CN111974565B - 一种基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器，包括：主动喷嘴，用于喷出工作流体；引射喷嘴，用于喷出引射流体；混合腔，与主动喷嘴和引射喷嘴连接，用于将工作流体与引射流体混合形成混合流体；出口扩散腔，与混合腔连接，用于将混合流体进行增压排出；以及调节喷针，设置在主动喷嘴内，用于调节主动喷嘴的喉部面积，其中，主动喷嘴、混合腔以及出口扩散腔的内表面为疏油疏液态工质的微纳复合结构，用于促使润滑油和液态工质向喷射器流场中心自主弹跳，调节喷针的表面为亲油亲液态工质的微纳复合结构，用于使得润滑油和液态工质定向沿调节喷针的轴向方向微纳米通道流向调节喷针末端，并在调节喷针末端随着高速流体进入混合腔。

Description

一种基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器
技术领域
本发明属于喷射器及喷射式循环系统技术领域，具体涉及一种基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器。
背景技术
喷射器是一种利用高压流体抽吸低压流体的装置，被广泛应用到化学工程、核反应堆、电厂、石油和制冷工业中。蒸汽压缩式热泵制冷循环系统中，采用喷射器替代传统节流阀可以显著提高系统性能效率。气液两相喷射器性能效率可以通过调节喷针和喷射器壁面加热等方式调节优化，喷射器出口干度影响喷射式热泵循环系统制冷制热量及系统效率，热泵制冷系统中压缩机润滑油影响喷射器及系统性能效率。在目前的制冷空调工况下，系统中的最高温度远低于润滑油的沸点温度，润滑油始终以液态形式存在，在高干度情况下，润滑油将会积聚在喷射器内表面，对传热的不利影响增加。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器。
本发明提供了一种基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器，具有这样的特征，包括：主动喷嘴，用于喷出工作流体；引射喷嘴，用于喷出引射流体；混合腔，与主动喷嘴和引射喷嘴连接，用于将工作流体与引射流体混合形成混合流体；出口扩散腔，与混合腔连接，用于将混合流体进行增压排出；以及调节喷针，设置在主动喷嘴内，用于调节所述主动喷嘴的喉部面积，从而调控引射比和气液相变过程，进而调控喷射器出口处液态工质和气态工质的比例及热泵制冷循环性能，其中，主动喷嘴、混合腔以及出口扩散腔的内表面为疏油疏液态工质的微纳复合结构，用于促使润滑油和液态工质向喷射器流场中心自主弹跳，调节喷针的表面为亲油亲液态工质的微纳复合结构，用于使得润滑油和液态工质定向沿调节喷针的轴向方向微纳米通道流向调节喷针末端，并在调节喷针末端随着高速流体进入混合腔。
在本发明提供的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器中，还可以具有这样的特征：其中，疏油疏液态工质的微纳复合结构和亲油亲液态工质的微纳复合结构通过改变表面物理结构和化学修饰进行制备。
在本发明提供的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器中，还可以具有这样的特征：其中，疏油疏液态工质的微纳复合结构的表面为多尺度粗糙结构，该多尺度粗糙结构模仿节肢动物跳虫的表皮结构或模仿超疏液微纳米鳞片与超疏液绒毛交错组成的复合结构。
在本发明提供的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器中，还可以具有这样的特征：其中，亲油亲液态工质的微纳复合结构模仿仙人掌针刺的微观结构。
在本发明提供的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器中，还可以具有这样的特征：其中，气态工质贴附在主动喷嘴以及混合腔内表面，阻碍油膜形成。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器，因为主动喷嘴、混合腔以及出口扩散腔的内表面为疏油疏液态工质的微纳复合结构，能够促使润滑油和液态工质向喷射器流场中心自主弹跳，同时调节喷针的表面为亲油亲液态工质的微纳复合结构，能够使得润滑油和液态工质定向沿调节喷针的轴向方向微纳米通道流向调节喷针末端，所以，能够通过喷射器各部件亲疏组合表面的协同作用，调控系统压缩机润滑油和液态工质在喷射器内的分布，从而对喷射器的性能效率进行调控；同时通过疏油疏液态工质的微纳复合结构和亲油亲液态工质的微纳复合结构，结合喷射器壁面加热冷却及调节喷针位置，能够调控系统压缩机润滑油和工质气液两相在喷射器内的分布，进而调控工质相变过程，从而优化喷射器性能效率。
附图说明
图1是本发明的实施例中的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器的结构示意图；
图2是本发明的实施例中的模仿超疏液微纳米鳞片与超疏液绒毛交错组成的复合结构的示意图；
图3是本发明的实施例中模仿仙人掌针刺的微观结构的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
图1是本发明的实施例中的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器的结构示意图。
