RU2198726C2

RU2198726C2 - Device for mixing of liquid with gas

Info

Publication number: RU2198726C2
Application number: RU2000118944A
Authority: RU
Inventors: Игорь Иванович Борисов; Иван Степанович Варганов; Артем Артемович Халатов; Сергей Григорьевич Кобзарь
Original assignee: Институт Технической Теплофизики Нан Украины
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2003-02-20

Abstract

FIELD: various industries for preparation of fuel mixtures for internal combustion engines, and in agriculture. SUBSTANCE: device has guide apparatus in the form of lattice with blades aerodynamic in shape, parabolic nozzle with at least two screw hollows in direction of vortex rotation. Rods are located on nozzle cut. Liquid is mixed with gas and flows from nozzle into vessel with liquid. EFFECT: production of homogeneous gas-liquid mixture of finely divided structure with reduced hydraulic losses. 2 dwg

Description

Изобретение относится к смешению жидких и газообразных сред и может быть использовано для смешения жидкости с газом и получения однородной смеси в разных областях промышленности, сельского хозяйства в частности для приготовления топливных смесей для двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the mixing of liquid and gaseous media and can be used to mix liquid with gas and obtain a homogeneous mixture in various fields of industry, agriculture, in particular for the preparation of fuel mixtures for internal combustion engines.

Известна конструкция устройства для прямого взаимодействия газа и жидкости, которая содержит корпус с патрубком для подачи газа, над которым расположен вращающийся привод диска, около внешнего края которого выполнено много отверстий, а между внешним краем диска и стенкой корпуса оставлен зазор (см. заявку Японии 4-20652, 5 В 01 Р, 3/04, 7/26, бюл. 21, 1993 г.). A known design of a device for direct interaction of gas and liquid, which contains a housing with a gas supply pipe, over which a rotary disk drive is located, many holes are made near the outer edge of the disk, and a gap is left between the outer edge of the disk and the wall of the case (see Japanese application 4 -20652, 5 B 01 P, 3/04, 7/26, bull. 21, 1993).

Существенными недостатками устройства для прямого взаимодействия газа и жидкости является то, что
1) устройство с механическим смешением имеет сложный привод, и все движущиеся части погружены в жидкость;
2) сложность конструкции при наличии вращательного привода диска с многими отверстиями;
3) много затрачивается мощности на привод вращательного диска, что приводит к снижению кпд устройства;
4) нельзя получать однородную смесь с мелкими частицами газа.Significant disadvantages of the device for direct interaction of gas and liquid is that
1) the device with mechanical mixing has a complex drive, and all moving parts are immersed in a liquid;
2) design complexity in the presence of a rotary disk drive with many holes;
3) a lot of power is expended on the drive of the rotational disk, which leads to a decrease in the efficiency of the device;
4) it is impossible to obtain a homogeneous mixture with small particles of gas.

Известна конструкция устройства для смешения жидкости с газом, выбранная в качестве прототипа, содержащая патрубки подвода жидкости и газа, вихревую камеру смешения с тангенциально расположенными на ее периферии каналами быстрой подачи жидкости, патрубок выведения газожидкостной смеси в емкость жидкости, расположенный соосно с центральной осью камеры на ее торцевых поверхностях (см. патент Украины 20314 А, В 01 P 3/04, бюл. 1, 1998 г.). A known design of a device for mixing liquid with gas, selected as a prototype, containing nozzles for supplying liquid and gas, a vortex mixing chamber with tangentially located on its periphery channels for fast fluid supply, a nozzle for removing a gas-liquid mixture into a liquid tank, located coaxially with the central axis of the chamber on its end surfaces (see Ukrainian patent 20314 A, B 01 P 3/04, bull. 1, 1998).

