CN113457866B - 一种雾化喷嘴的雾化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雾化喷嘴的雾化控制方法，包括：液体从液体入口流入雾化喷嘴，通过压力阀进入液体缓冲腔，然后再进入下部液体腔道；气体从气体入口进入雾化喷嘴，通过气体腔道喷射入气体缓冲腔；气体经过气体缓冲腔的缓冲和调整流态后，一部分回流通过下部液体腔道进入液体缓冲腔，另一部分从气体缓冲腔的末端喷射而出；回流进入液体缓冲腔的气体在液体缓冲腔内与液体完成气液预混，气液混合物在下部液体腔道的末端与来自气体缓冲腔的末端的喷射气体撞击形成剧烈湍流流态，再由雾化喷嘴的喷射孔喷出，完成流动模糊雾化过程。压力阀对流入液体缓冲腔内的液体的流量和压力进行自动调节，使雾化喷嘴在不同的雾化模式之间切换。

Description

一种雾化喷嘴的雾化控制方法

技术领域

本发明属于雾化技术领域，具体涉及一种雾化喷嘴的雾化控制方法。

背景技术

雾化技术广泛应用于航空、航天、冶金、环保、化工、电子、农畜业等行业。雾化技术主要包括机械雾化和介质雾化两种雾化手段，介质雾化是通过多种工作介质的相互作用实现雾化，这种雾化技术的特点是对液体压力要求较低，可以在较宽的液体流量范围内实现较好的雾化效果。

在风洞试验中，模拟真实飞行云雾环境的重要控制参数包括液态水含量、平均水滴直径等，需要在极低液体流量条件下控制空间含水量，并获得较广的雾化液滴粒径分布和较高的分布均匀性。但是，目前介质雾化中采用的雾化喷嘴均难以很好地满足风洞试验的使用要求，无法实现既保证良好的云雾均匀性又达到喷雾平均水滴直径和水流量稳定可控，产生的平均液滴直径和水流量都远高于理想标准。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种雾化喷嘴的雾化控制方法，该雾化控制方法基于流动模糊雾化原理，既保证良好的雾化均匀性又可实现雾化平均液滴粒径和水流量稳定可控；在液体总体流量极低条件下，当流量较低时获得小粒径的雾滴，当流量较高时获得大粒径的雾滴，进一步扩大雾化液滴粒径分布范围。

本发明提供一种雾化喷嘴的雾化控制方法，包括如下过程：

（1）液体从雾化喷嘴的液体入口流入雾化喷嘴，通过上部液体腔道流入压力阀；液体通过压力阀进入液体缓冲腔，然后再进入下部液体腔道；

（2）气体从雾化喷嘴的气体入口进入雾化喷嘴，通过上部气体腔道和下部气体腔道后喷射入气体缓冲腔；气体缓冲腔的末端和下部液体腔道的末端交汇；气体经过气体缓冲腔的缓冲和调整流态后，一部分回流通过下部液体腔道进入液体缓冲腔，另一部分从气体缓冲腔的末端喷射而出；

（3）回流进入液体缓冲腔的气体在液体缓冲腔内与液体完成气液预混，气液预混后的气液混合物在下部液体腔道的末端与来自气体缓冲腔的末端的喷射气体撞击形成剧烈湍流流态，再由雾化喷嘴的喷射孔喷出，完成流动模糊雾化过程；

压力阀的阀体为两片结构，阀体的上表面为承受液体压力的作用面；压力阀自动开启和闭合，对流入液体缓冲腔内的液体的流量和压力进行自动调节，同时使雾化喷嘴在不同的雾化模式之间切换。

当流入雾化喷嘴的液体流量较小时，压力阀阀体上表面的液体压力小于设定阈值，压力阀处于闭合状态，两片阀体的内腔构成拉瓦尔喷管结构，拉瓦尔喷管结构中的喉部通径为0.5~1.5mm；液体经过拉瓦尔喷管结构加速后进行了初步的雾化，再喷射进入液体缓冲腔和下部液体腔道。气液混合物在下部液体腔道内也与气体发生撞击，气液混合物的流态在下部液体腔道内呈现为环状流，从而减少液体的流量。

