CN106040078A - 带聚焦的液体动力超声波多相混合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，包括：混合腔，其具至少一个气体喷嘴和液体喷嘴，所述气体喷嘴和液体喷嘴分别向混合腔内提供高压气体工质和高压液体工质；簧片，其一端固定在所述混合腔内，所述簧片的另一端正对所述液体喷嘴的出口；聚焦片，其反射面朝向所述簧片。首先利用高速射流撞击簧片产生超声波，之后超声波会在声波凹面镜进行反射并聚焦，产生方向性良好以及能量更加巨大的超声波，协同气动力，使得产生便于雾化的泡状流。聚焦后的超声波大大提高其声振和空化作用，使得在较低的压力下，达到相同效果的混合流，因此降低雾化工程要求，提高能量利用率，节约成本。

Description

带聚焦的液体动力超声波多相混合器

技术领域

本发明涉及一种多相混合器。更具体地说，本发明涉及一种带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器。

背景技术

目前，国内学者对于雾化机理以及雾化装置的研究非常广泛，并利用不同的雾化模型研制出不同的雾化混合装置，将其应用到航天、航空、冶金、喷涂、石油开采等领域，尤其在细水雾灭火方面应用广泛，而细水雾的雾化颗粒细度与均匀度直接决定灭火效果。

但是，对于混合器的研究集中于气液两相方面，目前有一种用于灭火的雾状流产生输送方法，可以产生粒径为5～100μm气液两相流，但是需要大量的液体，并且需要的气液质量比在8～0.2之间，而体积比高达4000～250，因此，急需引入一种混合器，可混合气、固、液三相，可以降低液体的用量，并减少耗散，改善混合效果。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其能减少超声耗散，有效地增强了雾化混合效果。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，包括：

混合腔，其具至少一个气体喷嘴和液体喷嘴，所述气体喷嘴和液体喷嘴分别向混合腔内提供高压气体工质和高压液体工质；

簧片，其一端固定在所述混合腔内，所述簧片的另一端正对所述液体喷嘴的出口；

聚焦片，其反射面朝向所述簧片。

优选的是，所述聚焦片为反射面为为球面的声波反射镜，并且所述聚焦片的焦点位于所述簧片下表面。

优选的是，所述气体喷嘴的出口指向所述簧片的自由端，并且所述气体喷嘴的喷射方向与所述簧片呈50～55度角。

优选的是，所述高压气体工质和所述高压液体工质均中掺有直径为10-200微米固体颗粒。

优选的是，所述混合腔为环状腔体，所述混合腔的内侧壁上设有多个气体喷嘴和多个液体喷嘴，所述多个气体喷嘴和所述多个液体喷嘴上下一一对应，所述混合腔上还形成有高压气体通道和高压液体通道，并且分别向所述多个气体喷嘴和所述多个液体喷嘴供应高压气体工质和高压液体工质。

优选的是，所述高压气体通道由第一气体通道和与第一气体通道一体式衔接的第二气体通道构成，所述第一气体通道直接与所述多个气体喷嘴连通，所述第一气体通道的内径小于所述第二气体通道的内径；所述高压液体通道由第一液体通道和与第一液体通道一体式衔接的第二液体通道构成，所述第一液体通道直接与所述多个液体喷嘴连通，所述第一液体通道的内径小于所述第二液体通道的内径。

优选的是，所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，还包括：混合物出口，其设置在所述混合腔的外侧壁上。

优选的是，所述环状腔体由上盖和下盖可拆卸的扣合形成，所述上盖和下盖的连接处还设置有密封圈。

优选的是，所述高压气体工质的压力0.5～1MPa，所述高压液体工质的压力2～8MPa。

优选的是，所述簧片的厚度为2mm，所述簧片的长度为6mm，所述簧片产生的超声波频率1.5kHz～2.0kHz。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器的多个簧片水平间隔固设在所述上盖的内壁，高速射流从液体喷嘴喷出，使得簧片震动，当簧片与高速射流发生共振时，产生高声强超声波，高声强超声波对射流表面的压力作用和对液体内部的空化作用，以及高速气流的气体动力作用(摩擦和剪切作用)，增强了雾化混合腔中液体雾化细度和气液混合均匀度，并提高喷嘴处的雾化细度，并且任一簧片的尖端均与液体喷嘴的出液端相对，能够使簧片与液体喷嘴更易形成共振进而产生高强超声波。

