CN113531968A - 一种超音速成雪喷嘴和用于室内的成雪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超音速成雪喷嘴和用于室内的成雪装置。超音速成雪喷嘴包括具有高压水通道的高压水喷头、具有拉瓦尔通道的拉瓦尔喷头，以及侧壁上具有气通道的空心腔管，高压水喷头和拉瓦尔喷头分别密接在空心腔管的两端部，则水喷头出口、气通道出口和拉瓦尔喷头入口之间围成水气混合腔。本发明通过先将高压水与压缩空气混合雾化，再通过拉瓦尔喷头喷出，喷射速度达到超音速，超音速气流与拉瓦尔通道壁摩擦产生的激波能将雾化后的液滴切割的更细小，水气混合物在拉瓦尔收缩段处于高压状态，越过喉部后速度剧增，压力剧降，实现蒸发过冷的过程，使雾化后液滴瞬时结晶成雪，不消耗环境冷量，不造成室内温度上升，能持续成雪，缩短周期，降低能耗。

Description

一种超音速成雪喷嘴和用于室内的成雪装置

技术领域

本发明涉及人工成雪设备领域，特别是涉及超音速成雪喷嘴及包含其的用于室内的成雪装置。

背景技术

近几年，为了实现全天候和全区域的滑雪，室内滑雪场越来越多，它是使用制冷系统将温度保持在0℃以下，然后人工造雪，利用除湿系统将造雪过程中产生的水汽除掉。然而，现有的雪炮造雪机不能适用于室内造雪，因为室内空间是有限的，造雪产生的热量会使室内温度很快上升到0℃以上，多余的水汽漂浮在空气中，湿度上升也很快，造雪只能持续20多分钟，效率很慢。

为了减少造雪时的发热量，现有的室内造雪机均做的很小，造雪量只有雪炮的二十分之一或三十分之一。由于发热量与制冷系统的降温能力相匹配，水汽散失量与除湿系统能力相匹配，因此现有的室内造雪机虽然可以实现持续造雪，但是造雪的周期很长，往往需要1个月以上的时间。另外为了增加成雪率，室内环境温度需要降低到-8℃左右，所以制冷系统能耗很大。

由此可见，上述现有的室内造雪机在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的超音速成雪喷嘴及包含其的用于室内的成雪装置，使其在室内成雪时能更高效的形成雾化更均匀、更细小的雪花的技术效果，成雪率高，且可实现持续成雪，成雪量大，周期短，实属当前重要研发课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超音速成雪喷嘴，使其在室内成雪时能更高效的形成雾化更均匀、更细小的雪花的技术效果，成雪率高，且可实现持续成雪，成雪量大，周期短，从而克服现有的成雪喷嘴的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超音速成雪喷嘴，包括高压水通道、气通道和水气混合腔，以及设置在所述水气混合腔端部的拉瓦尔通道。

进一步改进，所述超音速成雪喷嘴包括具有所述高压水通道的高压水喷头、具有所述拉瓦尔通道的拉瓦尔喷头，以及侧壁上具有所述气通道的空心腔管，所述高压水喷头和拉瓦尔喷头分别密接在所述空心腔管的两端部，则所述高压水喷头的出口、气通道的出口和拉瓦尔喷头的入口之间围成所述水气混合腔。

进一步改进，所述空心腔管与所述高压水喷头和拉瓦尔喷头通过螺纹连接方式连接，且所述空心腔管与所述高压水喷头和所述拉瓦尔喷头的连接面上均设有密封圈。

进一步改进，所述高压水喷头中心的高压水通道设置成直径逐步减小的喷口形状，且最终喷口处直径小于2mm。

进一步改进，所述拉瓦尔通道包括收缩段、过渡段和扩张段，所述收缩段靠近所述水气混合腔设置，所述过渡段的直径为8mm，所述收缩段的长度小于所述扩张段的长度，且所述收缩段的内壁面斜率大于所述扩张段的内壁面斜率。

进一步改进，所述空心腔管上设有多个分布均匀的所述气通道，且所述气通道与所述空心腔管的轴线相垂直。

进一步改进，所述高压水通道的水压力大于所述气通道的气压力。

进一步改进，所述高压水通道的水压力大于所述气通道的气压力的2个大气压以上。

作为本发明的又一改进，本发明还提供了一种用于室内的成雪装置，使其成雪效率更高，能耗更小，且成雪持续、周期缩短，从而克服现有的室内造雪机的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于室内的成雪装置，包含上述的超音速成雪喷嘴。

