CN110449283A - 一种基于气泡切割的新型雾化喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于气泡切割的新型雾化喷嘴,包括内部构件和外部构件,内、外构件所形成的封闭空间构成喷嘴的混合室,内部构件包含内芯和气泡分割器,所述的外部构件为外壳和喷头,内芯的顶部开有第一进气孔,第一进气孔下方的内芯上部有外螺纹,外螺纹下方的内芯设有多个第二进气孔,位于第二进气孔下方的内芯上设有旋流槽;所述外壳呈空心开放状的圆管,外壳上部有内螺纹与内芯上的外螺纹通过密封结构紧密相连,外壳侧面有进液孔,外壳下部有外螺纹;喷头的上部有内螺纹,喷头的封闭端中心位置开有喷孔,在外壳下部的空腔内安装气泡分割器,外壳与气泡分割器通过密封结构和喷头紧密相连。该喷嘴雾化质量更高,粒子平均直径更小更均匀。

Description

一种基于气泡切割的新型雾化喷嘴
技术领域
本发明涉及一种内部含有气泡分割器的新型气泡雾化喷嘴,具体是以压缩空气和水为工作介质的低压小流量气泡雾化喷嘴,此喷嘴雾化质量较高,与同种类的喷嘴相比更加高效,更加节能,可以应用于航天、动力、农业等行业中雾化冷却,喷雾结冰过程的低气耗率、雾化质量高的低压气泡雾化喷嘴。
背景技术
气泡雾化是在机械雾化、介质雾化等基础上积极探索开发出来的一种更高效、更经济、更适用的雾化技术。气泡雾化喷嘴的雾化机理与传统喷嘴的雾化方法有本质区别,传统的雾化方法是借助于液体或气体的动能实现液体雾化。气泡雾化的机理是将压缩空气或蒸汽以适当的方式注入到液体中,并使两者在喷嘴混合室内形成稳定的气泡两相流动气泡在两相流动过程中运动、加速、变形,在喷嘴出口将液体挤压成细丝线状喷射而出,同时在离开喷嘴出口极短的时间和距离内,气泡由于内外压差的骤然变化而急剧膨胀,直至爆炸,从而将液丝、液线炸成更加细微的颗粒实现雾化。对于气泡雾化喷嘴来说气液两相流中气泡的数量和气泡体积的大小对雾化质量起到了决定性的作用。
专利号为ZL201310544259.8的中国专利公开了一种气泡雾化式喷嘴,在内芯中部设有贯通的气体流道,气体从中部进入,液体从下部进入,气体经旋流槽而进入混合室后才与液体进行混合喷出,但存在以下的缺点:1)雾化稳定时液雾粒子平均直径偏大。2)喷嘴在较低的气液两相压力下表现的雾化效果不好,存在较多的大颗粒。3)喷嘴只能在较窄的气液质量流量比GLR的范围(0.07-0.1)下,才能达到良好的雾化质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于气泡切割的新型雾化喷嘴。它是一种雾化质量更高,粒子平均直径更小更加均匀的低压小流量气泡雾化喷嘴,在气液质量流量比较宽的范围下(气液质量流量比0.06-0.2之间)均可获得稳定的雾化效果的喷嘴。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种基于气泡切割的新型雾化喷嘴,包括内部构件和外部构件,内、外构件所形成的封闭空间构成喷嘴的混合室,内部构件包含内芯,所述的外部构件为外壳和喷头,其特征在于:内部构件还包括气泡分割器,
内芯的顶部开有第一进气孔,第一进气孔下方的内芯上部有外螺纹,外螺纹下方的内芯内部为气体通道,在气体通道下部设有多个第二进气孔,位于第二进气孔下方的内芯上设有旋流槽;
所述外壳呈空心开放状的圆管,外壳上部有内螺纹与内芯上的外螺纹通过密封结构紧密相连,外壳侧面有进液孔,外壳下部有外螺纹;
喷头的上部有内螺纹,与外壳上的外螺纹螺纹连接,喷头的封闭端中心位置开有喷孔,在外壳下部的空腔内安装气泡分割器,外壳与气泡分割器通过密封结构和喷头紧密相连;
第二进气孔所在的内芯部分直径小于外壳的内径,外壳上的进液孔与第二进气孔所在的内芯部分相对应;旋流槽部分的内芯直径与外壳的内径一致,内芯伸入外壳内的长度小于外壳的长度,内芯的旋流槽上部同外壳之间的空隙构成一级混合室,内芯旋流槽下部与外壳和喷头围成空间为二级混合室。
所述二级混合室的长径比为1.1~1.4:1;喷孔的长径比为2:1。
喷嘴的进液孔和第一进气孔、第二进气孔由相应的快速接头连接。
喷头的喷孔上方具有锥形过渡腔,锥形过渡腔的两侧为楔形凸起。
所述气泡分割器具有阵列式的密集网孔。