2、本发明的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器通过引入凹面声波反射镜式聚焦结构，使得超声波的损耗减少，更多的声能存留于混合器中，较大幅度地改善了液体雾化效果，降低了雾化液滴粒径以及改善了其均匀度。

3、本发明所述气体喷嘴通道的倾斜角均设置为使气体朝向其中一个所述簧片方向呈50～55度角喷射，以使高速气流在气体动力作用(摩擦和剪切作用)能与液体更好的接触混合，加速了各种物料之间互相渗透的能力。

4、本发明所述高压气体工质和所述高压液体工质均中掺有直径为10-200微米固体颗粒，实现了气液、固液的三相混合。

5、本发明所设置的高压气体通道和高压液体通道内径均是逐级减少的，以使气体和液体分别以收敛的形式通过所述气体通道和液体通道，提高气体和液体的射流强度，进而可提高超声波声强和物料混合强度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的整体剖面图的结构示意图；

图2为本发明所述聚焦片剖面图的结构示意图；

图3为本发明所述下盖剖面图的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、2所示，本发明提供一种带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，包括：

混合腔1，其具至少一个气体喷嘴2和液体喷嘴3，所述气体喷嘴2和液体喷嘴3分别向混合腔内提供高压气体工质和高压液体工质，簧片4，其一端固定在所述混合腔1内，所述簧片4的另一端正对所述液体喷嘴3的出口；聚焦片5，其反射面朝向所述簧片4。

在这种技术方案中，使用过程中簧片式液体动力超声波气、液和固多相混合器利用其外部的动力泵，使得液体受到一定压力自下而上形成高速射流通过周向均匀分布液体喷嘴3喷出，喷出的液体与位于气体喷嘴2前端的簧片4相撞，并产生具有一定频率的振动，当液体的振动频率与簧片4的固有频率一致时，簧片4与液体发生共振，从而形成高强度的超声波，强度可以达到140～180分贝，进而对射流表面产生压力作用，进入混合腔1，气体自上而下由气体喷嘴2朝向簧片4方向喷射，高速气流形成气体动力作用(摩擦和剪切作用)，在气体与液体尚未相遇之前，使气体充分地扩散膨胀到混合腔1的壁面，以增加其与水流的碰撞接触面。气体和水相遇后，水被高速气流冲散，形成中空的水膜，沿着混合腔1壁面流动，同时将碰撞后形成的小水滴带走。雾化气体和水膜分界面上的相对速度所产生的摩擦力，使水膜表面形成波纹，波峰则被气体流撕碎成细小的水滴，水膜表面不断撕裂和形成细小水滴，并不断被气体带走，混合腔1壁面上的水膜就不断变薄，当水膜离开混合孔后喷出后，水膜失去了壁的依靠，又加上气体流的紊流扰动，水膜变成波浪形，并发生水膜破裂现象，进而形成稳定的雾状流，从而提高液体雾化度和气液混合均匀度，并提高喷嘴处的雾化细度，从而改善了物料混合效果。并且，在气体和液体混合过程中，液体产生的超声波作用产生空化气泡，气泡破裂的高压使液体撕裂，同时压力的振荡使液体、固体颗粒更均匀得扩散至气体中，形成稳定的雾状流或者泡状流，并且能够在一定程度上防止液滴、气泡的聚合，从而得到更持久均匀的混合流。由于本发明引入了聚焦片，聚焦片使得声波反射至簧片附近，从而增强的簧片附近的声压，即增大了簧片附近压力振荡的强度，从而增加了混合速率和混合均匀度。

在另一种实例中，如图1、2所示，所述聚焦片5为反射面为为球面的声波反射镜，并且所述聚焦片5的焦点位于所述簧片4下表面，在这里，所述聚焦片5可将聚集的超声波准确的返回到喷来的气体工质和液体工质的主要混合处。

在另一种实例中，如图1所示，所述气体喷嘴2的出口指向所述簧片4的自由端，并且所述气体喷嘴2的喷射方向与所述簧片4呈50～55度角，在这里，可使高速气流在气体动力作用(摩擦和剪切作用)能与液体更好的接触混合，加速了各种物料之间互相渗透的能力。

在另一种实例中，如图1所示，所述高压气体工质和所述高压液体工质均中掺有直径为10-200微米固体颗粒，在这里，实现了气液、固液三相的高效混合。

在另一种实例中，如图1所示，所述混合腔1为环状腔体，所述混合腔1的内侧壁上设有多个气体喷嘴2和多个液体喷嘴3，所述多个气体喷嘴3和所述多个液体喷嘴2上下一一对应，所述混合腔上还形成有高压气体通道6和高压液体通道7，并且分别向所述多个气体喷嘴2和所述多个液体喷嘴3供应高压气体工质和高压液体工质。