作为进一步改进，多个所述超音速成雪喷嘴均匀安装在装配盘上同时工作。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明超音速成雪喷嘴通过先将高压冷水与压缩空气在水气混合腔内充分混合，然后通过拉瓦尔喷头喷出，喷射速度能达到超音速，超音速气流与拉瓦尔通道壁摩擦产生激波，激波能将已在水气混合腔中雾化的液滴切割的更为细小，使雾化更彻底，更易于结晶成雪，大大提高成雪率，且能避免多余的水汽散失到空中，所以不会增加室内的空气湿度。并且水气混合物在拉瓦尔喷嘴收缩段处于高压状态，其越过拉瓦尔喷嘴喉部后喷射速度急剧增加，压力急剧降低，实现蒸发过冷的过程，喷口处的水汽温度实现了数十度的降低，使雾化后的液滴瞬时结晶成雪，此过程不消耗环境冷量，所以不会造成室内温度上升，能可持续成雪，提高成雪量，缩短成雪周期，降低能耗，适合用于室内成雪。

2、通过控制高压水通道的喷口直径和水压力，使其大于气通道的气压力，避免压缩空气将水顶回造成的不能从拉瓦尔喷头喷出的问题，能有效实现高压水的更均匀雾化，且确保雾化后液滴从拉瓦尔喷头喷出，提高成雪成功率。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明超音速成雪喷嘴的爆炸视图。

图2是本发明超音速成雪喷嘴的组合后视图。

图3是图2中B-B线的剖面视图。

图4是超音速成雪喷嘴与装配盘的组合爆炸视图。

图5是超音速成雪喷嘴与装配盘组合后的喷嘴侧正视图。

附图标记说明：1-高压水通道；11-高压水喷头；2-拉瓦尔通道；21-拉瓦尔喷头；22-收缩段；23-过渡段；24-扩张段；3-气通道；31-空心腔管；4-水气混合腔；5-螺纹；6-密封圈；7-装配盘。

具体实施方式

参照附图1至3所示，本实施例超音速成雪喷嘴，包括具有高压水通道1的高压水喷头11、具有拉瓦尔通道2的拉瓦尔喷头21，以及侧壁上具有气通道3的空心腔管31。其中，所述高压水喷头11和拉瓦尔喷头21分别密接在所述空心腔管31的两端部，则高压水喷头11的出口、气通道3的出口和拉瓦尔喷头21的入口之间围成水气混合腔4，用于将从高压水通道1喷出的高压冷水和从气通道3喷出的压缩空气在水气混合腔4中均匀混合，形成雾化均匀、细小的液滴，雾化良好的液滴再从拉瓦尔喷头21中喷出，其喷射速度在通过拉瓦尔通道时会达到超音速，超音速气流与拉瓦尔通道壁摩擦产生激波，激波又将已雾化后的液滴切割的更为细小，形成雾化更均匀的晶核，更利于结晶成雪，大大提高成雪率。且由于雾化彻底，能避免多余的水汽散失到空中，减少对空气湿度的影响，并且成雪过程不消耗环境冷量，也不会造成环境温度上升，所以可持续成雪，提高成雪量，缩短成雪周期，降低能耗，适合用于室内成雪。

具体的，本实施例中所述空心腔管31与所述高压水喷头11和拉瓦尔喷头21通过螺纹5连接，结构简单，连接方便。且所述空心腔管31与所述高压水喷头11和所述拉瓦尔喷头21的连接面上均设有密封圈6，保证水气混合腔4的密封，达到水气混合后的雾化液滴均从拉瓦尔通道2喷出。

较优实施例为，所述高压水通道1中的水压力至少大于所述气通道3中的气压力2个大气压，避免气通道3中的压缩空气将水流道1中水顶回，而不是从拉瓦尔通道喷出，有效实现高压水的雾化喷出，并实现更细小、均匀的成雪晶核，提高成雪率。

还有，所述高压水喷头11中心的高压水通道1设置成直径逐步减小的喷口形状，且最终喷口处直径小于2mm，提高进入水气混合腔4的冷水压力，使其与压缩气体混合时形成尽可能小的雾化液滴，提升雾化效率。

参照附图3所示，本实施例中所述拉瓦尔通道2包括收缩段22、过渡段23和扩张段24。所述收缩段22靠近所述水气混合腔4设置，所述过渡段23的直径为8mm，所述收缩段22的长度小于所述扩张段24的长度，且所述收缩段22的内壁面斜率大于所述扩张段24的内壁面斜率。则由于该拉瓦尔通道的结构设置，能使气流通过该拉瓦尔通道时达到超音速，超音速气流与拉瓦尔通道摩擦产生激波，激波又将雾化后的液滴切割成更为细小，雾化更为均匀的晶核，更易于结晶成雪，大大提高成雪率。