Существенными недостатками известного устройства является то, что
1) устройство имеет большие гидравлические потери за счет сильного дросселирования жидкости при проходе через тангенциальные каналы, что приводит к снижению кпд устройства;
2) жидкость активно начинает смешиваться с газом только после выхода жидкости и газа из патрубка, что не позволяет получить однородную газожидкостную смесь.Significant disadvantages of the known device is that
1) the device has large hydraulic losses due to the strong throttling of the liquid when passing through the tangential channels, which leads to a decrease in the efficiency of the device;
2) the liquid begins to mix actively with gas only after the liquid and gas exit the nozzle, which does not allow a homogeneous gas-liquid mixture to be obtained.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для смешения жидкости с газом, в котором путем выполнения направляющего аппарата в виде решетки с лопатками аэродинамической формы, на выходе из которого образовано не меньше двух винтовых впадин, а на срезе сопла размещено не менее двух стержней (цилиндров), обеспечивается уменьшение гидравлических потерь и, как результат, возрастание кпд устройства, что позволяет получить однородную газожидкостную смесь. The basis of the invention is the task of improving the device for mixing liquid with gas, in which by making the guiding apparatus in the form of a lattice with aerodynamically shaped blades, at the exit of which at least two screw depressions are formed, and at least two rods (cylinders) are placed at the nozzle exit This ensures a reduction in hydraulic losses and, as a result, an increase in the efficiency of the device, which makes it possible to obtain a homogeneous gas-liquid mixture.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для смешения жидкости с газом, содержащее патрубки подвода жидкости и газа, вихревую камеру смешения с тангенциально расположенными на ее периферии каналами скоростной подачи жидкости, патрубок выведения газожидкостной смеси в емкость с жидкостью, расположенный соосно c центральной осью камеры на ее торцевых поверхностях, согласно изобретению дополнительно содержит направляющий аппарат, выполненный в виде решетки с лопатками аэродинамической формы, а патрубок выведения газожидкостной смеси представляет собой сопло параболической формы, на выходе из которого образовано не менее двух винтовых впадин по ходу вращения вихря, и на срезе сопла расположено не менее двух стержней, у которых отношение длины L к диаметру D составляет L/D>10, причем стержни (цилиндры) расположены равномерно на выходной части сопла. The problem is solved due to the fact that the device for mixing liquid with gas, containing nozzles for supplying liquid and gas, a vortex mixing chamber with tangentially located on its periphery channels of high-speed fluid supply, a nozzle for discharging a gas-liquid mixture into a container with liquid, located coaxially with the central axis chambers on its end surfaces, according to the invention further comprises a guiding apparatus made in the form of a lattice with aerodynamic-shaped vanes, and a gas supply pipe the fluid mixture is a parabolic nozzle, at the exit of which at least two screw depressions are formed along the rotation of the vortex, and at least two rods are located at the nozzle exit, in which the ratio of the length L to the diameter D is L / D> 10, and the rods (cylinders) are located evenly on the outlet of the nozzle.

