CN111889292A - 一种气助式静电超声雾化喷头及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气助式静电超声雾化喷头及方法，涉及农业工程雾化栽培领域，进气套管的左端位置设有进气孔，进气套管的右端与拉瓦尔管左端相连接，所述拉瓦尔管的右端与谐振体的左端相连接，所述谐振体右端与射流元件体的左端相连接，所述谐振体与射流元件体之间设置有谐振管封闭面；所述谐振管封闭面使得谐振体和射流元件体轴向方向上气液不通；所述谐振体内设置有谐振腔，所述谐振体的侧壁设有V形谐振管，V形谐振管与射流元件体上开设的导气孔相通，射流元件体上还开设有进液口和导流腔，且液体经进液口进入导流腔并被从导气孔进入的气体吹送至旋转装置旋转后经气雾出口喷出。本发明旨在使雾滴带上静电，并多次对雾滴进行加速及其细化。

Description

一种气助式静电超声雾化喷头及方法

技术领域

本发明属于农业工程雾化栽培领域，涉及一种气助式静电超声雾化喷头及方法。

背景技术

1988年开始我国首项静电喷雾技术成功推广，与常规喷雾技术相比，静电喷雾技术具有明显的优势，雾滴覆盖面大且具有较小的粒径，大幅度提高药液的有效利用率，也从根本上减少了对环境的污染和劳动强度，以至于减少成本。

超声雾化是利用流体动力作用产生超声波，从而产生空化使液滴雾化成小分子雾滴，与其它雾化技术相比具有低成本，雾滴粒径小，分布均匀，雾化量大等优点，其次超声雾化技术广泛运用于医疗设备、农业雾化栽培、工业除尘、污水处理等方面。

其中，气助式静电超声雾化喷头具有使用寿命长，喷雾效果好，可靠性高的优点。目前，在农业工程领域中针对现有喷雾技术，对各类喷头的开发研究是精益求精，从而在静电超声雾化技术层面上还有很多值得深入研究的部分。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种气助式静电超声雾化喷头，旨在使雾滴带上静电，并多次对雾滴进行加速及其细化。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种气助式静电超声雾化喷头，包括进气套管、拉瓦尔管、谐振体和射流元件体；所述进气套管的左端位置设有进气孔，进气套管的右端与拉瓦尔管左端相连接，所述拉瓦尔管的右端与谐振体的左端相连接，所述谐振体右端与射流元件体的左端相连接，所述谐振体与射流元件体之间设置有谐振管封闭面；所述谐振管封闭面使得谐振体内的气体通过V形谐振管经导气孔进入射流元件体；所述谐振体内设置有谐振腔，所述谐振体的侧壁设有V形谐振管，V形谐振管与射流元件体上开设的导气孔相通，射流元件体上还开设有进液口和导流腔，且液体经进液口进入导流腔并被从导气孔进入的气体吹送至旋转装置旋转后经气雾出口喷出。

进一步的，所述旋转装置包括压电小球和涡旋叶片；所述压电小球为椭球状且外轮廓涂覆有压电材料；所述压电小球上排布有数个涡旋叶片。

进一步的，所述旋转装置设置在压电小球活动腔内，且通过支撑杆支撑；所述压电小球活动腔开设在射流元件体内。

进一步的，所述压电小球活动腔中间段为缩扩管状，左端为渐廓状，右端为锥形减缩状。

进一步的，所述压电小球的外轮廓与所述压电小球活动腔内壁轮廓按照拉瓦尔管参数设置。

进一步的，所述谐振腔为阶梯型，所述谐振腔的左端直径为9～11mm，中间段直径为5～7mm，右端扩张端直径为8～10mm。

进一步的，所述进液孔与导气孔上下相对设置。

进一步的，所述导流腔出液口与谐振管封闭面之间留有间隙，且间隙为1～2mm；所述导流腔的上下壁面高度差为2～3mm。

进一步的，所述涡旋叶片扭转角设为45°。

气助式静电超声雾化喷头的工作方法，一定压力的气体经进气孔进入拉瓦尔管后迅速由亚音速加速至超音速，在拉瓦尔管的出口形成超音速气流，随后超音速气流进入阶梯型谐振腔，同时在谐振腔入口产生一定的冲击波，由于腔内的压力逐渐增大，冲击波逐渐向背离入口端方向运动，因此高速气流在阶梯型谐振腔内超声振动，导致右侧谐振管封闭面也产生超声振动，同时液滴经过进液孔从导流腔出口流至谐振管封闭面的外端面，促使液滴产生超声振动而破碎细化，进而由于谐振体侧壁管口的静压力逐渐下降，使得气流从V形谐振管流出，经导气孔气流在射流元件体的左端面处与液滴汇合后达到第二次雾化，随后，高速气液混合体冲击在涡旋叶片上而使得气液混合体被高速旋入，同时带动压电小球快速转动，对流体形成一个短时间内的加速，此时对压电小球的表面产生一定的压力，使得压电小球表面的压电材料产生正压电效应，在压电材料的内外面上出现正负相反的电荷，进而液滴经过压电小球表面后带上正电。同时，高速的气液混合体经过压电小球外壁与压电小球活动腔内壁所形成的拉瓦尔状通道，而加速至超音速，因此雾滴在此过程进一步雾化，最后超音速带静电的雾滴从气雾出口喷出。

