CN114789097A - 一种双介质气液两相流混合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双介质气液两相流混合装置，涉及气液两相流的混合的技术领域，解决了气液两相流的混合过程中存在液体在设备内壁的附着和汇聚量较高，输送效率较低的问题，本发明通过将液体雾化的方式来将液滴及气体进行混合，混合气体同时可以作为输送气体，雾化后的液体在与气体混合时，气体分别以推进风，贴壁风方式与雾化液滴掺混，即加强混合效果，又可以减少液滴的壁面汇集，混合位置直径较大，为液体雾化提供了足够的空间，然后通过气体贴壁流动的保护作用使雾化液滴可以在流动混合的过程中进入到小直径管道中，使液体雾化、混合、通道压缩在同一位置完成，减少了液滴的汇集作用，而且还可以在小管径处提供较高的风速用于混合液滴的输送。
Description
技术领域
本发明涉及气液两相流的混合的技术领域，尤其涉及一种双介质气液两相流混合装置。
背景技术
现有工业生产中许多工艺涉及到气液两相流体的混合，如果需要长距离输送此两相流时，需要尽量减少液体在设备内壁的附着和汇聚。以水雾输送管道为例，其中附着在管道壁面上的液滴量占总量的10％以上，影响输送效率。而且如果有大量水雾以附着水的方式汇聚到管道底部，也会造成较大的疏水压力。
通常减少液滴与壁面的接触可以通过扩大雾化空间的办法达到，即为液体雾化提供较大的空间，使其在未充分雾化之前不接触壁面，然而输送气液两相流的管道通常又比较细，才可以保证液滴可以被较高的气流裹挟达到输送液滴的目的。所以矛盾点在于雾化空间较大，输送管道较小，如果中间提供变径的话，必然会由于惯性作用使液滴大量贴壁运动而形成汇集现象。
如果大量液体被雾化后仍然会汇集到一处，浪费了雾化消耗的能源，然而大部分汇集是从液滴与气体混合前开始的，液滴直接接触壁面是液体汇集的主要因素。
综上所述，目前依旧存在气液两相流的混合过程中存在液体在设备内壁的附着和汇聚量较高，输送效率较低，即使通过扩大雾化空间，由于输送管道较细，如果中间提供变径的话，必然会由于惯性作用使液滴大量贴壁运动而形成汇集现象的问题。
发明内容
针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种双介质气液两相流混合装置。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种双介质气液两相流混合装置，其特征在于，包括：流线外壳1、雾化扇面、贴壁风调节杆5、推进风调节杆6、雾化喷枪7、中芯管8、中心贴壁风调节杆10和环形挡片，流线外壳1的一端设有缩颈结构，所述中芯管8设于所述流线外壳1内且所述中芯管8和所述流线外壳1同轴设置，所述雾化扇面设于所述流线外壳1内，雾化扇面的中部设有圆形通孔，所述雾化扇面通过所述圆形通孔套设在所述中芯管8上，雾化扇面上设有多个推进风喷口3，每一个推进风喷口3和一个所述雾化喷枪7连通，流线外壳1的外壁开设有气体入口4，所述气体入口4设于雾化扇面背离所述缩颈结构的一侧，雾化扇面的内沿和多个中心贴壁风调节杆10的一个端部连接，雾化扇面的外沿和多个贴壁风调节杆5的一个端部连接，每一个所述雾化喷枪7和一个推进风调节杆6的一个端部连接，所述雾化扇面的内沿和中芯管8的外壁之间设有中心贴壁风喷口9，所述雾化扇面的外沿和流线外壳1的内壁之间设有外侧贴壁风喷口2，所述环形挡片安装在流线外壳1内，多个中心贴壁风调节杆10、多个贴壁风调节杆5和多个推进风调节杆6的另一个端部均与所述环形挡片连接，通过多个中心贴壁风调节杆10、多个贴壁风调节杆5和多个推进风调节杆6可操作地调节环形挡片位于所述流线外壳1内的位置。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，所述流线外壳1包括：圆柱筒部和缩颈部，所述缩颈部上设有具有流线型导向作用的所述缩颈结构，缩颈部具有外径较粗的一端和外径较细的一端，所述缩颈部外径较粗的一端和圆柱筒部的一端连接，所述气体入口4开设于圆柱筒部的外壁上。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，所述雾化扇面设于所述圆柱筒部内。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，所述雾化扇面包括：第一环形部、第二环形部和第三环形部，所述第二环形部为圆环平面，第二环形部的中心轴线和流线外壳1的中心轴线重合，多个推进风喷口3位于所述第二环形部上，所述第一环形部和所述第三环形部均设于第二环形部的同一侧面，第一环形部的内沿和第二环形部的外沿连接，第二环形部的内沿和第三环形部的外沿连接。