本实施例中所述空心腔管31的外圆周上设有多个分布均匀的所述气通道3，且所述气通道3与所述空心腔管31的轴线相垂直，利于压缩空气对高压水的更好雾化，提高雾化效率。

将上述超音速成雪喷嘴用于超音速室内成雪装置时，将其安装在成雪装置的装配盘7上，与高压水源和空气压缩机连接，能实现室内超音速成雪，成雪率高，且能持续成雪，成雪量大，能耗低。

当然，还可在成雪装置的装配盘7上同时安装多个超音速成雪喷嘴，如附图4和5中装配盘7上安装三个该超音速成雪喷嘴。该三个超音速成雪喷嘴同时工作，进一步提高成雪效率。

本发明用于室内的成雪装置在使用时，高压水喷头11连接高压冷水源，高压冷水经高压水通道1后进入水气混合腔4中，气通道3连接空气压缩机，压缩空气经气通道3后进入水气混合腔4中，高压冷水在压缩气体作用下雾化成均匀的细小液滴，细小液滴在高压冷水和压缩气体的压力作用下，进入拉瓦尔通道2的前部收缩段22中急剧加速，直至在过渡段23处达到音速，进而进入扩张段24，迅速膨胀并进一步加速至超音速，则超音速的气流以及超音速气流与拉瓦尔通道壁摩擦产生的激波能使得已雾化后的液滴雾化更加彻底，此时压力急剧降低，实现蒸发过冷的过程，喷口处的水汽温度实现了数十度的降低，使雾化后的液滴瞬时结晶成雪，喷出喷嘴。该超音速成雪喷嘴的结构带来的好处是冷水雾化效果更好，更加均匀，更加细小，使成雪率大大提高，而且没有多余的水汽散失到空中，使空气中湿度不会明显增加，此过程还不消耗环境冷量，不会造成室内温度上升，能持续成雪，提高成雪量，缩短成雪周期，降低能耗。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超音速成雪喷嘴，其特征在于，包括高压水通道、气通道和水气混合腔，以及设置在所述水气混合腔端部的拉瓦尔通道。

2.根据权利要求1所述的超音速成雪喷嘴，其特征在于，所述超音速成雪喷嘴包括具有所述高压水通道的高压水喷头、具有所述拉瓦尔通道的拉瓦尔喷头，以及侧壁上具有所述气通道的空心腔管，所述高压水喷头和拉瓦尔喷头分别密接在所述空心腔管的两端部，则所述高压水喷头的出口、气通道的出口和拉瓦尔喷头的入口之间围成所述水气混合腔。

3.根据权利要求2所述的超音速成雪喷嘴，其特征在于，所述空心腔管与所述高压水喷头和拉瓦尔喷头通过螺纹连接方式连接，且所述空心腔管与所述高压水喷头和所述拉瓦尔喷头的连接面上均设有密封圈。

4.根据权利要求2所述的不影响室内环境的成雪装置，其特征在于，所述高压水喷头中心的高压水通道设置成直径逐步减小的喷口形状，且最终喷口处直径小于2mm。

5.根据权利要求4所述的超音速成雪喷嘴，其特征在于，所述拉瓦尔通道包括收缩段、过渡段和扩张段，所述收缩段靠近所述水气混合腔设置，所述过渡段的直径为8mm，所述收缩段的长度小于所述扩张段的长度，且所述收缩段的内壁面斜率大于所述扩张段的内壁面斜率。

6.根据权利要求2所述的超音速成雪喷嘴，其特征在于，所述空心腔管上设有多个分布均匀的所述气通道，且所述气通道与所述空心腔管的轴线相垂直。

7.根据权利要求1至6任一项所述的超音速成雪喷嘴，其特征在于，所述高压水通道的水压力大于所述气通道的气压力。

8.根据权利要求7所述的超音速成雪喷嘴，其特征在于，所述高压水通道的水压力大于所述气通道的气压力的2个大气压以上。

9.一种用于室内的成雪装置，其特征在于，包含权利要求1至8任一项所述的超音速成雪喷嘴。

10.根据权利要求9所述的用于室内的成雪装置，其特征在于，多个所述超音速成雪喷嘴均匀安装在装配盘上同时工作。

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