CN202350029U

CN202350029U - 一种液体燃料的雾化装置

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Publication number: CN202350029U
Application number: CN2011204970282U
Authority: CN
Inventors: 严九洲; 谭万云; 彭飞; 罗伟斌; 魏俊男; 张勇; 严方园
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-03
Filing date: 2011-12-03
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2021-12-03

Abstract

本实用新型提供了一种液体燃料的雾化装置，它包括温度压强监测装置、计算机、气体加热装置、液体燃料储存装置、液体喷管固定装置、撞击球固定装置、撞击球、雾化室、废液回收处理装置、同轴喷管、气体储存装置等装置。其中，液体燃料存储装置能够对液体燃料进行升温操作，有利于提高雾化质量。通过同轴喷管和节流管的组合使用，能使气体介质与液体燃料均匀混合。通过液滴对撞击球的冲击作用，能进一步提高雾化质量。通过计算机能够实时监测雾化室内的温度压强变化，并对相应的装置进行调节。本实用新型操作方便，经济可靠，安全稳定，能够满足实际应用的需求。

Description

一种液体燃料的雾化装置

技术领域

本实用新型涉及液体雾化技术领域，特别涉及一种液体燃料的雾化装置。

背景技术

改善液体燃料的雾化质量，对于提高燃料的混合质量和燃烧质量以及液体燃料的经济性具有重要意义。液体的雾化实际上就是使大片的液体破碎变成小液滴，这是由于内外力共同作用的表面张力引起的液体破裂。在没有上述分裂外力作用时，表面张力总是使液体趋于球状，这样才能是液体表面具有最小的能量。液体粘性阻止液体的几何形状发生改变，使其保持稳定状态。另一方面，作用在液体表面的空气动力对它施加外部扭曲力，促进了分裂的过程。但破坏力大于其表面张力时，液体就发生分裂。初始分裂过程中形成的大液滴是不稳定的，会进一步分裂成更小的液滴。因此最终雾化形成的液滴尺寸的范围不仅取决于一次微粒化形成的液滴，也取决于二次雾化时进一步分裂的程度。

对液体燃料雾化的研究方案可以分为两大类：一类是根据流体力学，工程热力学等理论，对雾化过程进行数值计算。其喷雾模型采用离散型液滴模型，即把液体燃料看成若干离散的具有代表性的计算质点组成，在欧拉坐标下描述气相运动，在拉格朗日坐标下描述液滴的运动，分析在雾化混合过程中，液滴穿过气场与之进行质量，动量和能量的交换得具体方式，以此来获得提高液体雾化质量的措施和方案。另一类则是以实验为基础，利用先进的激光测粒径，流速设备，以及计算机图像处理技术和可视化研究的技术与设备，深入研究雾化机理及其影响因素，探索改进液体雾化的效果的新方法和新技术。

但是第一类研究设计方案的计算量非常大，而且其所确定的关于液体雾化的数学物理模型往往局限于某一类液体燃料，因此基于此方案设计的液体雾化装置往往具有一定的局限性，其理论计算的雾化程度和液滴直径和实际情况往往并不能很好的吻合。而基于第二种方案设计的雾化装置在设计初期，对实验设备的要求非常高，所需实验次数和需获得的相关设计参数较多，涉及的工作量太大使得装置设计成本难以控制在一个较为经济的范围内。

鉴于现有方案和设计装置的缺陷和不足，有必要设计一种结构简单，操作方便，经济可靠，能满足实际需求的液体燃料的雾化装置。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种操作方便，经济可靠，安全稳定的液体燃料的雾化装置。

要实现上述目的，必须先分析影响液体雾化质量的因素并做出相应的改进措施。

一种液体燃料的雾化装置，其特征在于：它包括温度压强监测装置、计算机、气体加热装置、液体燃料储存装置、液体喷管固定装置、撞击球固定装置、撞击球、雾化室、废液回收处理装置、同轴喷管、气体储存装置等装置;其中，液体燃料存储装置能够对液体燃料进行升温和加压操作。