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，在沿所述雾化扇面的中心轴线的截面上，所述第一环形部和所述第二环形部之间呈第一夹角。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，在沿所述雾化扇面的中心轴线的截面上，所述第三环形部和所述第二环形部之间呈第二夹角。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，所述第一夹角的夹角范围为90°至180°。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，所述第二夹角的夹角范围为90°至180°。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，所述第一环形部和多个所述贴壁风调节杆5的端部连接。
上述的双介质气液两相流混合装置，其中，所述第三环形部和多个所述中心贴壁风调节杆10的端部连接。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
(1)本发明通过将液体雾化的方式来将液滴及气体进行混合，混合气体同时可以作为输送气体。
(2)本发明中，雾化后的液体在与气体混合时，气体分别以推进风，贴壁风方式与雾化液滴掺混，即加强混合效果，又可以减少液滴的壁面汇集。
(3)本发明中，混合位置直径较大，为液体雾化提供了足够的空间，然后通过气体贴壁流动的保护作用使雾化液滴可以在流动混合的过程中进入到小直径管道中。
(4)本发明使液体雾化、混合、通道压缩在同一位置完成，使三个过程同时完成，减少了液滴的汇集作用，而且还可以在小管径处提供较高的风速用于混合液滴的输送。
(5)本发明中，雾化发生器的布置位置与贴壁风、推进风布置位置相结合，仅在雾化发生器工作时对其对应位置提供贴壁风和推进风，雾化发生器关闭时可以关闭其对应位置的贴壁风和推进风。每只贴壁风和推进风可以根据雾化量的多少进行调节，但在雾化器工作条件下，最低推进风及贴壁风速不得低于15m/s。
附图说明
图1是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的结构示意图。
图2是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的三维剖视示意图。
图3是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的仰视示意图。
图4是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的俯视示意图。
图5是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的雾化喷枪的结构示意图。
图6是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的外侧贴壁风喷口的示意图。
图7是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的流线外壳的圆柱筒部的结构示意图。
图8是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的外侧贴壁风喷口连接处的结构示意图。
图9是本发明的一种双介质气液两相流混合装置与回转窑燃烧的结合使用的实施例图。
图10是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的局部放大图。
图11是本发明的一种双介质气液两相流混合装置的流线外壳的结构示意图。
附图中：1、流线外壳；2、外侧贴壁风喷口；3、推进风喷口；4、气体入口；5、贴壁风调节杆；6、推进风调节杆；7、雾化喷枪；8、中芯管；9、中心贴壁风喷口；10、中心贴壁风调节杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