当流入雾化喷嘴的液体流量变大时，压力阀阀体上表面的液体压力增大至达到设定阈值，两片阀体发生相对远离方向的横移，两片阀体的横移相对距离在0.1~0.5mm范围内，压力阀处于开启状态，内腔构成的拉瓦尔喷管结构失效，大量液体直接由上部液体腔道进入液体缓冲腔，再进入下部液体腔道；压力阀的开启起到泄压作用，使阀体上表面和液体缓冲腔内已增大的液体压力急剧下降；经过液体缓冲腔的缓冲，喷射孔喷出的雾化液滴的压力和流量波动变得平滑，趋于稳定；在压力阀开启泄压后，压力阀自动恢复到闭合状态。气液混合物在下部液体腔道内也与气体发生撞击，气液混合物在下部液体腔道内呈现为段塞流或泡沫流，雾化喷嘴的雾化效果变弱。

雾化喷嘴的喷嘴芯的内部设置有2个孔道，孔道将下部气体腔道和液体缓冲腔横向连通起来；在贯穿孔道的挡环凹槽内设置有挡环，将孔道截断；挡环上开有气孔，挡环可在挡环凹槽内上下移动；当挡环向下移动时，气孔与孔道对齐，使孔道连通；当挡环向上移动复位时，气孔脱离与孔道的对齐位置，使孔道截断。

压力阀设置在喷嘴芯顶部的压力阀腔内；阀体的外周设置有多根阀体弹簧，阀体弹簧的末端抵在压力阀腔的内壁上；阀体在压力阀腔内通过卡片定位；卡片为两端具有反向凸起的Z字形弹性部件；压力阀自动开启的设定阈值取决于卡片的弹力；卡片的一端凸起压入压力阀腔腔底的卡槽内，另一端凸起抵进位于阀体底部的滑槽内，抵进滑槽内的凸起的背部压在挡环顶部之上；挡环的底部与挡环凹槽底部之间设置有挡环弹簧。

当两片阀体在压力阀腔内发生相对远离方向的横移时，使压力阀处于自动开启状态，大量液体直接由上部液体腔道进入液体缓冲腔；同时，阀体底部的滑槽挤压抵进滑槽内的卡片凸起，使该凸起的背部做下压动作，从而驱动挡环在挡环凹槽内向下移动，使孔道连通；大量气体通过孔道涌入液体缓冲腔，满足了流量增大的液体的气液预混需求。

当两片阀体在卡片弹力作用下复位时，使压力阀恢复至闭合状态，流入液体缓冲腔的液体流量恢复至低流量；同时，抵进滑槽内的卡片凸起在弹力作用下复位，使该凸起的背部复位上抬，挡环在挡环凹槽内挡环弹簧的作用下向上复位，使孔道截断。

当从液体入口流入雾化喷嘴的液体流量较小时，压力阀处于闭合状态，液体通过阀体内腔的拉瓦尔喷管结构进入液体缓冲腔和通过回流经过下部液体腔道进入液体缓冲腔的少量气体完成气液预混，气液预混后的气液混合物在下部液体腔道内与气体撞击形成剧烈湍流流态，最后由雾化喷嘴的喷射口喷出，完成液体流量较小时的流动模糊雾化过程；另外，由于从喷射口喷出后环境压力变低，由喷射口喷出的射流内夹杂的少量气泡发生膨胀后破裂，也会产生雾化效果；这种工作模式为雾化喷嘴的小流量工作模式，此工作模式可获得较小粒径的雾化液滴。

当从液体入口流入雾化喷嘴的液体流量变得较大时，压力阀处于自动开启状态，阀体内腔的拉瓦尔喷管作用消失，大量液体进入液体缓冲腔，和经过孔道涌入液体缓冲腔的大量气体以及通过回流经过下部液体腔道进入液体缓冲腔的气体完成气液预混；液体缓冲腔主要在过量液体进入下部液体腔道前起到缓冲和预混作用；大量气液预混后的气液混合物在下部液体腔道内与气体撞击形成剧烈湍流流态，最后由雾化喷嘴的喷射口喷出，完成液体流量较大时的流动模糊雾化过程；同时，由喷射口喷出的射流内夹杂的大量气泡发生膨胀后破裂产生雾化效果，气泡膨胀破裂产生的雾化效果在较大流量液体情况下的雾化过程中变得更加明显和重要；这种工作模式为雾化喷嘴的大流量工作模式，此工作模式可获得较大粒径的雾化液滴。

