CN112254125B - 一种旋流式压力雾化喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了旋流式压力雾化喷嘴，包括：管接头；出液端口，其可拆卸设置在所述管接头一端，并与所述管接头形成流体通道；旋流片，其可拆卸设置在所述流体通道内；雾化片，其可拆卸设置在所述流体通道内，位于所述旋流片一侧，并与所述旋流片构成旋流雾化腔；其中，流体能够经过所述旋流片进入所述旋流雾化腔内形成旋流液柱，并经所述雾化片将所述旋流液柱破碎为液化雾滴，本发明提供的管接头与出液端口采用可拆卸的连接方式，旋流片和雾化片均采用可拆式设计，可根据流体不同更换旋流片和雾化片，以获得更好的雾化效果。并给出柱形凸台的截面半径和高度，保证旋流雾化腔的旋流效果，保证雾化喷嘴获得更好的旋度，改善喷雾的扩散角度和扩散长度。

Description

一种旋流式压力雾化喷嘴
技术领域
本发明涉及压力雾化喷嘴技术领域，尤其涉及一种旋流式压力雾化喷嘴。
背景技术
随着常规能源(石油、煤炭、天然气)可开采量日益减少，燃用劣质燃油甚至废液已被许多企业作为节约能源的重要方法。对于这种液体燃料，影响其燃烧效率的一个重要因素就是雾化效果，液体的雾化过程主要依靠喷雾喷头实现，通过对液体施以高压或者高速气体等外附加条件促使液体破碎成直径更小的雾滴颗粒，从而实现其所需用途。
喷嘴技术是一种充满生机的实用技术，一般的热动力装置，民用燃烧设备上均利用到喷嘴，喷嘴的性能优劣直接影响到点火、燃烧稳定性、温度分布等各方面的性能，喷嘴性能的改进，与直接相关的工业生产的效果很有影响。
喷嘴的性能优劣直接影响到点火、燃烧稳定性、温度分布等各方面性能，因此，通过改进喷雾喷头的结构，以改进喷头的雾化效果是研究的重点。
发明内容
本发明提供了一种旋流式压力雾化喷嘴，管接头与出液端口采用可拆卸的连接方式，且旋流片和雾化片均采用可拆式设计，可根据流体不同更换旋流片和雾化片，以获得更好的雾化效果。
本发明还有一个目的是在旋流片的中心设置柱形凸台，可使液柱绕环形容置腔旋转，具有更好的流体旋度，同时雾化腔为喇叭型使得旋流室中心压力降低，形成更大的空气芯，从而增加了卷吸作用，增大了雾化喷嘴的喷射角度，能使流体与空气接触更充分。
本发明的另一个目的是给出柱形凸台的截面半径和高度，保证旋流雾化腔的旋流效果，保证雾化喷嘴获得更好的旋度，改善喷雾的扩散角度和扩散长度。
本发明提供的技术方案为：
一种旋流式压力雾化喷嘴，包括：
管接头；
出液端口，其可拆卸设置在所述管接头一端，并与所述管接头形成流体通道；
旋流片，其可拆卸设置在所述流体通道内；
雾化片，其可拆卸设置在所述流体通道内，位于所述旋流片一侧，并与所述旋流片构成旋流雾化腔；
其中，流体能够经过所述旋流片进入所述旋流雾化腔内形成旋流液柱，并经所述雾化片将所述旋流液柱破碎为液化雾滴。
优选的是，所述旋流片为柱形，且一端具有柱形槽，所述旋流片具有周向分布的多个进液通道。
优选的是，还包括柱形凸台，其设置在所述柱形槽内，并与所述柱形槽形成环形旋流容置腔。
优选的是，所述进液通道与所述环形容置腔切向连通。
优选的是，所述雾化片包括：
雾化片本体，其为柱形；
雾化腔，其为喇叭型贯通腔，位于所述雾化片本体中心，所述雾化腔与所述旋流容置腔连通。
优选的是，还包括分液器，其设置在所述旋流片另一侧，所述分液器具有多个沿轴向分布的贯通孔，能够将进入所述管接头内的流体分流为多个沿轴向分布的液柱。
优选的是，所述出液端口与所述管接头螺纹连接。