请参照图1至图11所示，示出了一种双介质气液两相流混合装置，其特征在于，包括：流线外壳1、雾化扇面、贴壁风调节杆5、推进风调节杆6、雾化喷枪7、中芯管8、中心贴壁风调节杆10和环形挡片，流线外壳1的一端设有缩颈结构，中芯管8设于流线外壳1内且中芯管8和流线外壳1同轴设置，雾化扇面设于流线外壳1内，雾化扇面的中部设有圆形通孔，雾化扇面通过圆形通孔套设在中芯管8上，雾化扇面上设有多个推进风喷口3，每一个推进风喷口3和一个雾化喷枪7连通，流线外壳1的外壁开设有气体入口4，气体入口4设于雾化扇面背离缩颈结构的一侧，雾化扇面的内沿和多个中心贴壁风调节杆10的一个端部连接，雾化扇面的外沿和多个贴壁风调节杆5的一个端部连接，每一个雾化喷枪7和一个推进风调节杆6的一个端部连接，雾化扇面的内沿和中芯管8的外壁之间设有中心贴壁风喷口9，雾化扇面的外沿和流线外壳1的内壁之间设有外侧贴壁风喷口2，环形挡片安装在流线外壳1内，多个中心贴壁风调节杆10、多个贴壁风调节杆5和多个推进风调节杆6的另一个端部均与环形挡片连接，通过多个中心贴壁风调节杆10、多个贴壁风调节杆5和多个推进风调节杆6可操作地调节环形挡片位于流线外壳1内的位置。
进一步，在一种较佳实施例中，流线外壳1包括：圆柱筒部和缩颈部，缩颈部上设有具有流线型导向作用的缩颈结构，缩颈部具有外径较粗的一端和外径较细的一端，缩颈部外径较粗的一端和圆柱筒部的一端连接，气体入口4开设于圆柱筒部的外壁上。
进一步，在一种较佳实施例中，雾化扇面设于圆柱筒部内。
进一步，在一种较佳实施例中，雾化扇面包括：第一环形部、第二环形部和第三环形部，第二环形部为圆环平面，第二环形部的中心轴线和流线外壳1的中心轴线重合，多个推进风喷口3位于第二环形部上，第一环形部和第三环形部均设于第二环形部的同一侧面，第一环形部的内沿和第二环形部的外沿连接，第二环形部的内沿和第三环形部的外沿连接。
进一步，在一种较佳实施例中，在沿雾化扇面的中心轴线的截面上，第一环形部和第二环形部之间呈第一夹角。
进一步，在一种较佳实施例中，在沿雾化扇面的中心轴线的截面上，第三环形部和第二环形部之间呈第二夹角。
进一步，在一种较佳实施例中，第一夹角的夹角范围为90°至180°。
进一步，在一种较佳实施例中，第二夹角的夹角范围为90°至180°。
进一步，在一种较佳实施例中，第一环形部和多个贴壁风调节杆5的端部连接。
进一步，在一种较佳实施例中，第三环形部和多个中心贴壁风调节杆10的端部连接。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
本发明的进一步实施例中，本技术应用于所有气液两相流的混合。混合后使用气体可作为输送介质，雾化液滴作为被输送介质，本发明可以使雾化液滴尽量少的附着于容器壁面，增加单位气体对雾化液滴的输送能力。其中液体为所有可雾化液体，气体作为雾化液滴的携带介质。
本发明的进一步实施例中，本发明可以通过独特的结构及配风原理减少甚至消除气液混合前的液滴与壁面的接触。并且仅使用少量的输送介质(气体)，就可以完成。
本发明的进一步实施例中，依据图3和图4所示，图中示例为4支喷枪环形布置，每只喷枪都设计有对应的推进风喷口3及外侧贴壁风喷口2，其中本示例中外侧贴壁风喷口2分布仅针对最大位置进行保护，并未对整体圆周位置进行保护。
本发明的进一步实施例中，依据图1至图3所示，如图设计有中芯管8，中芯管8外壁面也有设计有中心贴壁风喷口9，存在贴壁风保护气流。
本发明的进一步实施例中，参见图1至图8，本发明由流线外壳1、外侧贴壁风喷口2、推进风喷口3、气体入口4、贴壁风调节杆5、推进风调节杆6、雾化喷枪7、中芯管8、中心贴壁风喷口9、中心贴壁风调节杆10等部分组成。其中，中芯管8、中心贴壁风喷口9、中心贴壁风调节杆10为针对环形输送管道设计。
本发明的进一步实施例中，气体流通过程为：从气体入口4引入，进入即由雾化扇面、环形挡片及流线外壳1合围形成的空间，即风箱后，通过中心贴壁风喷口9、推进风喷口3及外侧贴壁风喷口2将风分配到指定位置。贴壁风沿着壁面向前推进，通过流线外壳1的导向作用向中心收缩，最终包裹着液体雾化气流进入输送管道。推进风将雾化扇形进行压缩，压缩后的扇形角度变小，减弱了雾化颗粒向壁面冲击趋势，从而保护雾化颗粒不撞击壁面而汇聚。然后推进风作为与雾化颗粒混合的第一股气流，使雾化颗粒随气流裹挟流动。
本发明的进一步实施例中，推进风将雾化扇形进行压缩，压缩后的扇形角度变小，减弱了雾化颗粒向壁面冲击趋势，即减弱了雾化颗粒的冲击速度，通过中心贴壁风喷口9及外侧贴壁风喷口2引导雾化颗粒沿流线型导向作用的缩颈结构混合后进入下一管路。
本发明的进一步实施例中，液体由雾化喷枪7雾化成小液滴后由推进风中心处喷入，喷入后小液滴随着推进风的压缩，混合共同向前运动，期间并不与壁面接触。