通过控制液体入口流入的液体流量和压力在一定范围内的周期性变换，雾化喷嘴可实现在小流量和大流量两种工作模式之间的自动连续切换，通过调节压力阀自动开启的设定阈值并结合液体入口处液体流量和压力的变化周期控制，可以实现在液体总体流量极低的条件下获得粒径分布宽泛而连续的雾化液滴以及较低的空间含水量的雾化效果，并实现对雾化液滴粒径分布和空间含水量的控制。在压力阀开闭的过程中，压力阀出口位置的压力变化较为剧烈，但经液体缓冲腔缓冲后，喷射口处的压力脉动较为平滑。

通过液体入口流入雾化喷嘴的液体流量为40~200mg/s的极低流量范围，由雾化喷嘴的喷射口喷出的雾化液滴粒径在1~2000μm范围内连续分布。

本发明的雾化控制方法使用的雾化喷嘴包括喷嘴帽、喷嘴芯、喷嘴罩、压力阀和挡环；喷嘴帽设置有气体入口、上部气体腔道、液体入口和上部液体腔道；喷嘴芯的内部设置有液体缓冲腔，液体缓冲腔的腔壁为弧形；压力阀设置在喷嘴芯顶部的压力阀腔内，压力阀的阀体位于上部液体腔道和液体缓冲腔之间，阀体的上表面为承受液体压力的作用面；压力阀可自动开启和闭合，对流入液体缓冲腔内的液体的流量和压力进行自动调节，同时使雾化喷嘴在不同的雾化工作模式之间切换。喷嘴帽上的气体入口和液体入口的孔轴线在一条直线上，有利于使雾化喷嘴受力均衡。

喷嘴芯的上部为圆柱体状，喷嘴芯的上部的外壁与喷嘴罩的内壁之间构成下部气体腔道；喷嘴芯的下部为倒圆锥状，喷嘴芯的下部的外壁与喷嘴罩的内壁之间构成气体缓冲腔；上部气体腔道、下部气体腔道和气体缓冲腔依次相通，组成第一气体通道；气体入口与第一气体通道相连；下部气体腔道的通径为1~2mm。喷嘴罩的底部与侧壁之间设置有弧形过渡面，该弧形过渡面作为气体缓冲腔内壁的一部分，可以减弱气流在第一气体通道内的湍流，优化气体流场。喷嘴芯下部的锥角为20-40°，由于喷嘴芯的下部的外壁也是气体缓冲腔内壁的一部分，该锥角角度可有效减小气流与气体缓冲腔内壁的阻力。

喷嘴芯的内部还设置有下部液体腔道；上部液体腔道、液体缓冲腔和下部液体腔道依次相通，组成液体通道；液体入口与液体通道相连；下部液体腔道的通径为1~2mm。第一气体通道位于液体通道的外周。

阀体为两片结构，阀体的内腔为拉瓦尔喷管结构；两片阀体通过彼此相对横移使压力阀处于开启或闭合状态；在压力阀处于闭合状态时，上部液体腔道和液体缓冲腔通过拉瓦尔喷管结构中的喉部相通。

喷嘴芯内部设置有2个孔道，孔道将下部气体腔道和液体缓冲腔横向连通起来；挡环位于贯穿孔道的挡环凹槽内，将孔道截断；挡环上开有气孔，挡环可在挡环凹槽内上下移动；当挡环向下移动时，气孔与孔道对齐，使孔道连通；当挡环向上移动复位时，气孔脱离与孔道的对齐位置，使孔道截断。

阀体的外周设置有多根阀体弹簧，阀体弹簧的末端抵在压力阀腔的内壁上；阀体在压力阀腔内通过卡片定位；卡片为Z字形的弹性部件，两端具有反向凸起；卡片的一端凸起压入压力阀腔腔底的卡槽内，另一端凸起抵进位于阀体底部的滑槽内，滑槽内壁为弧形，抵进滑槽内的凸起的背部压在挡环顶部之上；挡环的底部与挡环凹槽底部之间设置有挡环弹簧；阀体在压力阀腔内横移时，阀体底部的滑槽挤压抵进滑槽内的凸起，使该凸起的背部做下压或上抬动作，从而驱动挡环在挡环凹槽内做相应的上下移动。

