CN110090709A - 一种用于干粉纳米颗粒弥散的对冲环形喷嘴及应用 - Google Patents

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凃程旭
包福兵
尹招琴
梁晓瑜
陈强
高晓燕
吴逸洋
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    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B02C19/063—Jet mills of the toroidal type

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Abstract

本发明公开了一种用于干粉纳米颗粒弥散的对冲环形喷嘴及应用。本发明中的喷嘴采用环形结构，内有环形导流板。在应用过程中，采用多喷嘴组合对冲方式，将悬浮态的干粉纳米颗粒以一定的压力从环形喷嘴喷出，高压气溶胶将在喷嘴内短时加速后喷出喷嘴，形成压力自由衰减的高速射流，使用多个喷嘴同时形成多股高速射流后，在采用多股射流对冲的方式，提升干粉纳米颗粒的弥散效率。本发明使用环形喷嘴代替圆管能大大增强射流中剪切应力的大小并提高具有强剪切应力的区域，提升干粉纳米颗粒在射流中遭遇强剪切流的概率。采用多股高速射流对冲的方式，能够在一定程度上延缓高速射流的速度衰减，并能再次提供一个具有强剪切应力的区域。

Description

一种用于干粉纳米颗粒弥散的对冲环形喷嘴及应用
技术领域
本发明涉及一种用于干粉纳米颗粒弥散的对冲环形喷嘴及应用，属于微纳米技术和气溶胶技术领域。
背景技术
随着当今社会科技的进步与经济的发展，人们渐渐开始着眼于微观世界，纳米技术也因此得到了蓬勃发展。微米级和纳米级的颗粒在提升催化剂、药物活性、大气环境科学、工程热物理、化工合成、能源食品、生物医药、高性能材料合成等诸多领域都发挥着举足轻重的作用，在化工领域，纳米颗粒可作为催化剂将化学反应的速率提高上千倍；在医疗领域，通过干粉吸入器在医疗上可实现高效、精准的药物输送；工程热物理领域，在水等传统换热介质中加入纳米颗粒可以提高流体的传热能力；此外，工业中常见的气力输送、粒径分级、粉碎等过程都涉及将超细粉体材料弥散在气体中，通过气-固两相流动达到传质等目的。因此开发纳米颗粒制备仪器、减小纳米颗粒粒径尺寸以及纳米颗粒气溶胶制备方法等技术渐渐得到了广泛的关注。例如，纳米颗粒弥散程度直接影响了催化材料的性能，纳米颗粒弥散的越充分，由其合成的催化剂尺寸就越小，比表面积越大，使得表面的活性位置增加，因此减小纳米颗粒粒径尺寸能够充分提高化学反应的速率，提升催化剂的效率。
在现有的干粉微纳米颗粒弥散方法中，“干式”法具有不借助其他溶液或材料直接在空气中雾化干粉纳米颗粒的特点，通过这种方法制备的纳米颗粒气溶胶的物理、化学性质将不会得到改变。因此这种方法在工业上得到广泛应用。常见的“干式”颗粒弥散方法主要有：喷射弥散、喷嘴弥散、混合弥散、静板碰撞弥散等。
发明内容
针对目前现有的“干式”干粉微纳米颗粒弥散方法中弥散不充分，弥散后颗粒粒径过大且与初始粒径分布相差较远等缺点，本发明的目的在于提供一种用于干粉纳米颗粒弥散的对冲环形喷嘴。
为了实现上述发明的目的，本发明采用的技术方案是：
本发明中的喷嘴采用环形结构，内有环形导流板，设喷嘴入口当量直径为d2，出口当量直径为D1，环形导流板进口直径d1、出口直径D2，则d2在1mm～5mm之间；D1-D2在1mm～3mm。
进一步说，所述的喷嘴入口形状为圆形、三角形或四边形。
上述对冲环形喷嘴在干粉纳米颗粒弥散中的应用，采用多喷嘴组合对冲方式，将悬浮态的干粉纳米颗粒以一定的压力从环形喷嘴喷出，高压气溶胶将在喷嘴内短时加速后喷出喷嘴，形成压力自由衰减的高速射流，使用多个喷嘴同时形成多股高速射流后，在采用多股射流对冲的方式，提升干粉纳米颗粒的弥散效率。
进一步说，多股高速射流的个数为2～10个，对冲角度为0°～60°。
进一步说，与干粉纳米颗粒形成悬浮态气溶胶的工作气体为空气或氮气。