Преимущество конструкции устройства для смешения жидкости с газом заключается в следующем:
1) расположение на периферии вихревой камеры тангенциальных каналов скоростной подачи жидкости обеспечивает разгон потока жидкости и ее закрутку с малыми гидравлическими потерями, а следовательно, повышает кпд устройства;
2) установка направляющего аппарата в виде решетки с лопатками аэродинамической формы позволяет:
- в тангенциальных каналах разогнать жидкость до высокой скорости с малыми гидравлическими потерями;
- закрутить жидкость в вихревой камере и создать мощный вращательный вихрь с пониженным давлением в его центре, а это позволяет подавать газ без поддавливания - оба эти фактора повышают кпд устройства;
3) расположение патрубка выведения газожидкостной смеси в емкость соосно c центральной осью камеры позволяет использовать для смешения жидкости с газом самый мощный участок вихря;
4) создание не менее двух винтовых впадин по ходу вращения вихря на выходе из сопла обеспечивает интенсификацию дробления жидкости, что приводит к улучшению смешения ее с газом;
5) размещение на срезе сопла не менее двух стержней (цилиндров) с отношением L/D>10, равномерно расположенных на верхней его части, позволяет затормозить массы жидкости и газа, что приводит к скачкообразному повышению давления, а следовательно к еще большему дроблению жидкости, и обеспечивает получение однородной газожидкостной смеси мелкодисперсной структуры (при оптимальном отношении L/D>10 равномерно расположенных на верхней части стержней), позволяет затормозить массы жидкости и газа, что приводит к скачкообразному повышению давления, а это обеспечивает еще большее дробление жидкости и получение однородной газожидкостной смеси мелкодисперсной структуры (обтекание стержней (цилиндров) потоком при оптимальном отношении L/D>10 - коэффициент лобового сопротивления с=0,82). С.С. Кутателадзе, В.М. Боришанский. Справочник по теплопередаче. Госэнергоиздат. Ленинград, 1959г., Москва, с. 320, табл. 17в.The advantage of the design of a device for mixing liquid with gas is as follows:
1) the location on the periphery of the vortex chamber of the tangential channels of the high-speed fluid supply ensures the acceleration of the fluid flow and its swirl with low hydraulic losses, and therefore increases the efficiency of the device;
2) the installation of the guide apparatus in the form of a lattice with aerodynamic-shaped vanes allows:
- in tangential channels to disperse the fluid to high speed with low hydraulic losses;
- twist the liquid in the vortex chamber and create a powerful rotational vortex with a reduced pressure in its center, and this allows you to supply gas without squeezing - both of these factors increase the efficiency of the device;
3) the location of the nozzle for removing the gas-liquid mixture into the container coaxially with the central axis of the chamber allows the most powerful section of the vortex to be used for mixing liquid and gas;
4) the creation of at least two screw depressions along the rotation of the vortex at the exit of the nozzle provides an intensification of liquid crushing, which leads to an improvement in its mixing with gas;
5) placing at least two rods (cylinders) on the nozzle exit with an L / D ratio> 10, evenly spaced on its upper part, allows to slow down the mass of liquid and gas, which leads to an abrupt increase in pressure, and therefore to even greater crushing of the liquid, and provides a homogeneous gas-liquid mixture of a finely dispersed structure (with an optimal L / D ratio> 10 uniformly located on the upper part of the rods), allows to slow down the mass of liquid and gas, which leads to an abrupt increase in pressure, and This provides an even greater fragmentation of the liquid and obtaining of a homogeneous liquid mixture of the fine structure (wrap rods (Cylinder) flow at the optimum ratio L / D> 10 - drag coefficient c = 0.82). S.S. Kutateladze, V.M. Borishansky. Heat Transfer Reference. Gosenergoizdat Leningrad, 1959, Moscow, p. 320 tab. 17th century

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где
на фиг. 1 показан продольный разрез устройства для смешения жидкости с газом;
на фиг.2 - поперечный разрез вихревой камеры смешения с направляющим аппаратом, а стрелками на этих фигурах показано направление движения жидкости и газа.The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 shows a longitudinal section through a device for mixing liquid with gas;
figure 2 is a cross section of a vortex mixing chamber with a guide apparatus, and the arrows in these figures show the direction of movement of the liquid and gas.