液体燃料的雾化质量可以通过改变燃料的物理性质来提高。由沸点不同的两种或多种物质混合的液体燃料，由于蒸发速率不同以及液体燃料内部传质速度有限，雾化过程中，可能形成内部为低沸点组分的气核，而外层由高沸点组分包围的气泡。当液体内的气泡不断长大，气泡内的压力足以克服燃料液体的表面张力和环境压力时，将发生闪急沸腾的现象，可以得到理想的雾化质量。液体喷注与喷射空间的空气相互接触中有相对速度，有摩擦，液柱里面和表面之间有压差。在压差的作用下，液柱变形量增加，出现分裂，有助于液体的雾化。

当液体喷射到空气流中时，液滴的破裂取决于空气动力比率

表面张力和黏性力。其中：r_A为气体介质密度，U_R为介质相对速度。

液滴破裂的条件是：表面张力=空气动力，即

C_{D} \frac{p D^{2}}{4} 0.5 r_{A} U_{R}^{2} = pDs

其中：D为液滴直径，r_A为气体介质密度，U_R为介质相对速度，s为液滴表面张力；C_D为常数；化简得：最大稳定液滴直径

D_{\max} = \frac{8 s}{C_{D} r_{A} U_{R}^{2}}

要使雾化质量较高，必须使液滴直径D_max尽可能小。改变介质相对速度，使U_R在合理的范围内取较大的值，可以提高雾化质量。因此，通过装置中的同轴喷管，可以使介质气体和液体燃料的相对介质速度U_R达到一个较大的值。

表面张力对液体微粒化非常重要。在喷雾之前，液体的表面积是喷孔内的表面积，喷雾后的表面积这是所有液滴表面积的总和，雾化所需的最小能量等于表面张力乘以液体的表面积的增量。由于表面张力随温度的升高而下降，因此，为了提高雾化效率，在液体燃料雾化之前，应该先对其进行升温操作。

黏度在许多方面都是重要的液体物性。黏度不但影响喷雾粒直径的分布，而且影响喷射流量和喷射模式。液体的黏度增加，使雷诺数降低，阻碍流体不稳定性的发展，导致分裂延迟，喷雾粒径增大。黏度增加会导致雾化质量变差，因为黏性损失增加，能用于雾化的能量就减小了。由于液体的黏度通常随温度的升高而降低。因此，可以在雾化过程中，采用加热的办法来降低液体的黏度，改善雾化质量。

同时,通过改变液体燃料雾化装置的喷注结构、喷雾锥角、喷射压力和喷嘴径长，使得液体燃料喷注呈抛物线形状、雾化角大、油粒粒度小来提高雾化质量。因此，在雾化装置的喷嘴导管口附近设置节流管和撞击球以可满足上述要求。

附图说明

图1为装置结构示意图，其中：

1——温度压强监测装置；2——数据信号传输线；3——计算机；

4——气体加热装置；5——气体输送导管；6——气体节流阀；

7——液体燃料储存装置；8——液体减压阀；9——液体燃料输送导管；

10——液体节流阀；11——液体喷管固定装置；12——气体进口通道；

13——撞击球固定装置；14——撞击球；15——雾化器外壁；

16——雾化气出口；17——雾化室；18——安全塞；

19——温度压强传感器；20——信号传输线；21——废液回收处理装置；

22——废液导管；23——液体节流阀；24——废液出口；

25——气体进口导管；26——节流管；27——扩大区；28——同轴喷管；

29——气体节流阀；30——气体储存装置；

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型发明装置进行说明。

一种液体燃料的雾化装置主要包括：温度压强监测装置（1）、计算机（3）、气体加热装置（4）、液体燃料储存装置（7）、液体喷管固定装置（11）、撞击球固定装置（13）、撞击球（14）、雾化室（17）、温度压强传感器（19）、废液回收处理装置（21）、同轴喷管（28）、气体储存装置（30）等装置。