压力阀腔腔底为锥面，该锥面的底角角度在5°~30°范围内；阀体的上表面为倒锥面，该倒锥面的底角角度在5°~30°范围内。

当阀体上表面的液体压力达到设定阈值时，压力阀自动开启，该设定阈值取决于卡片的弹力；压力阀在液体压力和卡片弹力的共同作用下自动开启或闭合。

当压力阀处于闭合状态时，拉瓦尔喷管结构中的喉部通径为0.5~1.5mm；当压力阀处于开启状态时，两片阀体的横移相对距离在0.1~0.5mm范围内。

阀体弹簧为4-10根，在压力阀腔内壁的圆周上均布，卡片的数量与阀体弹簧的数量一致；压力阀处于闭合状态时，阀体弹簧的起始端与阀体外周表面之间留有距离；在压力阀处于开启状态时，阀体弹簧具有控制两片阀体横移相对距离的作用。阀体弹簧还用于辅助阀体完成复位动作。

喷嘴帽、喷嘴芯和喷嘴罩构成本发明的雾化喷嘴的主体，喷嘴帽与喷嘴芯，以及喷嘴帽与喷嘴罩之间均为可拆卸的螺纹连接。

气体缓冲腔的末端设置有气体出口，下部液体腔道的末端设置有液体出口，气体出口和液体出口交汇，且气体出口的轴线和液体出口的轴线正交，雾化喷嘴的喷射口设置在交汇点的下游。

本发明的有益效果：

本发明的雾化控制方法通过调节压力阀自动开启的设定阈值并结合液体入口处液体流量和压力的控制，可以实现在液体总体流量极低的条件下获得粒径分布宽泛而连续的雾化液滴以及较低的空间含水量的雾化效果，并实现对雾化液滴粒径分布和空间含水量的控制。在40~200mg/s的液体极低流量范围内，可实现雾化液滴粒径在1~2000μm范围内连续分布；雾化喷嘴完成小流量和大流量两种工作模式的雾化过程后，在室温时，距离喷射口100mm处的单位空间内含水量低至24~28g/m³范围内。

附图说明

图1为本发明中使用的雾化喷嘴的结构示意图；

图2 为本发明中的压力阀的结构示意图；

图3为本发明雾化控制方法中的雾化喷嘴工作时压力阀出口处和喷射口处压力周期变化对比图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施方式。应当理解的是，此处描述的具体实施方式仅用于举例说明和解释本发明，并不是用于限制本发明。

图1为本发明中使用的雾化喷嘴的结构示意图，如图所示，该雾化喷嘴包括喷嘴帽1、喷嘴芯2、喷嘴罩3、压力阀4和挡环5；喷嘴帽1设置有气体入口6、上部气体腔道7、液体入口8和上部液体腔道9；喷嘴芯2的内部设置有液体缓冲腔10，液体缓冲腔10的腔壁为弧形；压力阀4设置在喷嘴芯顶部的压力阀腔11内，压力阀4的阀体位于上部液体腔道9和液体缓冲腔10之间，阀体的上表面为承受液体压力的作用面；压力阀4可自动开启和闭合，对流入液体缓冲腔10内的液体的流量和压力进行自动调节，同时使雾化喷嘴在不同的雾化工作模式之间切换。喷嘴帽上的气体入口6和液体入口8的孔轴线在一条直线上，有利于使雾化喷嘴受力均衡。

