一种微动力气液或液液混合纳米级流体发生器
技术领域
本实用新型属于流体混合设备技术领域,具体涉及一种微动力气液或液液混合纳米级流体发生器。
背景技术
近年来,含有微细气泡(微米、纳米尺寸的气泡)的气液混合流体越来越多的被应用于各个行业和人类的生产生活领域,比如果蔬的清洗、水产养殖的保鲜、提高成活率及长途运输、农作物灌溉增产、健康饮料、医疗、浴缸、花洒、水龙头、水族箱、洗衣机、河道水质改善提升等。为了使多种液体混合、或液体与气体混合,几乎都会涉及到流体混合这一工序,而原始的人工搅拌混合的方式或机械搅拌混合的方式大多数只能达到毫米级别,且效率十分低下,混合不均匀,设备体积大,而气泡发生装置可以大大加快混合效率,提高混合均匀度,因此气泡发生装置有着十分广泛的应用。
如专利号CN201710316152.6(公开号为CN107029572A)的中国发明专利申请公开的《一种纳米级流体混合器及纳米级流体混合装置》所示,包括外变径管以及可置于外变径管内的内变径管。当液体流经内变径管时,由于内变径管的施压液体流入部的内径逐渐变小,使得液体的压力增大,当液体从内变径管进入外变径管的混合流体流出部时,又由于混合流体流出部的内径大于内变径管的施压液体流出部,且混合流体流出部的内径逐渐变大,使得液体的压力变小,从而产生负压,吸入从外部流体入口注入的流体并与之充分混合,可在液体中形成纳米级微小泡。
因为现有的流体混合装置中能够直接产生的气泡粒径大、密度低,上述专利中的混合器通过向管体中供气实现微小气泡,需在外变径管上开设能供气体进入的外部入口,并且为了保证外部流体能够进入管体中,同时需要配备流体压缩机,以将外部流体增压推入外变径管中,这样导致所需的部件较多,设备复杂,成本较高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状,提供一种可产生粒径小、密度大的微纳米气泡或液泡、且结构更为简化的微动力气液或液液混合纳米级流体发生器。
为解决上述技术问题,本实用新型所采用的技术方案为:一种微动力气液或液液混合纳米级流体发生器,包括
第一管体,具有轴向贯通的供混合流体流过的通道;
其特征在于,还包括
第二管体,供内部流体流过,至少局部插装于通道中,所述第二管体中具有轴向贯通的流道,所述流道的入口直径为0.1mm-100000mm,流道的出口的直径为0.01mm-10000mm,所述通道的位于出口下游的位置的截面直径为0.1mm-100000mm,所述通道和流道共同构成截面积先缩小再扩大的管道,且所述出口处的孔径为整个管道中最小的;
所述出口所在孔径的中心轴线和上游管道截面最邻近该出口的交接处的直线侧壁之间或曲线侧壁的切线之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;所述出口的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口的交接处的直线侧壁之间或曲线侧壁的切线之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
所述流道可以仅有一段,截面积自入口至出口的方向逐渐变小,比如为锥状,这种流道的结构比较简单,当然流道也可以为其他结构形式:所述流道沿流体的流动方向分为依次相连的至少两段,每一段流道的截面积沿流体的流动方向逐渐缩小或不变,且相邻两段流道的截面积沿流体的流动方向依次变小。
优选地,每段所述流道的内壁呈与流道中心线平行的筒状而截面积保持不变,或呈锥状,或呈朝向流道中心线拱起且直径依次变小的瓶颈状,或呈朝远离流道中心线拱起且直径依次变小的水滴状,上述几种结构形式的分阶段的流道可以相互组合,但是需满足自上游至下游,各段的截面积依次减小。
优选地,所述下游管道为通道的位于出口下游的部分,所述下游管道的截面积自出口至出口下游依次变大或不变;或者所述下游管道沿流体的流动方向分为依次相连的至少两段,每一段下游管道的截面积沿流体的流动方向逐渐变大或不变,且相邻两段下游管道的截面积沿流体的流动方向依次变大。
优选地,每段所述下游管道的内壁呈与通道中心线平行的筒状,或呈锥状,或呈朝向通道中心线拱起且直径依次变大的瓶颈状,或呈朝远离通道中心线拱起且直径依次变大的水滴状。上述几种结构形式的分阶段的下游管道可以相互组合,但是需满足自上游至下游,各段的截面积依次增大。
为了便于第一管体和第二管体的装配,所述第二管体分为外径不等的大径部和小径部,所述大径部和小径部之间形成台阶,所述第二管体的小径部插装于通道的入口端中,且所述台阶和第一管体的端面相抵。这样将第二管体的小径部插装在第一管体中,大径部与第二管体相抵以进行定位,第一管体和第二管体之间实现无间隙连接。
为了进一步对第二管体进行限位,所述第一管体的内壁上设有凸筋,所述小径部的外壁和凸筋相抵,防止小径部相对第一管体径向移动。
为了能够产生更多的气泡或液泡,所述第一管体的侧壁上邻近其上游端的位置开设有供外部流体流入通道中的第一通孔。从流道的出口进入通道中时,因截面尺寸迅速扩张,产生负压,可无需外部动力源就能吸入外部流体,比如气体或液体,与内部流体进行混合。
为了使得从第一通孔处进入第一管体中的外部流体能够更好地均匀混合,所述凸筋沿其延伸方向断开而形成至少两个间隔设置的筋块。这样凸筋之间的外部流体可以相互流通,使外部流体混合更加充分且均匀。