本发明的有益效果在于：

1.本发明结合拉瓦尔原理、谐振体工作原理、压电材料受外部压力作用后，压电材料产生正压电效应，同时在压电材料的内外表面出现正负相反的电荷，雾滴经过外表面从而带上正电，以及高速气液混合体冲击涡旋叶片旋转而使得流体被旋入并在短时间内对形成加速，进一步涡旋叶片的旋转带动压电小球的转动；压电小球外壁轮廓与压电小球活动腔内壁轮廓按照拉瓦尔管参数设计，为实现压电小球与压电小球活动腔中间段内壁所形成的上下通道为拉瓦尔管状，从而进一步对液滴进行加速及细化。

2.一定速度的气体经进气孔进入拉瓦尔管后由亚音速加速至超音速，在拉瓦尔管出口形成高速气流。

3.高速气流在阶梯型谐振腔内形成超声振荡，并带动谐振管封闭面一起产生超声振荡，使得液滴在封闭面外端面上震碎形成第一次细化，谐振体侧壁设有V形谐振管与射流元件体的导气孔相连，为使封闭面上细化后的液滴二次雾化后吹至压电小球活动腔内。

4.气液混合体进入压电小球活动腔后冲击涡旋叶片后旋转，使得流体被旋入并在短时间内形成加速，从而带动压电小球转动，压电小球右端通过旋转顶尖固定压电小球的位置，为保证压电小球正常转动。同时高速气液混合体对压电小球产生一定的压力后，压电材料产生正压电效应，在压电材料的内外表面出现正负相反的电荷，从而使雾滴经过其表面带上正电；压电小球外壁轮廓与压电小球活动腔内壁轮廓按照拉瓦尔管参数设计，高速气液混合体经过压电小球与压电小球活动腔中间段内壁所形成的上下通道为拉瓦尔管状，以便进一步对液滴进行加速及细化。

5.设置谐振管封闭面的目的在于使得谐振体内的气体不直接进入射流元件体内，通过射流元件体内的导气孔进入从而将射流元件体内的液体吹至旋转装置上去，从而高速气液混合体对压电小球产生一定的压力后，压电材料产生正压电效应，在压电材料的内外表面出现正负相反的电荷，从而使雾滴经过其表面带上正电。

附图说明

图1为本发明所述气助式静电超声雾化喷头的结构示意图；

图2为本发明所述压电小球与涡旋叶片的左视图；

图3为本发明所述压电小球与压电小球活动腔内壁形成拉瓦尔管状及压电小球顶尖与支撑杆中心连接的示意图；

图4为本发明所述拉瓦尔管流线示意图。

附图标记：

1-进气孔，2-进气套管，3-拉瓦尔管，4-谐振体，5-谐振腔，6-谐振管封闭面，7-进液口，8-导流腔，9-射流元件体，10-气雾出口，11-支撑杆，12-压电小球，13-涡旋叶片，14-导气孔，15-V形谐振管，16-压电小球活动腔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的撰写中，存在一些方位词，如：下、上、侧壁、内壁、左端、右端、一端、另一端等方位词仅用于方便描述和理解示意图，并不代表现实实物中需要严格按照此要求进行操作。此外，在本发明中存在一些简单常用的术语，如：固定、安装、相连接等术语应作为常规的意思理解，例如“相连接”一词可以理解成两个零件之间螺纹连接、胶接等等，需要专业的技术人员针对具体情况做具体理解。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的

结合附图1所示，本发明所述的气助式静电超声雾化喷头，由进气孔1、进气套管2、拉瓦尔管3、谐振体4、谐振腔5、谐振管封闭面6、进液口7、导流腔8、射流元件体9、气雾出口10、支撑杆11、压电小球12、涡旋叶片13、导气孔14、V形谐振管15和压电小球活动腔16；