进一步说，喷嘴入口端压力范围为0.1Mpa～0.6Mpa。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：相比于单圆管气溶胶悬浮态干粉纳米颗粒射流弥散，本方案中使用环形喷嘴代替圆管能大大增强射流中剪切应力的大小并提高具有强剪切应力的区域，提升干粉纳米颗粒在射流中遭遇强剪切流的概率。采用多股高速射流对冲的方式，能够在一定程度上延缓高速射流的速度衰减，并能再次提供一个具有强剪切应力的区域，此外，多股射流对冲还能更好的将干粉纳米颗粒“打碎”，最后所得颗粒具有良好的单峰正太分布，且平均粒径更小。
附图说明
图1环形喷嘴结构立体示意图；
图2环形喷嘴结构剖面图；
图3对冲方式示意图。
具体实施方式：
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于发明保护的范围。
本发明改变了喷嘴出口的结构，使用一种环形方式，并采用多喷嘴组合对冲方式。将悬浮态的干粉纳米颗粒以一定的压力从环形喷嘴喷出，高压气溶胶将在喷嘴内短时加速后喷出喷嘴，形成压力自由衰减的高速射流，使用多个喷嘴同时形成多股高速射流后，在采用多股射流对冲的方式，提升干粉纳米颗粒的弥散效率。设喷嘴入口当量直径为d2，出口当量直径为D1，环形导流板进口直径d1、出口直径D2，则：
所述环形喷嘴入口可以是圆形，三角形、四边形等形状，当量直径d2的大小在1mm～5mm。
所述环形喷嘴的出口当量内径和当量外径之差在1mm～3mm之间。即D1与D2之差
所述多股射流个数可以是2～10个，对冲角度为0°～60°。
所述与干粉纳米颗粒形成悬浮态气溶胶的工作气体可以是干净空气或者是氮气等惰性气体。喷嘴进口端压力P0范围为0.1Mpa～0.6Mpa。
下面将结合附图和实例对本发明进行进一步说明，本发明在基于单圆管气溶胶悬浮态干粉纳米颗粒射流弥散的基础上，提出了一种用于干粉纳米颗粒弥散的对冲环形喷嘴，环形喷嘴的示意图如图1和图2所示，以喷嘴喉部形状为圆形为例。悬浮态的干粉纳米颗粒在一定压力P0的作用下通过喷嘴进口1进入喷嘴，产生高速射流进而对干粉纳米颗粒做更进一步的弥散。喷嘴喉部当量直径d2的大小为1mm～5mm，环形导流板进口直径d1、出口直径D2、喷嘴出口直径D1的大小视实际情况而定。
喷嘴对冲方式示意图如图3所示，以双喷嘴对冲为例。图中2为存放悬浮态的干粉纳米颗粒的密闭容器，3为本发明所述的环形喷嘴，两股射流的对冲角度为0°～60°。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于干粉纳米颗粒弥散的对冲环形喷嘴，其特征在于：采用环形结构，内有环形导流板，设喷嘴入口当量直径为d2，出口当量直径为D1，环形导流板进口直径d1、出口直径D2，则d2在1mm~5mm之间；D1-D2在1mm~3mm。
2.根据权利要求1所述的一种用于干粉纳米颗粒弥散的对冲环形喷嘴，其特征在于：所述的喷嘴入口形状为圆形、三角形或四边形。
3.一种权利要求1所述的对冲环形喷嘴在干粉纳米颗粒弥散中的应用，其特征在于：采用多喷嘴组合对冲方式，将悬浮态的干粉纳米颗粒以一定的压力从环形喷嘴喷出，高压气溶胶将在喷嘴内短时加速后喷出喷嘴，形成压力自由衰减的高速射流，使用多个喷嘴同时形成多股高速射流后，在采用多股射流对冲的方式，提升干粉纳米颗粒的弥散效率。
4.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：多股高速射流的个数为2~10个，对冲角度为0°~ 60°。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：与干粉纳米颗粒形成悬浮态气溶胶的工作气体为空气或氮气。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：喷嘴入口端压力范围为0.1Mpa~0.6Mpa。
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