优选地,所述第二管体的大径部的外壁上设有至少一个容置孔,所述容置孔内设置有磁铁。磁铁的设置在周围会产生磁场,流体流过磁场切割磁力线,使得最终从第一管体产生的纳米气泡或液泡水对污染物有更好的捕捉能力。
为了使得内部流体能够旋转进入第二管体,该微动力气液或液液混合纳米级流体发生器还包括位于第二管体上游并与第二管体相流体连通的导流管,所述导流管的内壁上设有来复线槽,来复线槽不仅能旋转、导流内部流体,使内部流体进入第二管体、第一管体后稳定旋绕流动,还能防止内部流体堵塞导流管。
优选地,所述第二管体内设有螺旋锥体,螺旋锥体同样能起到流体旋绕流动的目的。
与现有技术相比,本实用新型的优点:本实用新型的通道和流道共同构成截面积先缩小再扩大的管道,且流道的出口的孔径为整个管道中截面积最小的,如此流体从入口至出口的截面尺寸急剧变小,内部流体被突然急剧增速,内部流体从出口流出后其流通面积又急剧扩张,进而将水中含有的气体释放,从而生成粒径小且密度高的微纳米气泡或液泡,如此无需向第一管体内注入外部流体,并且也无需配置将外部流体压入第一管体中的流体压缩机,使得该流体发生器整体结构更为简化,整个装置涉及的部件少、成本低。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的流体发生器的结构示意图;
图2为图1的分解示意图;
图3为图1的剖视图;
图4为图1的另一方向的剖视图;
图5为安装在图1上的导流管的结构示意图;
图6为本实用新型实施例2的流体发生器的结构示意图;
图7为图6的剖视图;
图8为图6中第一管体的侧壁平面展开后的凸筋的示意图;
图9为本实用新型实施例3的流体发生器的剖视图;
图10为本实用新型实施例4的流体发生器的剖视图;
图11为本实用新型实施例5的流体发生器的剖视图;
图12为本实用新型实施例6的流体发生器的剖视图;
图13为本实用新型实施例7的流体发生器的剖视图;
图14为本实用新型实施例8的流体发生器的剖视图;
图15为本实用新型实施例9的流体发生器的剖视图;
图16为本实用新型实施例10的流体发生器的剖视图;
图17为本实用新型实施例11的流体发生器的剖视图;
图18为本实用新型实施例12的流体发生器的剖视图;
图19为本实用新型实施例13的流体发生器的剖视图;
图20为本实用新型实施例14的流体发生器的剖视图;
图21为本实用新型实施例15的流体发生器的剖视图;
图22为螺旋锥体的结构示意图;
图23为第二管体出口的截面形状的结构示意图之一;
图24为第二管体出口的截面形状的结构示意图之一;
图25为第二管体出口的截面形状的结构示意图之一;
图26为第二管体出口的截面形状的结构示意图之一。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1
如图1~5所示,本优选实施例的微动力气液或液液混合纳米级流体发生器包括依次相连的导流管3、第二管体2和第一管体1。
第一管体1具有轴向贯通的供内部流体流过的通道11,内部流体比如为水,第二管体2分为外径不等的大径部25和小径部26,大径部25和小径部26之间形成台阶27,第二管体2的小径部26插装于通道11的入口端中,且台阶27和第一管体1的端面相抵。这样将第二管体2的小径部26插装在第一管体1中,大径部25与第一管体1相抵以进行定位,第一管体1和第二管体2之间实现无间隙连接。
第一管体1的内壁上设有至少一条凸筋12,该突筋可以是直线型,也可以是曲线型(环形周向设置),本实施例中,凸筋12沿第一管体1周向间隔设有多条,每条凸筋12沿第一管体1轴向延伸,小径部26的外壁和凸筋12相抵,即多条凸筋12围在小径部26的外周,防止小径部26相对第一管体1径向移动。
第二管体2中具有轴向贯通的流道21,流道21的入口22直径为0.1mm-100000mm,流道21的出口23的直径为0.01mm-10000mm,通道11的位于出口23下游的位置的截面直径为0.1mm-100000mm,通道11和流道21共同构成截面积先缩小再扩大的管道,且出口23处的孔径为整个管道中最小的。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁231之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁232之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。这样流体从入口22至出口23的截面尺寸急剧变小,内部流体被突然急剧增速,内部流体从出口23流出后其流通面积又急剧扩张,产生负压,进而将水中含有的气体释放,从而生成微纳米气泡。
上文中的上游管道即流道21,下游管道为通道11的位于出口23下游的部分,换言之,通道11分为两部分,一部分供第二管体2的小径部26插装于内,另一部分即下游管道。
流道21沿流体的流动方向分为依次相连的至少两段,每一段流道的截面积沿流体的流动方向逐渐缩小或不变,且相邻两段流道的截面积沿流体的流动方向依次变小。本实施例中,流道21分为三段,沿内部流体的流动方向,第一段的截面积逐渐缩小呈锥状,第二段的截面积不变呈与流道2中心线平行的筒状,第三段的截面积逐渐缩小呈锥状,且第一段、第二段、第三段流道的截面积依次变小。下游管道有两段,一段的截面积逐渐变大,另一段的截面积不变呈与其中心线平行的筒状,本实施例中,第三段流道的外轮廓也呈沿流体流动方向逐渐缩小的锥状并局部位于通道11中,从而使下游管道的其中一段的截面积逐渐变大。