所述进气套管2的左端中心位置设有进气孔1，所述进气套管2的右端与拉瓦尔管3左端相连接，所述拉瓦尔管3的右端与谐振体4的左端相连接，所述谐振体4的内部设有阶梯型的谐振腔5，旨在提高气流在谐振腔内的谐振效果，所述谐振体4的侧壁设有V形谐振管15，所述谐振体4右端为谐振管封闭面6，且谐振体4右端与射流元件体9的左端相连接，设置谐振管封闭面6的目的在于使得谐振体4内的气体不直接进入射流元件体9内，通过射流元件体9内的导气孔14进入从而将射流元件体9内的液体吹至旋转装置上去，从而高速气液混合体对压电小球产生一定的压力后，压电材料产生正压电效应，在压电材料的内外表面出现正负相反的电荷，从而使雾滴经过其表面带上正电；本发明射流元件体9材料为聚四氟乙烯，它具有耐腐蚀，耐高温并有较好的耐磨性，且电绝缘性能良好的优点；涡旋叶片13扭转角设为45°，在该角度下高速的气液混合也旋流效果较佳。

射流元件体9上侧壁开有进液孔7，所述进液孔7与导流腔8相连通，所述导流腔8位于射流元件体9的上侧内壁，所述导流腔8的出液口与谐振管封闭面6之间留有1～2mm的间隙，为保证流出的液滴能充分在谐振管封闭面6上发生超声振动而破碎成细小液滴，所述射流元件体9的左下侧面开有导气孔14与V形谐振管15相连接，所述射流元件体9的中心部位设有压电小球活动腔16，所述压电小球12表面设有6个涡旋叶片13，所述压电小球12的右端设有顶尖，所述支撑杆11两端固定安装在压电小球活动腔16的内壁扩张端最大直径处，所述支撑杆11的中心与顶尖相连接，所述射流元件体9的右端中心位置开有气雾出口10。

结合附图2所示，所述压电小球12为椭球形状，所述压电小球12两端大小不一样，所述涡旋叶片13安装在压电小球12的大头端，所述涡旋叶片12为保证气液混合体经叶片的旋流吸入，同时能在高速气液混流体的作用下带动涡旋叶片13旋转以便压电小球12跟随旋转，对流体形成一个短时间内的加速。

结合附图3所示，本发明所述压电小球与压电小球活动腔内壁形成拉瓦尔管状及压电小球顶尖与支撑杆中心连接的示意图，所述压电小球活动腔16为内壁缩扩管状，所述压电小球12外壁轮廓与压电小球活动腔16内壁轮廓按照拉瓦尔管参数设计，为保证压电小球12的外壁分别与压电小球活动腔16的内壁形成上下两个拉瓦尔管道形状，以便于气液混合体经过所形成的通道形成拉瓦尔效应，进一步对气液混合体加速至超音速喷出，所述压电小球12的外表面覆有一层压电材料，气液混合体对压电小球12冲击产生一定的压力，使得压电材料产生正压电效应，从而压电材料内外表面产生正负相反的电荷，以便流经的液滴带有静电。所述压电小球12小头端设有一处顶尖，通过支撑杆11的中心与顶尖相连接，所述支撑杆11固定安装在压电小球活动腔16内壁扩张端最大直径处，为保证压电小球12正常转动。

结合附图4所示，本发明所述拉瓦尔管流线示意图，拉瓦尔管3的进气口直径为12～14mm，喉口直径为3～4mm，出气口直径为9～11mm，在正常工作状态下，气流经过收缩阶段此时速度为亚音速，经过喉口即加速阶段时，达到音速，进入扩张阶段时为超音速，直至出口。公式

其中M为气流马赫数，从公式中可知，当亚音速流动，M＜1时，如果du＞0，则dA＜0；如果du＜0，则dA＞0。以上则说明亚音速气流沿着拉瓦尔管6的流线加速运动的时候，而流体截面积一定是渐渐减小的；当超音速流动，M＞1时，如果du＞0，则dA＞0；如果du＜0，则dA＜0。以上则说明超音速气流沿着拉瓦尔管6的流线加速运动的时候，流体的截面积是慢慢增大的，则超音速流动与亚音速流动正好相反。综上所述，则当拉瓦尔管6喉口处的气流马赫数M＝1时效果最好。