优选的是，所述柱形凸台截面半径满足：rbos≤Rcav-ben；其中，rbos为凸台截面半径，Rcav为柱形槽半径，ben进液通道宽度，且
Figure GDA0003281663090000021
len为进液通道长度。
优选的是，所述柱形凸台高度为：
柱形凸台的高度为：
Figure GDA0003281663090000031
其中，Hbos为柱形凸台的高度，Hz为雾化片喇叭型贯通腔深度，Hj为环形旋流腔片深度。
有益效果
本发明提供了一种旋流式压力雾化喷嘴，管接头与出液端口采用可拆卸的连接方式，且旋流片和雾化片均采用可拆式设计，可根据流体不同更换旋流片和雾化片，以获得更好的雾化效果。
本发明在旋流片的中心设置柱形凸台，可使液柱绕环形容置腔旋转，具有更好的流体旋度，同时雾化腔为喇叭型使得旋流室中心压力降低，形成更大的空气芯，从而增加了卷吸作用，增大了雾化喷嘴的喷射角度，能使流体与空气接触更充分。
本发明给出柱形凸台的截面半径和高度，保证旋流雾化腔的旋流效果，保证雾化喷嘴获得更好的旋度，改善喷雾的扩散角度和扩散长度。
本发明的喷嘴结构设计能使流体质点以较高的速度旋转前进，形成扩散，产生一定程度的雾化，并且在强旋转射流的内部形成一个回流区，使得旋转射流不仅从射流外侧卷吸周围介质，而且从内部回流区卷吸介质，这样燃料与空气充分掺混，保证了燃料顺利着火和稳定燃烧，提高燃烧效率。
附图说明
图1为本发明所述的旋流式压力雾化喷嘴的结构示意图。
图2为本发明所述的旋流片的结构示意图。
图3为本发明所述的旋流片的截面图。
图4为本发明所述的雾化片的结构示意图。
图5为本发明所述的雾化片的截面图。
图6为本发明所述的分液器的结构示意图。
图7为本发明所述的实施例1的组分云图。
图8为本发明所述的实施例1的轴向速度云图。
图9为本发明所述的实施例2的组分云图。
图10为本发明所述的实施例2的轴向速度云图。
图11为本发明所述的实施例3的组分云图。
图12为本发明所述的实施例3的轴向速度云图。
图13为本发明所述的实施例4的组分云图。
图14为本发明所述的实施例4的轴向速度云图。
图15为本发明所述的实施例5的组分云图。
图16为本发明所述的实施例5的轴向速度云图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
基于背景技术指出的现有的技术问题，本发明提供了一种旋流式压力雾化喷嘴，包括：管接头110、出液端口120、旋流片130和雾化片140。
其中，管接头110为柱形管，能够与流体管道连通，出液端口120可拆卸设置在管接头110一端，并与管接头形成流体通道，在实际应用时，流体管道内充灌压力流体，经过管接头110进入流体通道内，并经过出液端口120流出。管接头120与出液端口120采用可拆卸的连接方式，方便更换管接头120内部件。在另一实施例中，出液端口120与管接头110螺纹连接。
旋流片130可拆卸设置在流体通道内；雾化片140可拆卸设置在所述流体通道内，位于旋流片一侧，并与旋流片130构成旋流雾化腔；其中，流体能够经过旋流片130进入旋流雾化腔内形成旋流液柱，并经雾化片140将旋流液柱破碎为液化雾滴，旋流片130和雾化片140均采用可拆式设计，可根据流体不同更换旋流片130和雾化片140，以获得更好的雾化效果。
如图2所示，旋流片130为柱形，且一端具有柱形槽，旋流片具有周向分布的多个进液通道132，压力流体经进液通道132分流成多个液柱，在压力作用下绕柱形槽旋转。