当然,流道21的截面积也可沿流体的流动方向逐渐缩小,比如流道21整体呈锥状。
第二管体2的大径部25的外壁上还可以设有一个或者多个容置孔24,每个容置孔24内均可以设置有磁铁。磁铁的设置在周围会产生磁场,流体流过磁场切割磁力线,使得最终从第一管体1产生的纳米气泡水对污染物有更好的捕捉能力。
优选的,导流管3与第二管体2同轴,导流管3位于大径部25上游并与大径部25相流体连通,导流管3的内壁上设有来复线槽31,来复线槽31不仅能旋转、导流内部流体,使内部流体进入第二管体2、第一管体1后稳定旋绕流动,还能防止内部流体堵塞导流管3。当然也可不设置导流管3,而将来复线槽31开设于第二管体2的内壁上;也可以采用如图22所示的螺旋锥体4来代替本实施例的导流管3,同样可以起到实现流体旋绕流动的目的。当然也可不设置导流管3或螺旋锥体4。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于:可以向第一管体1中供外部流体。
如图6、7所示,第一管体1的侧壁上邻近其上游端的位置开设有供外部流体流入通道11中的第一通孔13,因通道11的截面尺寸大于流道21的出口23的截面尺寸,这样液体的压力变小,从而产生负压,可无需外部动力源就能吸入外部流体与内部流体进行混合。外部流体可为气体或者与内部流体密度不同的液体,本实施例中为气体,向第一管体1中供气能更好的产生纳米气泡。第二管体2的大径部25的外壁上设有一个或者多个容置孔24,每个容置孔24内均可以设置有磁铁,磁铁设置在周围会产生磁场,流体流过磁场时影响其表面张力,更加有利于内部流体与外部流体的混合,使得外部流体和内部流体的混合更为充分和均匀,更高效的产生大量纳米级别气泡。
如图6、8所示,多条凸筋12将外部流体分隔在多个区域内,每条凸筋12沿其轴向断开而形成至少两个间隔设置的筋块121。这样凸筋12之间的外部流体可以相互流通,使得从第一通孔13处进入第一管体1的外部流体混合更加充分且均匀。
实施例3
如图9所示,实施例3与实施例1的区别在于:本实施例中,第三段流道的长度较实施例1的第三段流道短,这样第三段流道直接设于第二管体2的下游壁面上即可,或者直接将出口23的截面设计成逐渐缩径的锥状,即为第三段流道。下游管道有一段,截面积不变呈与其中心线平行的筒状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁231之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁232之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
实施例4
如图10所示,实施例4与实施例3的区别在于:可以向第一管体1中供外部流体。
第一管体1的侧壁上邻近其上游端的位置开设有供外部流体流入通道11中的第一通孔13。
实施例5
如图11所示,实施例5与实施例1的区别在于:本实施例中,流道21分为两段,沿内部流体的流动方向,第一段的截面积逐渐缩小呈锥状,第二段的截面积逐渐缩小呈朝远离流道21中心线拱起且直径依次变小的水滴状,且第一段、第二段流道的截面积依次变小。下游管道有一段,截面积不变呈与其中心线平行的筒状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的曲线侧壁233的切线之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁232之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
实施例6
如图12所示,实施例6与实施例5的区别在于:可以向第一管体1中供外部流体。
第一管体1的侧壁上邻近其上游端的位置开设有供外部流体流入通道11中的第一通孔13。
实施例7
如图13所示,实施例7与实施例1的区别在于:本实施例中,流道21分为两段,沿内部流体的流动方向,第一段的截面积不变,呈与流道中心线平行的筒状,第二段的截面积逐渐缩小呈朝向流道中心线拱起且直径依次变小的瓶颈状,且第一段、第二段流道的截面积依次变小。下游管道有一段,截面积不变呈与其中心线平行的筒状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的曲线侧壁233的切线之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁232之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
实施例8
如图14所示,实施例8与实施例7的区别在于:可以向第一管体1中供外部流体。
第一管体1的侧壁上邻近其上游端的位置开设有供外部流体流入通道11中的第一通孔13。
实施例9