Устройство для смешения жидкости с газом состоит из распределителя жидкости 1, направляющего аппарата в виде решетки 2 с лопатками аэродинамической формы 3, вихревой камеры смешения 4, емкости для жидкости 5, патрубка подвода жидкости 6, патрубка выведения газожидкостной смеси в виде сопла 7 параболической формы, который расположен соосно с центральной осью вихревой камеры, патрубка подвода газа 8, винтовых впадин 9, которые расположены в верхней части параболического сопла, стержней (цилиндров) 10, тангенциально расположенных на периферии вихревой камеры каналов 11 скоростной подачи жидкости, которые образованы лопатками решетки. A device for mixing liquid with gas consists of a liquid distributor 1, a guiding apparatus in the form of a lattice 2 with aerodynamically shaped blades 3, a vortex mixing chamber 4, a liquid container 5, a liquid supply pipe 6, a gas-liquid mixture discharge pipe in the form of a parabolic nozzle 7, which is located coaxially with the central axis of the vortex chamber, gas supply pipe 8, screw depressions 9, which are located in the upper part of the parabolic nozzle, rods (cylinders) 10, tangentially located on the periphery of the Reva chamber 11 channels the liquid supply speed, the blades are formed by a lattice.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Жидкость через распределитель 1, направляющий аппарат в виде решетки 2 с лопатками аэродинамической формы 3 поступает в вихревую камеру 4 с помощью патрубка жидкости 6. При тангенциальной подаче и движении жидкости в радиальном направлении через тангенциальные каналы 11 ее тангенциальная скорость значительно возрастает до создания вращательного вихря с пониженным давлением в центре вихря. Газ через патрубок 8 поступает в осевую зону вихревой камеры смешения 4, где массы жидкости и газа совместно вращаются, и начинается смешение. При движении этой массы по соплу 7 параболической формы жидкость и газ попадают в винтовые впадины 9 в верхней части сопла, где обеспечивается интенсификация дробления жидкости, что приводит к улучшению смешения ее с газом. На выходе из сопла параболической формы массы жидкости и газа поступают в емкость с жидкостью 5, где она тормозится о стержни (цилиндры) 10. Происходит скачкообразное повышение давления, что позволяет получить однородную газожидкостную смесь мелкодисперсной структуры. За счет сохранения тангенциальной составляющей скорости газожидкостной смеси и интенсивного обновления межфазовой поверхности сред, которые контактируют, происходит эффективное смешение жидкости с газом. The fluid through the dispenser 1, the guiding apparatus in the form of a lattice 2 with aerodynamically shaped blades 3, enters the vortex chamber 4 by means of a fluid nozzle 6. When the fluid is tangentially supplied and radially moves through the tangential channels 11, its tangential velocity increases significantly until a rotational vortex is created with reduced pressure in the center of the vortex. Gas through the pipe 8 enters the axial zone of the vortex mixing chamber 4, where the masses of liquid and gas rotate together, and mixing begins. When this mass moves through a nozzle 7 of a parabolic shape, liquid and gas enter the screw depressions 9 in the upper part of the nozzle, where intensification of the crushing of the liquid is ensured, which leads to an improvement in its mixing with gas. At the exit from the parabolic nozzle, the mass of liquid and gas enters the container with liquid 5, where it is braked on the rods (cylinders) 10. A sudden increase in pressure occurs, which allows a homogeneous gas-liquid mixture of finely dispersed structure. By maintaining the tangential component of the velocity of the gas-liquid mixture and intensive updating of the interphase surface of the media that are in contact, an effective mixing of the liquid with the gas takes place.

Заявляемое устройство может быть использовано для приготовления топливных смесей для двигателей внутреннего сгорания, насыщения водоемов кислородом, углекислым газом жидкостных сред (соки, сиропы, вина) и в других технологических процессах. The inventive device can be used to prepare fuel mixtures for internal combustion engines, saturation of reservoirs with oxygen, carbon dioxide, liquid media (juices, syrups, wines) and in other technological processes.

Claims

A device for mixing liquid with gas, containing nozzles for supplying liquid and gas, a vortex mixing chamber with tangentially located on its periphery channels of high-speed liquid supply, a nozzle for removing a gas-liquid mixture into a container with liquid, located coaxially with the central axis of the chamber on its end surfaces, characterized in that it further comprises a guiding apparatus made in the form of a lattice with aerodynamic-shaped blades, and the nozzle for removing the gas-liquid mixture is a steam nozzle a bolic shape, at the exit of which at least two screw depressions are formed along the rotation of the vortex, and at least two rods are located on the nozzle exit, in which the ratio of the length L to the diameter D is L / D> 10, and the rods are evenly located on the outlet part nozzles.