其中液体燃料储存装置（7）可以对储存的液体进行升温和加压操作，通过升温以降低液体燃料的黏度和表面张力，减小形成液滴的直径，提高液体燃料的雾化质量。液体减压阀（8）能够控制加压的液体燃料进入液体燃料输送导管（9）的液体的压强，液体燃料经过液体节流阀（10），其流速降低到设定的速度范围内。同轴喷管（28）能够使液体燃料在管内充分流动，发展为紊流状态，以提高其雾化质量。节流管（26）能使从喷管内流出的液体燃料进一步雾化，减小液滴直径并且使液滴与气体介质充分混合。扩大区（27）能够使经过节流管雾化后的液滴加速，并以较高的速度冲向撞击球（14），其中，撞击球材料为不锈钢，通过此撞击作用，能够进一步减小液滴的直径，提高雾化质量。由于液滴自身的重力作用，在雾化室（17）内会出现液滴的沉降效应，导致雾化液滴的凝聚而使雾化效果变差。因此，在雾化室（17）的下部，通过气体进口导管（25）输入一定流速的气体介质，此介质的作用在于减小液滴的沉降效应，其自身具有助燃的作用，气体介质和经过雾化后的液滴充分混合后作为混合雾化气导入到相应的燃烧装置进行燃烧。此气体介质可以选用空气，也可根据特定情况选用有助燃作用的气体作为介质气体。雾化室（17）的内壁为有一定倾角的内壁，其作用在于使部分冷凝的液滴聚集到废液出口（24）处，通过废液导管（22）流入到废液回收处理装置（21）进行回收处理操作，其中，雾化室的雾化气出口（16）的截面形状为V字形，这样利用流道的突然扩大来增加雾化气和气体介质的混合气体的流速，减少液滴的冷凝，有利于提高雾化质量。

雾化室的左侧壁上安装有安全塞（18），其作用是防止雾化室内压强超过安全值而引起安全事故，当由于出口堵塞或进气压强过高而导致雾化室内压强超过安全设定值时，安全塞（18）会自动打开，将雾化室（17）内的气体排出，使压力恢复到正常范围内。其中，输入到雾化室的气体介质是由气体储存装置（30）提供，该气体储存装置（30）能够提供一定压强的压缩气体，气体经过气体节流阀（29）输送到气体加热装置（4）中进行加热，使气体温度升高到设定的值。经过加热后的气体通过气体输送导管（5）分别从气体进口通道（12）和气体进口导管（25）进入到雾化室中，其中，由气体进口通道（12）进入的气体会先进入到节流管（26），再与通过同轴喷管（28）进入的液体燃料混合，然后进入雾化室进一步雾化。通过气体进口导管（25）输入的气体，直接进入到雾化室内与雾化液滴充分混合。在实际操作之前，应该先将已经加热的气体通入到雾化室内对装置进行预热，以减少雾化过程中液滴在雾化室内壁的冷凝，提高雾化质量。

为了便于观测和控制雾化室内温度和压强的变化，在雾化室下方内壁上安装有温度压强传感器（19），此传感器（19）通过信号传输线（20），将信号传输到温度压强监测装置（1），该装置能够实时记录雾化室内温度压强的变化数据，并将记录的数据通过数据信号传输线（2）传输到计算机（3）进行分析和处理。此计算机（3）安装有数据分析和处理软件，能根据雾化室内温度压强的变化情况自动调节液体燃料的进入温度和压强以及介质气体的流速和温度，此计算机（3）通过数据信号传输线（2）与气体加热装置（4），气体储存装置（30），液体燃料储存装置（7）连接，并对这些装置进行自动控制。

此装置的具体操作步骤为：先用经过加热的气体介质预热装置，然后通过计算机（3）设置液体燃料的进入压强和流速，气体介质的进入压强和流速，并调节相关的控制阀将液体燃料和经过加热的气体介质输入到雾化室（17），通过计算机（3）观察雾化室（17）内压强和温度的变化情况，并将雾化后得到的雾化气通过雾化气出口（16）输入到相关的燃烧设备中去。

Claims

1.一种液体燃料的雾化装置，其特征在于：它包括温度压强监测装置、计算机、气体加热装置、液体燃料储存装置、液体喷管固定装置、撞击球固定装置、撞击球、雾化室、废液回收处理装置、同轴喷管、气体储存装置等装置;其中，液体燃料存储装置能够对液体燃料进行升温和加压操作。

2.根据权利要求1所述的一种液体燃料的雾化装置，其特征在于撞击球位于节流管管口前，其材质为不锈钢材料。

3.根据权利要求1所述的一种液体燃料的雾化装置，其特征在于雾化室的左侧壁上安装有安全塞。