3与进水接头1通过螺纹相连，且有注气孔8的一端靠近喷嘴6，并与套管4之间形成混合腔12；其特征在于：注气管3与混合腔12通过螺纹连接使得注气孔距喷口的距离可以调节，注气管外径为10～15毫米；所述注气管3的侧面开有2-3排等间距的注气孔8，排间距3～5毫米，孔径为1.0～2.5毫米，每排注气孔6～12个，注气管3的底部开有4-7个注气孔9，孔径也为1.0～2.5毫米；侧面每个注气孔均向下倾斜角度为40°-50°；注气管侧面每排注气孔均匀分布在注气管横截面所在的圆周上，底部注气孔也是沿圆周均匀分布；所述喷嘴6通过螺纹与喷嘴帽5连接，喷嘴呈圆锥状，底部为平面结构，喷口数目为7～9个，底面中心设置一个喷口11，剩余喷口均匀分布在圆锥面上，且喷口直径为1.0～1.5毫米。

2.如权利要求1所述基于气泡雾化的微水雾喷头，特征在于所述喷头的注气管3侧面的注气孔14采用向下倾斜40°-50°角度，并且在注气管的底部增加注气孔9。

3.如权利要求2所述基于气泡雾化的微水雾喷头，特征在于所述喷头的注气管3侧面的注气孔8采用的向下倾斜角度为45°。

4.如权利要求1所述基于气泡雾化的微水雾喷头，特征在于所述喷嘴的喷口为均匀分布在圆锥面上的八喷口。

5.如权利要求4所述基于气泡雾化的微水雾喷头，特征在于所述喷嘴的喷口为在均匀分布在圆锥面上的八喷口基础上，在底面中心增加一个喷口的九喷口。