在另一实施例中，柱形槽中心设置有柱形凸台133，柱形凸台133与柱形槽形成环形旋流容置腔134，压力流体经进液通道132分流成多个液柱，在压力作用下绕柱形槽旋转，中心设置柱形凸台133可使液柱绕环形容置腔134旋转，具有更好的流体旋度，改善雾化效果。
如图3所示，进液通道132与环形容置腔切向连通，流体沿切向进入旋流容置腔，能够使流体从切向入口进入后旋流室后能贴紧旋流室壁面做旋转运动，从而增加旋流度，保证喷射粘度较大的流体时仍有较大的雾化角。
如图4-5所示，雾化片140包括：雾化片本体141和雾化腔142，雾化片本体141为柱形；雾化腔142为喇叭型贯通腔，位于雾化片本体141中心，雾化腔142与旋流容置腔134连通。雾化腔142为喇叭型使得旋流室中心压力降低，形成更大的空气芯，从而增加了卷吸作用，使得燃料与氧化剂更充分的混合。在常规应用中，雾化片140的雾化腔142为锥形结构，本发明采用喇叭型贯通腔后明显改进了雾化效果，雾化后的液滴更细，分布更均匀，液液滴大小更均匀。
如图6所示，在另一实施例中，分液器150设置在旋流片130另一侧，分液器150具有多个沿轴向分布的贯通孔151，能够将进入管接头110内的流体分流为多个沿轴向分布的液柱，作为一种优选，贯通孔151与分液器150之间具有旋向角度。
为保雾化喷嘴证更好的流体旋度，改善雾化效果，给出柱形凸台的优化设计方案：
柱形凸台截面半径满足：rbos≤Rcav-ben；其中，rbos为凸台截面半径，Rcav为柱形槽半径，ben进液通道宽度，且
Figure GDA0003281663090000061
len为进液通道长度。
柱形凸台的高度为：
Figure GDA0003281663090000062
其中，Hbos为柱形凸台的高度，Hz为雾化片喇叭型贯通腔深度，Hj为环形旋流腔片深度。
实验例：雾化过程中，会生成很多液滴，在液滴生成过程中，因雾化喷嘴的结构不同会形成不同的液体场分布效果，为验证雾化喷嘴结构改进的雾化结果，发明人利用仿真模型模拟了不同结构喷嘴的雾化液滴组分云图和速度云图，以得到喷嘴的特性。
本实验中采用相同的管接头110和出液端口120，并在喷嘴内灌入相同压力的流体，通过改变旋流片130和雾化片140的结构验证雾化效果。
实验例1：旋流片结构：旋流片为柱形，且一端具有柱形槽，旋流片具有周向分布的多个进液通道，压力流体经进液通道分流成多个液柱，在压力作用下绕柱形槽旋转。
雾化片结构：雾化片包括雾化片本体和雾化腔，雾化片本体为柱形；雾化腔为锥形贯通腔，仿真得到如图7-8所示的雾化仿真结果。
实验例2：旋流片结构：旋流片为柱形，且一端具有柱形槽，旋流片具有周向分布的多个进液通道，压力流体经进液通道分流成多个液柱，在压力作用下绕柱形槽旋转。
雾化片结构：雾化片包括雾化片本体和雾化腔，雾化片本体为柱形；雾化腔为喇叭型贯通腔，仿真得到如图9-10所示的雾化仿真结果。
实验例3、旋流片结构：旋流片为柱形，且一端具有柱形槽，旋流片具有周向分布的多个进液通道，压力流体经进液通道分流成多个液柱，在压力作用下绕柱形槽旋转，柱形槽中心具有凸台，形成环形旋流腔。
雾化片结构：雾化片包括雾化片本体和雾化腔，雾化片本体为柱形；雾化腔为锥形贯通腔，仿真得到如图11-12所示的雾化仿真结果。
实验例4、旋流片结构：旋流片为柱形，且一端具有柱形槽，旋流片具有周向分布的多个进液通道，压力流体经进液通道分流成多个液柱，在压力作用下绕柱形槽旋转，柱形槽中心具有凸台，形成环形旋流墙。
雾化片结构：雾化片包括雾化片本体和雾化腔，雾化片本体为柱形；雾化腔为锥形贯通腔，仿真得到如图13-14所示的雾化仿真结果。