所述高压气体通道6由第一气体通道和与第一气体通道一体式衔接的第二气体通道构成，所述第一气体通道直接与所述多个气体喷嘴连通，所述第一气体通道的内径小于所述第二气体通道的内径；所述高压液体通道7由第一液体通道和与第一液体通道一体式衔接的第二液体通道构成，所述第一液体通道直接与所述多个液体喷嘴连通，所述第一液体通道的内径小于所述第二液体通道的内径，在这里，本发明所设置的高压气体通到6和高压液体通道7为高压气体和高压液体提供入口通道，并且内径均是逐级减少的，以使气体和液体分别以收敛的形式通过所述气体通道和液体通道，提高气体和液体的射流强度，进而可提高超声波声强和物料混合强度。

在另一种实例中，如图1所示，所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，还包括：混合物出口8，其设置在所述混合腔1的外侧壁上，在这里，混合物出口8提供物料混合后的出口。

在另一种实例中，如图1、3所示，所述环状腔体由上盖9和下盖10可拆卸的扣合形成，所述上盖9和下盖10的连接处还设置有密封圈，在这里，本发明在上盖9和下盖10扣合形成混合腔1，并且上盖9和下盖10结合处设置密封圈密封，并通过螺纹螺钉螺合，结合扣合和螺合两种封闭方式使上下盖更牢固。

在另一种实例中，如图1所示，所述高压气体工质的压力0.5～1MPa，所述高压液体工质的压力2～8MPa，所述簧片4的厚度为2mm，长度为6mm，所述簧片4产生的超声波频率1.5kHz～2.0kHz，在这里，本发明采用高压液体射流，保证液体射流撞击簧片4所产生的频率和簧片4本身频率相等，从而产生1.5kHz～2.0kHz的超声波。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本发明，由于引入聚焦片，因此具有强化混合效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，包括：

混合腔，其具至少一个气体喷嘴和液体喷嘴，所述气体喷嘴和液体喷嘴分别向混合腔内提供高压气体工质和高压液体工质；

簧片，其一端固定在所述混合腔内，所述簧片的另一端正对所述液体喷嘴的出口；

聚焦片，其反射面朝向所述簧片。

2.如权利要求1所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，所述聚焦片为反射面为为球面的声波反射镜，其材料为304不锈钢，所述聚焦片的焦点位于所述簧片下表面，所述聚焦片球心角为90度至110度，其外半径长度-内半径长度为30～35mm，并且所述聚焦片厚度为8～12mm。

3.如权利要求1所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，所述气体喷嘴的出口指向所述簧片的自由端，并且所述气体喷嘴的喷射方向与所述簧片呈50～55度角。

4.如权利要求1所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于,所述高压气体工质和所述高压液体工质均中掺有直径为10-200微米固体颗粒。

5.如权利要求1所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，所述混合腔为环状腔体，所述混合腔的内侧壁上设有多个气体喷嘴和多个液体喷嘴，所述多个气体喷嘴和所述多个液体喷嘴上下一一对应，所述混合腔上还形成有高压气体通道和高压液体通道，并且分别向所述多个气体喷嘴和所述多个液体喷嘴供应高压气体工质和高压液体工质。

6.如权利要求5所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，所述高压气体通道由第一气体通道和与第一气体通道一体式衔接的第二气体通道构成，所述第一气体通道直接与所述多个气体喷嘴连通，所述第一气体通道的内径小于所述第二气体通道的内径；所述高压液体通道由第一液体通道和与第一液体通道一体式衔接的第二液体通道构成，所述第一液体通道直接与所述多个液体喷嘴连通，所述第一液体通道的内径小于所述第二液体通道的内径。

7.如权利要求1所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，还包括：混合物出口，其设置在所述混合腔的外侧壁上。

8.如权利要求5所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，所述环状腔体由上盖和下盖可拆卸的扣合形成，所述上盖和下盖的连接处还设置有密封圈。

9.如权利要求1-8任一所述的带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，所述高压气体工质的压力0.5～1MPa，所述高压液体工质的压力2～8MPa。

10.根据权利要求1-8任一所述的一种带聚焦的液体动力超声波气液固液多相混合器，其特征在于，所述簧片的厚度为2mm，所述簧片的长度为6mm，所述簧片产生的超声波频率1.5kHz～2.0kHz。