本发明的进一步实施例中，贴壁风调节杆5可以对贴壁风风量分别进行调节，示例设计为手动，可以通过手动及电动方式实施控制。
本发明的进一步实施例中，推进风调节杆6可以对推进风风量分别进行调节，示例设计为手动，可以通过手动及电动方式实施控制。
本发明的进一步实施例中，气体入口4处可以设置总风门，对设备的总风压进行调节。
本发明的进一步实施例中，外侧贴壁风喷口2、推进风喷口3、雾化喷枪7的布置位置根据雾化喷枪7参数选定，使外侧贴壁风喷口2布置位置设计在雾化颗粒与壁面接触的最近点附近。
本发明的进一步实施例中，输送管道可以为圆形，环形，方形等各种形状，但流线外壳1必须与输送管道平滑过渡。如果输送管道为环形，那么需要增加中芯管8、中心贴壁风喷口9、中心贴壁风调节杆10，用于防止雾化颗粒与中芯管8外壁接触聚集。
本发明的进一步实施例中，本发明可以用于各种工业生产工艺中：如回转窑燃烧器的增湿雾化发生器，如大型超市的水雾混合输送，如工业反应釜的气液反应容器等。
本发明的进一步实施例中，本发明通过将液体雾化的方式来将液滴及气体进行混合，混合气体同时可以作为输送气体。
本发明的进一步实施例中，雾化后的液体在与气体混合时，气体分别以推进风，贴壁风方式与雾化液滴掺混，即加强混合效果，又可以减少液滴的壁面汇集。
本发明的进一步实施例中，混合位置直径较大，为液体雾化提供了足够的空间，然后通过气体贴壁流动的保护作用使雾化液滴可以在流动混合的过程中进入到小直径管道中。
本发明的进一步实施例中，本发明使液体雾化、混合、通道压缩在同一位置完成，使三个过程同时完成，减少了液滴的汇集作用，而且还可以在小管径处提供较高的风速用于混合液滴的输送。
本发明的进一步实施例中，雾化发生器的布置位置与贴壁风、推进风布置位置相结合，仅在必要位置提供贴壁风和推进风，每只贴壁风和推进风可以根据雾化量的多少进行调节，在雾化量为零的时候可以单独关闭，减少风量浪费加强其他喷口的流动刚性。
本发明的进一步实施例中，雾化发生器的布置位置与贴壁风、推进风布置位置相结合，仅在雾化发生器工作时对其对应位置提供贴壁风和推进风，雾化发生器关闭时可以关闭其对应位置的贴壁风和推进风。每只贴壁风和推进风可以根据雾化量的多少进行调节，但在雾化器工作条件下，最低推进风及贴壁风速不得低于15m/s。
本发明的进一步实施例中，设置多个贴壁风调节杆5和多个中心贴壁风调节杆10可以方便调节环形挡片位于流线外壳1内的位置，调节风箱的体积，即由雾化扇面、环形挡片及流线外壳1合围形成的空间的体积，通过安装多个贴壁风调节杆5和多个中心贴壁风调节杆10可以更容易调节环形挡片的位置，避免发生卡滞或者卡涩现象，更容易控制环形挡片沿流线外壳1的中心轴线方向移动。
本发明的进一步实施例中，环形挡片的外沿与流线外壳1的内壁密闭接触，环形挡片的内沿与中芯管8的外壁密闭接触，避免由气体入口4进入的气体从环形挡片、流线外壳1与中芯管8的密闭接触处流出。
本发明的进一步实施例中，安装在多个贴壁风调节杆5和中心贴壁风调节杆10可以保证通过贴壁风调节杆5和中心贴壁风调节杆10带动环形挡片沿流线外壳1的中心轴线方向移动。
本发明的进一步实施例中，调节拉杆端部焊接一个环形挡片，挡片可以封堵环形贴壁风出口的缝隙，通过拉杆调节挡片的前后位置可以调节通过缝隙前的气体流量，从而调节贴壁风的总量。
本发明的进一步实施例中，雾化后的液体由雾化喷枪7呈扇面发散性喷出后，部分雾化后的液体与雾化扇面进行碰撞，减弱冲击效果，通过气体入口4向风箱注入气体，并控制风压大小，保证气体沿外侧贴壁风喷口2和中心贴壁风喷口9进入流线外壳1中雾化后的液体的所在处，同时保证气体入口4的风压大小，避免较大的风量导致雾化扇面发生变形，由外侧贴壁风喷口2和中心贴壁风喷口9进入流线外壳1后沿流线型导向作用的缩颈结构继续向前贴壁运动，直至从流线外壳1最细端进入下一管路，根据伯努利原理，雾化后的液体会被密闭容器内的压力推至流线外壳1内壁贴壁风和中芯管外壁贴壁风并随流线外壳1内壁贴壁风和中芯管外壁贴壁风混合后沿流线外壳1最细端进入下一管路。
本发明的进一步实施例中，设置中芯管8的作用为，避免雾化喷枪7喷出的雾化后的液体相互碰撞后凝结为水滴，汇聚为液体，导致流线外壳1内壁贴壁风和中芯管外壁贴壁风无法将已汇聚为液体的雾化后的液体推入下一管路，导致液体的汇聚。
本发明的进一步实施例中，设置中芯管8后，压缩了流线外壳1的内部容积，通过减小流线外壳1的内部容积可以有效地提高雾化液体与气体的混合率。