所述气泡分割器为由细金属丝织成的网状结构,网孔为方形。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明由多进气孔、旋流槽、外螺纹构成的旋流式内芯和包含进液孔、内螺纹结构的外壳和含有气泡分割器并用外螺纹连接的喷头以及密封垫圈等组成。本发明将气泡切割技术应用于气泡雾化喷嘴,可以有效地提高雾化质量,利用气泡分割技术让内混过程形成的泡状流均匀且稳定,在低能耗下(气液质量流量比0.06-0.2之间)雾化粒子直径更小,更加均匀且雾化锥角在40°左右。本发明是一种可以应用于航天、动力、农业等行业中雾化冷却,喷雾蒸发、结冰过程的低气耗率、雾化质量高的低压气泡雾化喷嘴。
本发明喷嘴的主要优点是:喷头与外壳采用螺纹连接,结构简单,拆卸清洗方便,可以轻松更换喷头的样式,雾化质量高,粒子直径更小更加均匀,能达到D32小于20微米。在低气液质量流量比(0.06-0.2之间)均能达到D32小于20微米的稳定雾化效果,该喷嘴工作压力范围广,液体流量小,在气液进口绝对压力(0.2-0.6MPa)情况下均可在2-8Kg/h液体流量下维持稳定喷雾,获得良好的雾化质量的条件下,压力,水量和气量的调节范围更广泛。
附图说明
图1为本发明的新型气泡雾化喷嘴示意图。
图2(a)为本发明的新型气泡雾化喷嘴的内芯的结构示意图;
图2(b)为本发明的新型气泡雾化喷嘴的外壳的剖视结构示意图;
图2(c)为本发明的新型气泡雾化喷嘴的喷头、外壳及气泡分割器连接部分的结构示意图。
图3为当气液质量流量比为0.11时喷嘴的雾化状态图。
图4为本发明的新型气泡雾化喷嘴(200目丝网、圆孔D=1.0mm)的流量特性图。
图5为本发明的新型气泡雾化喷嘴(200目丝网、圆孔D=1.0mm)的雾化特性图(测点位置为喷嘴出口中轴线下15cm处)。
图6为利用马尔文粒径分析仪测得本发明的新型气泡雾化喷嘴(200目丝网、圆孔D=1.0mm)在0.4Mpa,GLR=0.13的条件下的粒径分布图。
本发明参照附图详细说明如下:
1、内芯,2、密封垫片Ⅰ,3、进液孔,4、外壳,5、喷头,6、气泡分割器,7、密封垫片Ⅱ,8、喷孔,9、二级混合室,10、旋流槽,11、一级混合室,12第一进气孔,13第二进气孔。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明,但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
本发明基于气泡切割的新型雾化喷嘴由内部构件和外部构件组成,内、外构件所形成的封闭空间构成喷嘴的混合室,内部构件包含内芯1和气泡分割器6,内芯的顶部开有第一进气孔12,第一进气孔12下方的内芯上部有外螺纹方便与外壳4相连,外螺纹下方的内芯内部为气体通道,在气体通道下部设有四个小的第二进气孔13,位于第二进气孔13下方的内芯上设有四道与轴线成一定角度(40°~60°)的旋流槽10;气体通道联通第一进气孔和第二进气孔;
所述的外部构件为外壳4和喷头5,外壳是呈空心开放状的圆管,即外壳的上端和下端均为开口状,外壳上部有内螺纹与内芯通过密封垫片I 2紧密相连,侧面有进液孔3,外壳下部有外螺纹,喷头5的上部有内螺纹,喷头5的封闭端中心位置开有喷孔8,在外壳下部的空腔内水平安装气泡分割器6,外壳与气泡分割器通过密封垫片II 7和喷头5紧密相连。喷头5的喷孔上方具有锥形过渡腔,锥形过渡腔的两侧为楔形凸起,喷头与外壳螺纹直接固定在一起时,外壳与喷头之间具有间隙,该间隙固定密封结构,并支撑气泡分割器。
第二进气孔13所在的内芯部分直径小于外壳的内径,外壳上的进液孔3与第二进气孔所在的内芯部分相对应;旋流槽部分的内芯直径与外壳的内径一致,内芯伸入外壳内的长度小于外壳的长度,内芯的旋流槽上部同外壳之间的空隙构成一级混合室,内芯旋流槽下部与外壳和喷头围成空间为二级混合室。
所述二级混合室的长径比为1.1~1.4:1,喷嘴可以形成稳定的气液两相流,长径比太大,由于气泡在混合室内旋转会存在向心力,容易导致气泡贴附在混合室的内壁上,破坏气液两相流的稳定性。
喷嘴的进液孔3和第一进气孔12、第二进气孔13是由相应的快速接头连接的,快速接头的一端为外螺纹结构可以直接旋入喷嘴的相应位置,另一端是压迫式快装结构,用于运输液体或气体的塑料软管可以直接插入或者拔出,密封性良好。