实验例5、旋流片结构：旋流片为柱形，且一端具有柱形槽，旋流片具有周向分布的多个进液通道，压力流体经进液通道分流成多个液柱，在压力作用下绕柱形槽旋转，柱形槽中心具有凸台，形成环形旋流墙，且旋流片的中心凸台高度和半径依据本发明的优化计算公式得到。
雾化片结构：雾化片包括雾化片本体和雾化腔，雾化片本体为柱形；雾化腔为锥形贯通腔，仿真得到如图15-16所示的雾化仿真结果。
通过对比观察实验例1-4的雾化仿真结果可见，实验例2与实验例1相比，将旋流腔改变为环形，喷雾锥角明显变大，喷雾锥角越大，水束越松散，水束与空气接触面也就更大，气体干扰效应影响越强烈，对水柱与空气更充分混合有利。
实验例3与实验例1相比，将雾化片的雾化腔改变为喇叭型，喷射出口速度更大，即喷射压差更大，雾化效果随喷射压差的增加而效果越来越好。
实验例4与实验例1-3相比，将旋流腔改变为环形，同时将雾化片的雾化腔改变为喇叭型，喷雾锥角，喷射压差和喷雾颗粒细度均有明显提升。
实验例5与实验例4相比，中心凸台高度和半径依据本发明的优化计算公式得到，喷雾颗粒细度有明显提升，本发明给出柱形凸台的截面半径和高度，保证旋流雾化腔的旋流效果，保证雾化喷嘴获得更好的旋度，改善喷雾的扩散角度和扩散长度。
本发明的喷嘴结构设计能使流体质点以较高的速度旋转前进，形成扩散，产生一定程度的雾化，并且在强旋转射流的内部形成一个回流区，使得旋转射流不仅从射流外侧卷吸周围介质，而且从内部回流区卷吸介质，这样燃料与空气充分掺混，保证了燃料顺利着火和稳定燃烧，提高燃烧效率。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种旋流式压力雾化喷嘴，其特征在于，包括：
管接头；
出液端口，其可拆卸设置在所述管接头一端，并与所述管接头形成流体通道；
旋流片，其可拆卸设置在所述流体通道内，所述旋流片为柱形，且一端具有柱形槽，所述旋流片具有周向分布的多个进液通道；
雾化片，其可拆卸设置在所述流体通道内，位于所述旋流片一侧，并与所述旋流片构成旋流雾化腔；
柱形凸台，其设置在所述柱形槽内，并与所述柱形槽形成环形旋流容置腔；其中，所述柱形凸台截面半径满足：rbos≤Rcav-ben；其中，rbos为凸台截面半径，Rcav为柱形槽半径，ben进液通道宽度，且
Figure FDA0003556819770000011
len为进液通道长度；
其中，流体能够经过所述旋流片进入所述旋流雾化腔内形成旋流液柱，并经所述雾化片将所述旋流液柱破碎为液化雾滴。
2.根据权利要求1所述的旋流式压力雾化喷嘴，其特征在于，所述进液通道与所述环形旋流容置腔切向连通。
3.根据权利要求1或2所述的旋流式压力雾化喷嘴，其特征在于，所述雾化片包括：
雾化片本体，其为柱形；
雾化腔，其为喇叭型贯通腔，位于所述雾化片本体中心，所述雾化腔与所述环形旋流容置腔连通。
4.根据权利要求3所述的旋流式压力雾化喷嘴，其特征在于，还包括分液器，其设置在所述旋流片另一侧，所述分液器具有多个沿轴向分布的贯通孔，能够将进入所述管接头内的流体分流为多个沿轴向分布的液柱。
5.根据权利要求1或4所述的旋流式压力雾化喷嘴，其特征在于，所述出液端口与所述管接头螺纹连接。
6.根据权利要求3所述的旋流式压力雾化喷嘴，其特征在于，所述柱形凸台高度为：
柱形凸台的高度为：
Figure FDA0003556819770000021
其中，Hbos为柱形凸台的高度，Hz为雾化片喇叭型贯通腔深度，Hj为环形旋流容置腔的深度。
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