本发明的进一步实施例中，通过调节风箱的容积可以调节外侧贴壁风喷口2和中心贴壁风喷口9处的风压，当外侧贴壁风喷口2和中心贴壁风喷口9处的风压较大时，较高的气体流速可以有效地阻止雾化喷枪7喷出的雾化后的液体汇聚在流线外壳1和中芯管8上，但是外侧贴壁风喷口2和中心贴壁风喷口9处的风压过大，也会导致雾化喷枪7喷出的雾化后的液体未进行较好的混合就进入下一管路，所以通过贴壁风调节杆5和中心贴壁风调节杆10调节环形挡片的位置，可以在机器正常运转时调整，无需停关设备，同时，由于是在运行中进行调整，可以更为清晰快速的得知调整环形挡片后的结果。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种双介质气液两相流混合装置，其特征在于，包括：流线外壳(1)、雾化扇面、贴壁风调节杆(5)、推进风调节杆(6)、雾化喷枪(7)、中芯管(8)、中心贴壁风调节杆(10)和环形挡片，流线外壳(1)的一端设有缩颈结构，所述中芯管(8)设于所述流线外壳(1)内且所述中芯管(8)和所述流线外壳(1)同轴设置，所述雾化扇面设于所述流线外壳(1)内，雾化扇面的中部设有圆形通孔，所述雾化扇面通过所述圆形通孔套设在所述中芯管(8)上，雾化扇面上设有多个推进风喷口(3)，每一个推进风喷口(3)和一个所述雾化喷枪(7)连通，流线外壳(1)的外壁开设有气体入口(4)，所述气体入口(4)设于雾化扇面背离所述缩颈结构的一侧，雾化扇面的内沿和多个中心贴壁风调节杆(10)的一个端部连接，雾化扇面的外沿和多个贴壁风调节杆(5)的一个端部连接，每一个所述雾化喷枪(7)和一个推进风调节杆(6)的一个端部连接，所述雾化扇面的内沿和中芯管(8)的外壁之间设有中心贴壁风喷口(9)，所述雾化扇面的外沿和流线外壳(1)的内壁之间设有外侧贴壁风喷口(2)，所述环形挡片安装在流线外壳(1)内，多个中心贴壁风调节杆(10)、多个贴壁风调节杆(5)和多个推进风调节杆(6)的另一个端部均与所述环形挡片连接，通过多个中心贴壁风调节杆(10)、多个贴壁风调节杆(5)和多个推进风调节杆(6)可操作地调节环形挡片位于所述流线外壳(1)内的位置。
2.根据权利要求1所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，所述流线外壳(1)包括：圆柱筒部和缩颈部，所述缩颈部上设有具有流线型导向作用的所述缩颈结构，缩颈部具有外径较粗的一端和外径较细的一端，所述缩颈部外径较粗的一端和圆柱筒部的一端连接，所述气体入口(4)开设于圆柱筒部的外壁上。
3.根据权利要求2所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，所述雾化扇面设于所述圆柱筒部内。
4.根据权利要求2所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，所述雾化扇面包括：第一环形部、第二环形部和第三环形部，所述第二环形部为圆环平面，第二环形部的中心轴线和流线外壳(1)的中心轴线重合，多个推进风喷口(3)位于所述第二环形部上，所述第一环形部和所述第三环形部均设于第二环形部的同一侧面，第一环形部的内沿和第二环形部的外沿连接，第二环形部的内沿和第三环形部的外沿连接。
5.根据权利要求4所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，在沿所述雾化扇面的中心轴线的截面上，所述第一环形部和所述第二环形部之间呈第一夹角。
6.根据权利要求4所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，在沿所述雾化扇面的中心轴线的截面上，所述第三环形部和所述第二环形部之间呈第二夹角。
7.根据权利要求5所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，所述第一夹角的夹角范围为90°至180°。
8.根据权利要求6所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，所述第二夹角的夹角范围为90°至180°。
9.根据权利要求7所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，所述第一环形部和多个所述贴壁风调节杆(5)的端部连接。
10.根据权利要求8所述的双介质气液两相流混合装置，其特征在于，所述第三环形部和多个所述中心贴壁风调节杆(10)的端部连接。
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