喷嘴芯2的上部为圆柱体状，喷嘴芯2的上部的外壁与喷嘴罩3的内壁之间构成下部气体腔道12；喷嘴芯2的下部为倒圆锥状，喷嘴芯2的下部的外壁与喷嘴罩3的内壁之间构成气体缓冲腔13；上部气体腔道7、下部气体腔道12和气体缓冲腔13依次相通，组成第一气体通道；气体入口6与第一气体通道相连；下部气体腔道12的通径为1~2mm。喷嘴罩的底部与侧壁之间设置有弧形过渡面，该弧形过渡面作为气体缓冲腔内壁的一部分，可以减弱气流在第一气体通道内的湍流，优化气体流场。喷嘴芯下部的锥角为20-40°，由于喷嘴芯的下部的外壁也是气体缓冲腔内壁的一部分，该锥角角度可有效减小气流与气体缓冲腔内壁的阻力。

喷嘴芯2的内部还设置有下部液体腔道14；上部液体腔道9、液体缓冲腔10和下部液体腔道14依次相通，组成液体通道；液体入口8与液体通道相连；下部液体腔道14的通径为1~2mm。第一气体通道位于液体通道的外周。

喷嘴帽1、喷嘴芯2和喷嘴罩3构成本发明的雾化喷嘴的主体，喷嘴帽1与喷嘴芯2，以及喷嘴帽1与喷嘴罩3之间均为可拆卸的螺纹连接。

气体缓冲腔13的末端设置有气体出口15，下部液体腔道的末端设置有液体出口16，气体出口15和液体出口16交汇，且气体出口的轴线和液体出口的轴线正交，雾化喷嘴的喷射口17设置在交汇点的下游。

喷嘴芯2的内部设置有2个孔道18，孔道将下部气体腔道12和液体缓冲腔10横向连通起来；挡环5位于贯穿孔道的挡环凹槽19内，将孔道截断；挡环5上开有气孔20，挡环5可在挡环凹槽19内上下移动；当挡环向下移动时，气孔与孔道对齐，使孔道连通；当挡环向上移动复位时，气孔脱离与孔道的对齐位置，使孔道截断。挡环5的底部与挡环凹槽19底部之间设置有挡环弹簧21。

图2 为本发明中的压力阀的结构示意图，如图所示，该压力阀4的阀体为两片结构，分别为阀体22和阀体23，阀体22和阀体23组合成的内腔为拉瓦尔喷管结构24；两片阀体通过彼此相对横移使压力阀处于开启或闭合状态；在压力阀处于闭合状态时，上部液体腔道和液体缓冲腔10通过拉瓦尔喷管结构24中的喉部相通。

阀体的外周设置有多根阀体弹簧25，阀体弹簧的末端抵在压力阀腔11的内壁上；阀体在压力阀腔内通过卡片26定位；卡片为Z字形的弹性部件，两端具有反向凸起；卡片的一端凸起27压入压力阀腔腔底的卡槽28内，另一端凸起29抵进位于阀体底部的滑槽30内，滑槽30的内壁为弧形，抵进滑槽内的凸起29的背部压在挡环5的顶部之上；阀体22在压力阀腔11内横移时，阀体底部的滑槽30挤压抵进滑槽内的凸起29，使该凸起的背部做下压或上抬动作，从而驱动挡环5在挡环凹槽内做相应的上下移动。

压力阀腔11的腔底为锥面，该锥面的底角角度在5°~30°范围内；阀体22和阀体23的上表面为倒锥面，该倒锥面的底角角度在5°~30°范围内。

当阀体上表面的液体压力达到设定阈值时，压力阀自动开启，该设定阈值取决于卡片的弹力；压力阀在液体压力和卡片弹力的共同作用下自动开启或闭合。

当压力阀处于闭合状态时，拉瓦尔喷管结构中的喉部通径为0.5~1.5mm；当压力阀处于开启状态时，两片阀体的横移相对距离在0.1~0.5mm范围内。

阀体弹簧为4-10根，在压力阀腔内壁的圆周上均布，卡片的数量与阀体弹簧的数量一致；压力阀处于闭合状态时，阀体弹簧的起始端与阀体外周表面之间留有距离；在压力阀处于开启状态时，阀体弹簧具有控制两片阀体横移相对距离的作用。阀体弹簧还用于辅助阀体完成复位动作。