根据本发明实施例的一种气助式静电超声雾化喷头的工作过程：

一定压力的气体经进气孔1进入拉瓦尔管3后迅速由亚音速加速至超音速，在拉瓦尔管的出口形成超音速气流，随后超音速气流进入阶梯型谐振腔5，同时在谐振腔入口产生一定的冲击波，由于腔内的压力逐渐增大，冲击波逐渐向背离入口端方向运动，因此高速气流在阶梯型的谐振腔5内超声振动，导致右侧谐振管封闭面6也产生超声振动，同时液滴经过进液孔7从导流腔8出口流至谐振管封闭面6的外端面，促使液滴产生超声振动而破碎细化，进而由于谐振体4侧壁管口的静压力逐渐下降，使得气流从V形谐振管15流出，经导气孔14气流在射流元件体9的左端面处与液滴汇合后达到第二次雾化，随后，高速气液混合体冲击在涡旋叶片13上而使得气液混合体被高速旋入，同时带动压电小球12快速转动，对流体形成一个短时间内的加速，此时对压电小球12的表面产生一定的压力，使得压电小球12表面的压电材料产生正压电效应，在压电材料的内外面上出现正负相反的电荷，进而液滴经过压电小球12表面后带上正电。同时，高速的气液混合体经过压电小球12外壁与压电小球活动腔16内壁所形成的拉瓦尔状通道，而加速至超音速，因此雾滴在此过程进一步雾化，最后超音速带静电的雾滴从气雾出口10喷出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，包括进气套管(2)、拉瓦尔管(3)、谐振体(4)和射流元件体(9)；所述进气套管(2)的左端位置设有进气孔(1)，进气套管(2)的右端与拉瓦尔管(3)左端相连接，所述拉瓦尔管(3)的右端与谐振体(4)的左端相连接，所述谐振体(4)右端与射流元件体(9)的左端相连接，所述谐振体(4)与射流元件体(9)之间设置有谐振管封闭面(6)；所述谐振管封闭面(6)使得谐振体(4)内的气体通过V形谐振管(15)经导气孔(14)进入射流元件体(9)；所述谐振体(4)内设置有谐振腔(5)，所述谐振体(5)的侧壁设有V形谐振管(15)，V形谐振管(15)与射流元件体(9)上开设的导气孔(14)相通，射流元件体(9)上还开设有进液口(7)和导流腔(8)，且液体经进液口(7)进入导流腔(8)并被从导气孔(14)进入的气体吹送至旋转装置旋转后经气雾出口(10)喷出。

2.根据权利要求1所述的气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，所述旋转装置包括压电小球(12)和涡旋叶片(13)；所述压电小球(12)为椭球状且外轮廓涂覆有压电材料；所述压电小球(12)上排布有数个涡旋叶片(13)。

3.根据权利要求1或者2任一项所述的气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，所述旋转装置设置在压电小球活动腔(16)内，且旋转装置通过支撑杆(11)支撑；所述压电小球活动腔(16)开设在射流元件体(9)内。

4.根据权利要求3所述的气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，所述压电小球活动腔(16)中间段为缩扩管状，左端为渐廓状，右端为锥形减缩状。

5.根据权利要求3所述的气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，所述压电小球(12)的外轮廓与所述压电小球活动腔(16)内壁轮廓按照拉瓦尔管参数设置。

6.根据权利要求1所述的气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，所述谐振腔(5)为阶梯型，所述谐振腔(5)的左端直径为9～11mm，中间段直径为5～7mm，右端扩张端直径为8～10mm。

7.根据权利要求1所述的气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，所述进液孔(7)与导气孔(14)上下相对设置。

8.根据权利要求1所述的气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，所述导流腔(8)出液口与谐振管封闭面(6)之间留有间隙，且间隙为1～2mm；所述导流腔(8)的上下壁面高度差为2～3mm。

9.根据权利要求2所述的气助式静电超声雾化喷头，其特征在于，所述涡旋叶片(13)的扭转角设为45°。

10.根据权利要求1至9所述的气助式静电超声雾化喷头的工作方法，其特征在于，一定压力的气体经进气孔(1)进入拉瓦尔管(3)后迅速由亚音速加速至超音速，在拉瓦尔管(3)的出口形成超音速气流，随后超音速气流进入阶梯型谐振腔(5)，同时在谐振腔(5)入口产生一定的冲击波，由于腔内的压力逐渐增大，冲击波逐渐向背离入口端方向运动，因此高速气流在阶梯型谐振腔(5)内超声振动，导致右侧谐振管封闭面(6)也产生超声振动，同时液滴经过进液孔(7)从导流腔(8)出口流至谐振管封闭面(6)的外端面，促使液滴产生超声振动而破碎细化，进而由于谐振体(4)侧壁管口的静压力逐渐下降，使得气流从V形谐振管(15)流出，经导气孔(14)气流在射流元件体(9)的左端面处与液滴汇合后达到第二次雾化，随后，高速气液混合体冲击在涡旋叶片(13)上而使得气液混合体被高速旋入，同时带动压电小球(12)快速转动，对流体形成一个短时间内的加速，此时对压电小球(12)的表面产生一定的压力，使得压电小球(12)表面的压电材料产生正压电效应，在压电材料的内外面上出现正负相反的电荷，进而液滴经过压电小球(12)表面后带上正电。同时，高速的气液混合体经过压电小球(12)外壁与压电小球活动腔(16)内壁所形成的拉瓦尔状通道，而加速至超音速，因此雾滴在此过程进一步雾化，最后超音速带静电的雾滴从气雾出口(10)喷出。

Images