如图1所示，本实施例提供了一种基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器包括主动喷嘴10、引射喷嘴20、混合腔30、出口扩散腔40以及调节喷针50。
主动喷嘴10用于喷出工作流体。
引射喷嘴20用于喷出引射流体。
混合腔30与主动喷嘴10和引射喷嘴20连接，用于将工作流体与引射流体混合形成混合流体。
出口扩散腔40与混合腔30连接，用于将混合流体进行增压排出。
调节喷针50设置在主动喷嘴10内，用于调节主动喷嘴10的喉部面积，从而调控引射比，进而调控喷射器出口处液态工质和气态工质的比例及热泵制冷循环性能。
主动喷嘴10、混合腔30以及出口扩散腔40的内表面为疏油疏液态工质的微纳复合结构，用于促使润滑油和液态工质向喷射器流场中心自主弹跳。
疏油疏液态工质的微纳复合结构的表面为多尺度粗糙结构，该多尺度粗糙结构模仿节肢动物跳虫的表皮结构或模仿超疏液微纳米鳞片与超疏液绒毛交错组成的复合结构，通过疏油疏液态工质的复合微纳米层结构可以促使油滴向喷射器中心自主弹跳，避免液态工质(如CO2)膜状凝结，并且疏液能够降低沸腾起始点和临界热流密度，有利于形成滴状冷凝、有利于换热。
本实施例中，疏油疏液态工质的微纳复合结构可采用有机硅、硅基纳米层、有机硅纳米涂层和有机硅树脂等材料进行制备，但不限于以上材料。
图2是本发明的实施例中的模仿超疏液微纳米鳞片与超疏液绒毛交错组成的复合结构的示意图。
如图2所示，当主动喷嘴10、混合腔30以及出口扩散腔40的内表面模仿超疏液微纳米鳞片与超疏液绒毛交错组成的复合结构时，结构如图2。
调节喷针50的表面为亲油亲液态工质的微纳复合结构，用于使得润滑油和液态工质定向沿调节喷针的轴向方向微纳米通道流向调节喷针50末端，并在调节喷针50末端随着高速流体进入混合腔30。
亲油亲液态工质的微纳复合结构模仿仙人掌针刺的微观结构。
图3是本发明的实施例中模仿仙人掌针刺的微观结构的示意图。
如图3所示，调节喷针50的表面模仿仙人掌针刺的微观结构制具有微纳米复合结构的亲油性锥形阵列，能够利用锥形曲率梯度收集并驱动油滴。
本实施例中，调节喷针50的表面可使用聚二甲硅氧烷等复合材料进行制备，同时调节喷针50的表面结构也可采用蜘蛛丝收集液体的仿生原理。
疏油疏液态工质的微纳复合结构和亲油亲液态工质的微纳复合结构可通过改变表面物理结构和化学修饰制备，如通过电化学沉积与化学刻蚀相结合的方法在喷射器表面构建粗糙的微纳复合结构，提升不锈钢表面的亲水性，对其表面进行低表面能物质(如全氟烷烃、全氟硅油等)修饰，制备具有超双疏特性的表面。
气态工质贴附在主动喷嘴10以及混合腔30内表面，阻碍油膜形成，包括被引射的气态工质和液态工质相变后的气态工质。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器，因为主动喷嘴、混合腔以及出口扩散腔的内表面为疏油疏液态工质的微纳复合结构，能够促使润滑油和液态工质向喷射器流场中心自主弹跳，同时调节喷针的表面为亲油亲液态工质的微纳复合结构，能够使得润滑油和液态工质定向沿调节喷针的轴向方向微纳米通道流向调节喷针末端，所以，能够通过喷射器各部件亲疏组合表面的协同作用，调控系统压缩机润滑油和液态工质在喷射器内的分布，从而对喷射器的性能效率进行调控；同时通过疏油疏液态工质的微纳复合结构和亲油亲液态工质的微纳复合结构，结合喷射器壁面加热冷却及调节喷针位置，能够调控系统压缩机润滑油和工质气液两相在喷射器内的分布，进而调控工质相变过程，从而优化喷射器性能效率。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器，其特征在于，包括：
主动喷嘴，用于喷出工作流体；
引射喷嘴，用于喷出引射流体；
混合腔，与所述主动喷嘴和所述引射喷嘴连接，用于将所述工作流体与所述引射流体混合形成混合流体；
出口扩散腔，与所述混合腔连接，用于将所述混合流体进行增压排出；以及
调节喷针，设置在所述主动喷嘴内，用于调节所述主动喷嘴的喉部面积，从而调控引射比和气液相变过程，进而调控喷射器出口处液态工质和气态工质的比例及热泵制冷循环性能，
其中，所述主动喷嘴、所述混合腔以及所述出口扩散腔的内表面为疏油疏液态工质的微纳复合结构，用于促使润滑油和液态工质向喷射器流场中心自主弹跳，
所述调节喷针的表面为亲油亲液态工质的微纳复合结构，用于使得润滑油和液态工质定向沿所述调节喷针的轴向方向微纳米通道流向所述调节喷针末端，并在所述调节喷针末端随着高速流体进入所述混合腔，
所述疏油疏液态工质的微纳复合结构的表面为多尺度粗糙结构，该多尺度粗糙结构模仿节肢动物跳虫的表皮结构或模仿超疏液微纳米鳞片与超疏液绒毛交错组成的复合结构，
所述亲油亲液态工质的微纳复合结构模仿仙人掌针刺的微观结构。
2.根据权利要求1所述的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器，其特征在于：
其中，所述疏油疏液态工质的微纳复合结构和所述亲油亲液态工质的微纳复合结构通过改变表面物理结构和化学修饰进行制备。
3.根据权利要求1所述的基于亲疏性组合表面协同调控的气液两相喷射器，其特征在于：
其中，所述气态工质贴附在所述主动喷嘴以及所述混合腔内表面，阻碍油膜形成。
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