本发明的雾化控制方法主要包括如下过程：

（1）液体从雾化喷嘴的液体入口流入雾化喷嘴，通过上部液体腔道流入压力阀；液体通过压力阀进入液体缓冲腔，然后再进入下部液体腔道；

（2）气体从雾化喷嘴的气体入口进入雾化喷嘴，通过上部气体腔道和下部气体腔道后喷射入气体缓冲腔；气体缓冲腔的末端和下部液体腔道的末端交汇；气体经过气体缓冲腔的缓冲和调整流态后，一部分回流通过下部液体腔道进入液体缓冲腔，另一部分从气体缓冲腔的末端喷射而出；

（3）回流进入液体缓冲腔的气体在液体缓冲腔内与液体完成气液预混，气液预混后的气液混合物在下部液体腔道的末端与来自气体缓冲腔的末端的喷射气体撞击形成剧烈湍流流态，再由雾化喷嘴的喷射口喷出，完成流动模糊雾化过程。

压力阀的阀体为两片结构，阀体的上表面为承受液体压力的作用面；压力阀自动开启和闭合，对流入液体缓冲腔内的液体的流量和压力进行自动调节，同时使雾化喷嘴在不同的雾化模式之间切换。

当流入雾化喷嘴的液体流量较小时，压力阀阀体上表面的液体压力小于设定阈值，压力阀处于闭合状态，两片阀体的内腔构成拉瓦尔喷管结构，拉瓦尔喷管结构中的喉部通径为0.5~1.5mm；液体经过拉瓦尔喷管结构加速后进行了初步的雾化，再喷射进入液体缓冲腔和下部液体腔道。气液混合物在下部液体腔道内也与气体发生撞击，气液混合物的流态在下部液体腔道内呈现为环状流，从而减少液体的流量。

当流入雾化喷嘴的液体流量变大时，压力阀阀体上表面的液体压力增大至达到设定阈值，两片阀体发生相对远离方向的横移，两片阀体的横移相对距离在0.1~0.5mm范围内，压力阀处于开启状态，内腔构成的拉瓦尔喷管结构失效，大量液体直接由上部液体腔道进入液体缓冲腔，再进入下部液体腔道；压力阀的开启起到泄压作用，使阀体上表面和液体缓冲腔内已增大的液体压力急剧下降；经过液体缓冲腔的缓冲，喷射口喷出的雾化液滴的压力和流量波动变得平滑，趋于稳定；在压力阀开启泄压后，压力阀自动恢复到闭合状态。气液混合物在下部液体腔道内也与气体发生撞击，气液混合物在下部液体腔道内呈现为段塞流或泡沫流，雾化喷嘴的雾化效果变弱。

雾化喷嘴的喷嘴芯的内部设置有2个孔道，孔道将下部气体腔道和液体缓冲腔横向连通起来；在贯穿孔道的挡环凹槽内设置有挡环，将孔道截断；挡环上开有气孔，挡环可在挡环凹槽内上下移动；当挡环向下移动时，气孔与孔道对齐，使孔道连通；当挡环向上移动复位时，气孔脱离与孔道的对齐位置，使孔道截断。

压力阀自动开启的设定阈值取决于卡片的弹力；卡片的一端凸起压入压力阀腔腔底的卡槽内，另一端凸起抵进位于阀体底部的滑槽内，抵进滑槽内的凸起的背部压在挡环顶部之上；挡环的底部与挡环凹槽底部之间设置有挡环弹簧。

当两片阀体在压力阀腔内发生相对远离方向的横移时，使压力阀处于自动开启状态，大量液体直接由上部液体腔道进入液体缓冲腔；同时，阀体底部的滑槽挤压抵进滑槽内的卡片凸起，使该凸起的背部做下压动作，从而驱动挡环在挡环凹槽内向下移动，使孔道连通；大量气体通过孔道涌入液体缓冲腔，满足了流量增大的液体的气液预混需求。

当两片阀体在卡片弹力作用下复位时，使压力阀恢复至闭合状态，流入液体缓冲腔的液体流量恢复至低流量；同时，抵进滑槽内的卡片凸起在弹力作用下复位，使该凸起的背部复位上抬，挡环在挡环凹槽内挡环弹簧的作用下向上复位，使孔道截断。