所述气泡分割器具有阵列式的密集网孔,目数为50~300目,优选为由细金属丝织成的网状结构,网孔为方形,气泡分割器与密封垫片一同安装在二级混合室内部。气泡分割器也可以采用PVC材料制成的塑料网状结构,可以通过3D打印成型。
进口位置气液两相的工作压力可为0.2-0.6Mpa。喷孔8为圆柱形,长径比为2:1。
密封结构为用四氟材料硬塑料定制的密封垫圈或橡胶密封圈,且第一进气孔、第二进气孔和进液孔内体均安装有相应的快速接头。
所述的气泡切割器与喷头,可以根据具体雾化要求任意组合不同尺寸的气泡切割器和喷头,即不同喷头出口直径及气泡切割器的型号(不同目数),不同的出口直径所需要的与之相对应的理想的气泡切割器的尺寸不同,喷头与外壳螺纹连接气泡分割器是利用垫片压紧放入混合室中的。
实施例1
本实施例中进液孔的直径为2mm,二级混合室的长径比为1.25:1,气泡切割器为200目丝网、圆孔D=1.0mm。喷孔8为圆柱形,长径比为2:1,直径为1.0mm,喷孔的长度为2mm。
液体和压缩空气分别通过进液孔3和第一进气孔12进入一级混合室11,初步混合后经旋流槽10,切向进入二级混合室9;气、液两相流在二级混合室内充分混合形成气液两相泡状流,经过喷孔8喷出形成均匀稳定的雾炬,图3为当气液质量流量比为0.11时喷嘴的雾化状态图,从图中可以看出,雾化后颗粒均一质量好,可以形成稳定的雾炬。
图4为本实施例的新型气泡雾化喷嘴(200目丝网、圆孔D=1.0mm)的流量特性图,在气相液相压力0.2Mpa-0.6Mpa范围内,均能持续稳定喷雾,工作范围广,且在低压0.2MPa下也能完成稳定喷雾的目的,能耗低。
图5为本实施例的新型气泡雾化喷嘴(200目丝网、圆孔D=1.0mm)的雾化特性图(测点位置为喷嘴出口中轴线下15cm处)。在0.4-0.6MPa下喷嘴出口粒径在低流量条件下均维持在D32 13.5μm以下。
图6为利用马尔文粒径分析仪测得本发明的新型气泡雾化喷嘴(200目丝网、圆孔D=1.0mm)在0.4Mpa,GLR=0.13的条件下的粒径分布图。
综上,在相同的工况下,本发明喷嘴制得的雾化颗粒直径更小,粒径分布更集中,雾化锥角(图3里面画的两条直线的夹角为32°)相对较大,更有利于雾化质量提高,且本申请经过两级混合,混合室的尺寸设计及喷孔尺寸、气泡切割器的设置使其能在更宽的范围内保证喷雾的稳定性,可操作性更强。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (6)

1.一种基于气泡切割的新型雾化喷嘴,包括内部构件和外部构件,内、外构件所形成的封闭空间构成喷嘴的混合室,内部构件包含内芯,所述的外部构件为外壳和喷头,其特征在于:内部构件还包括气泡分割器,
内芯的顶部开有第一进气孔,第一进气孔下方的内芯上部有外螺纹,外螺纹下方的内芯内部为气体通道,在气体通道下部设有多个第二进气孔,位于第二进气孔下方的内芯上设有旋流槽;
所述外壳呈空心开放状的圆管,外壳上部有内螺纹与内芯上的外螺纹通过密封结构紧密相连,外壳侧面有进液孔,外壳下部有外螺纹;
喷头的上部有内螺纹,与外壳上的外螺纹螺纹连接,喷头的封闭端中心位置开有喷孔,在外壳下部的空腔内安装气泡分割器,外壳与气泡分割器通过密封结构和喷头紧密相连;
第二进气孔所在的内芯部分直径小于外壳的内径,外壳上的进液孔与第二进气孔所在的内芯部分相对应;旋流槽部分的内芯直径与外壳的内径一致,内芯伸入外壳内的长度小于外壳的长度,内芯的旋流槽上部同外壳之间的空隙构成一级混合室,内芯旋流槽下部与外壳和喷头围成空间为二级混合室。
2.根据权利要求1所述的雾化喷嘴,其特征在于,所述二级混合室的长径比为1.1~1.4:1;喷孔的长径比为2:1。
3.根据权利要求1所述的雾化喷嘴,其特征在于,喷嘴的进液孔和第一进气孔、第二进气孔由相应的快速接头连接。
4.根据权利要求1所述的雾化喷嘴,其特征在于,喷头的喷孔上方具有锥形过渡腔,锥形过渡腔的两侧为楔形凸起。
5.根据权利要求1所述的雾化喷嘴,其特征在于,所述气泡分割器具有阵列式的密集网孔。
6.根据权利要求1所述的雾化喷嘴,其特征在于,所述气泡分割器为由细金属丝织成的网状结构,网孔为方形。
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