如图15所示,实施例9与实施例1的区别在于:本实施例中,流道21分为两段,沿内部流体的流动方向,第一段的截面积逐渐缩小呈锥状,第二段的截面积不变呈与流道21中心线平行的筒状,且第一段、第二段流道的截面积依次变小。第二段流道的出口端即为本实施例的出口23,第二管体的尾部形成自出口23向外扩张呈V形的燕尾结构。下游管道有两段,沿混合流体的流动方向,第一段的截面积逐渐扩大呈锥状,第二段的截面积不变呈与通道11中心线平行的筒状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁231之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁232之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
实施例10
如图16所示,实施例10与实施例9的区别在于:可以向第一管体1中供外部流体。
第一管体1的侧壁上邻近其上游端的位置开设有供外部流体流入通道11中的第一通孔13。
实施例11
如图17所示,实施例11与实施例1的区别在于:本实施例中,流道21分为两段,沿内部流体的流动方向,第一段的截面积逐渐缩小呈锥状,第二段的截面积不变呈与流道21中心线平行的筒状,且第一段、第二段流道的截面积依次变小,下游管道有一段,截面积沿混合流体的流动方向逐渐扩大呈锥状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁231之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁232之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
实施例12
如图18所示,实施例12与实施例1的区别在于:本实施例中,流道21仅有一段,沿内部流体的流动方向,流道21的截面积逐渐缩小呈锥状,下游管道有一段,截面积沿混合流体的流动方向逐渐扩大呈锥状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁231之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁232之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
实施例13
如图19所示,实施例13与实施例1的区别在于:本实施例中,流道21分为两段,沿内部流体的流动方向,第一段截面积逐渐缩小呈朝向流道中心线拱起且直径依次变小的瓶颈状,第二段的截面积不变呈与流道中心线平行的筒状,且第一段、第二段流道的截面积依次变小,下游管道有一段,截面积沿混合流体的流动方向逐渐扩大呈朝向通道中心线拱起的瓶颈状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的曲线侧壁233的切线之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的曲线侧壁234的切线之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
实施例14
如图20所示,实施例14与实施例1的区别在于:本实施例中,流道21分为两段,沿内部流体的流动方向,第一段截面积逐渐缩小呈朝向流道中心线拱起且直径依次变小的瓶颈状,第二段的截面积不变呈与流道中心线平行的筒状,且第一段、第二段流道的截面积依次变小,下游管道也分为两段,第一段的截面积不变呈与通道中心线平行的筒状,第二段的截面积沿混合流体的流动方向逐渐扩大呈锥状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的曲线侧壁233的切线之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的直线侧壁232之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
实施例15
如图21所示,实施例15与实施例1的区别在于:本实施例中,流道21仅有两段,沿内部流体的流动方向,流道21截面积逐渐缩小呈朝向流道中心线拱起且直径依次变小的瓶颈状,下游管道的截面积沿混合流体的流动方向逐渐扩大呈朝向通道中心线拱起的瓶颈状。
出口23所在孔径的中心轴线230和上游管道截面最邻近该出口23的交接处的曲线侧壁233的切线之间的夹角为α,α的范围为:0°<α≤90°;出口23的中心轴线和下游管道截面最邻近该出口23的交接处的曲线侧壁234的切线之间的夹角为β,β的范围为:0°<β≤180°。
上述实施例1~15中可以采用如下的任意一种第二管体2的出口23截面的结构:出口23的截面呈条形(如图24所示)或圆形(如图23所示),或十字形(如图26所示)或辐射状散开(如图25所示)。当然,出口23截面的任何结构形式都可以,但孔为平滑流线型最佳,这样可以减少乱流的产生,降低能耗损失,提高纳米气泡形成的效果。
另外,在上述实施例1、3、5、7、9、11、12、13、14、15中,第一管体1的内壁上设有与凸筋12的末端相抵接的凸台16,第二管体2的局部的外壁面与该凸台16相抵,以进一步起到对第二管体2的定位作用。
但在实施例2、4、6、8、10中,第二管体2的外壁面应该与凸台16之间具有间隙,以使得外部流体从第一通孔13流入第一管体1中后,最终从该间隙流出以与从第二管体2流出的内部流体相混合。