当从液体入口流入雾化喷嘴的液体流量较小时，压力阀处于闭合状态，液体通过阀体内腔的拉瓦尔喷管结构进入液体缓冲腔和通过回流经过下部液体腔道进入液体缓冲腔的少量气体完成气液预混，气液预混后的气液混合物在下部液体腔道内与气体撞击形成剧烈湍流流态，最后由雾化喷嘴的喷射口喷出，完成液体流量较小时的流动模糊雾化过程；另外，由于从喷射口喷出后环境压力变低，由喷射口喷出的射流内夹杂的少量气泡发生膨胀后破裂，也会产生雾化效果；这种工作模式为雾化喷嘴的小流量工作模式，此工作模式可获得较小粒径的雾化液滴。

当从液体入口流入雾化喷嘴的液体流量变得较大时，压力阀处于自动开启状态，阀体内腔的拉瓦尔喷管作用消失，大量液体进入液体缓冲腔，和经过孔道涌入液体缓冲腔的大量气体以及通过回流经过下部液体腔道进入液体缓冲腔的气体完成气液预混；液体缓冲腔主要在过量液体进入下部液体腔道前起到缓冲和预混作用；大量气液预混后的气液混合物在下部液体腔道内与气体撞击形成剧烈湍流流态，最后由雾化喷嘴的喷射口喷出，完成液体流量较大时的流动模糊雾化过程；同时，由喷射口喷出的射流内夹杂的大量气泡发生膨胀后破裂产生雾化效果，气泡膨胀破裂产生的雾化效果在较大流量液体情况下的雾化过程中变得更加明显和重要；这种工作模式为雾化喷嘴的大流量工作模式，此工作模式可获得较大粒径的雾化液滴。

采用本发明的雾化控制方法，通过液体入口流入雾化喷嘴的液体流量为40~200mg/s的极低流量范围，由雾化喷嘴的喷射口喷出的雾化液滴粒径在1~2000μm范围内连续分布，且液滴粒径分布比较平均。在获得稳定喷雾的前提下，采用本发明的雾化控制方法及雾化喷嘴比常规技术所获得的雾滴粒径分布范围提高了10倍以上。通过控制液体入口流入的液体流量和压力在一定范围内的周期性变换，雾化喷嘴可实现在小流量和大流量两种工作模式之间的自动连续切换，通过调节压力阀自动开启的设定阈值并结合液体入口处液体流量和压力的变化周期控制，可以实现在液体总体流量极低的条件下获得粒径分布宽泛而连续的雾化液滴以及较低的空间含水量的雾化效果，并实现对雾化液滴粒径分布和空间含水量的控制。如图3所示，在压力阀开闭的过程中，压力阀出口位置的压力呈周期性变化，且变化较为剧烈，但经液体缓冲腔缓冲后，喷射口处的压力脉动则较为平滑，压力基本上波动不大，较为稳定。

Claims (8)

1.一种雾化喷嘴的雾化控制方法，雾化喷嘴包括压力阀，压力阀的阀体为两片结构，阀体的上表面为承受液体压力的作用面；阀体的内腔为拉瓦尔喷管结构，两片阀体通过彼此相对横移使压力阀处于开启或闭合状态；雾化喷嘴的喷嘴芯的内部设置有2个孔道，孔道将下部气体腔道和液体缓冲腔横向连通起来；在贯穿孔道的挡环凹槽内设置有挡环，将孔道截断；挡环上开有气孔，挡环可在挡环凹槽内上下移动；当挡环向下移动时，气孔与孔道对齐，使孔道连通；当挡环向上移动复位时，气孔脱离与孔道的对齐位置，使孔道截断；压力阀设置在喷嘴芯顶部的压力阀腔内；阀体的外周设置有多根阀体弹簧，阀体弹簧的末端抵在压力阀腔的内壁上；阀体在压力阀腔内通过卡片定位；卡片为两端具有反向凸起的Z字形弹性部件；压力阀自动开启的设定阈值取决于卡片的弹力；卡片的一端凸起压入压力阀腔腔底的卡槽内，另一端凸起抵进位于阀体底部的滑槽内，抵进滑槽内的凸起的背部压在挡环顶部之上；挡环的底部与挡环凹槽底部之间设置有挡环弹簧；压力阀在液体压力和卡片弹力的共同作用下自动开启或闭合；

该雾化控制方法包括如下过程：

（1）液体从雾化喷嘴的液体入口流入雾化喷嘴，通过上部液体腔道流入压力阀；液体通过压力阀进入液体缓冲腔，然后再进入下部液体腔道；

（2）气体从雾化喷嘴的气体入口进入雾化喷嘴，通过上部气体腔道和下部气体腔道后喷射入气体缓冲腔；气体缓冲腔的末端和下部液体腔道的末端交汇；气体经过气体缓冲腔的缓冲和调整流态后，一部分回流通过下部液体腔道进入液体缓冲腔，另一部分从气体缓冲腔的末端喷射而出；

（3）回流进入液体缓冲腔的气体在液体缓冲腔内与液体完成气液预混，气液预混后的气液混合物在下部液体腔道的末端与来自气体缓冲腔的末端的喷射气体撞击形成剧烈湍流流态，再由雾化喷嘴的喷射孔喷出，完成流动模糊雾化过程；

压力阀自动开启和闭合，对流入液体缓冲腔内的液体的流量和压力进行自动调节，同时使雾化喷嘴在不同的雾化模式之间切换。

2.根据权利要求1所述的雾化喷嘴的雾化控制方法，其特征在于：当流入雾化喷嘴的液体流量较小时，压力阀阀体上表面的液体压力小于设定阈值，压力阀处于闭合状态，两片阀体的内腔构成拉瓦尔喷管结构，拉瓦尔喷管结构中的喉部通径为0.5~1.5mm；液体经过拉瓦尔喷管结构加速后进行了初步的雾化，再喷射进入液体缓冲腔和下部液体腔道。

3.根据权利要求2所述的雾化喷嘴的雾化控制方法，其特征在于：气液混合物在下部液体腔道内也与气体发生撞击，气液混合物的流态在下部液体腔道内呈现为环状流，从而减少液体的流量。

4.根据权利要求1所述的雾化喷嘴的雾化控制方法，其特征在于：当流入雾化喷嘴的液体流量变大时，压力阀阀体上表面的液体压力增大至达到设定阈值，两片阀体发生相对远离方向的横移，两片阀体的横移相对距离在0.1~0.5mm范围内，压力阀处于开启状态，内腔构成的拉瓦尔喷管结构失效，大量液体直接由上部液体腔道进入液体缓冲腔，再进入下部液体腔道；压力阀的开启起到泄压作用，使阀体上表面和液体缓冲腔内已增大的液体压力急剧下降；经过液体缓冲腔的缓冲，喷射孔喷出的雾化液滴的压力和流量波动变得平滑，趋于稳定；在压力阀开启泄压后，压力阀自动恢复到闭合状态。

5.根据权利要求4所述的雾化喷嘴的雾化控制方法，其特征在于：气液混合物在下部液体腔道内也与气体发生撞击，气液混合物在下部液体腔道内呈现为段塞流或泡沫流，雾化喷嘴的雾化效果变弱。

6.根据权利要求1所述的雾化喷嘴的雾化控制方法，其特征在于：当两片阀体在压力阀腔内发生相对远离方向的横移时，使压力阀处于自动开启状态，大量液体直接由上部液体腔道进入液体缓冲腔；同时，阀体底部的滑槽挤压抵进滑槽内的卡片凸起，使该凸起的背部做下压动作，从而驱动挡环在挡环凹槽内向下移动，使孔道连通；大量气体通过孔道涌入液体缓冲腔，满足了流量增大的液体的气液预混需求。

7.根据权利要求1所述的雾化喷嘴的雾化控制方法，其特征在于：当两片阀体在卡片弹力作用下复位时，使压力阀恢复至闭合状态，流入液体缓冲腔的液体流量恢复至低流量；同时，抵进滑槽内的卡片凸起在弹力作用下复位，使该凸起的背部复位上抬，挡环在挡环凹槽内挡环弹簧的作用下向上复位，使孔道截断。

8.根据权利要求1所述的雾化喷嘴的雾化控制方法，其特征在于：通过液体入口流入雾化喷嘴的液体流量为40~200mg/s的极低流量范围，由雾化喷嘴的喷射孔喷出的雾化液滴粒径在1~2000μm范围内连续分布。

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