RU2800452C1 - Liquid dispersion method and device for its implementation - Google Patents
Liquid dispersion method and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800452C1 RU2800452C1 RU2022128044A RU2022128044A RU2800452C1 RU 2800452 C1 RU2800452 C1 RU 2800452C1 RU 2022128044 A RU2022128044 A RU 2022128044A RU 2022128044 A RU2022128044 A RU 2022128044A RU 2800452 C1 RU2800452 C1 RU 2800452C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- liquid
- mixing chamber
- outlet
- gas
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Предлагаемая группа изобретений относится к технике распыливания жидкостей и организации процесса смешения жидкости и газа, например, топлива с окислителем (воздухом) и предназначено для получения мелкодисперсных двухфазных потоков и аэрозолей в диапазоне размеров капель менее 20 мкм.The proposed group of inventions relates to the technique of spraying liquids and organizing the process of mixing liquid and gas, for example, fuel with an oxidizer (air), and is intended to obtain fine two-phase flows and aerosols in the droplet size range of less than 20 microns.
Наиболее близким аналогом устройства к предлагаемому изобретению является пневматическая форсунка для распыливания вязких жидкостей, состоящая из цилиндрической трубы с многозаходный шнеком, на конце которой размещены конус и дефлектор, вихревой камеры и сопла. Первичный воздух движется по шнеку в вихревую камеру, далее вращающийся поток воздуха, выходя из сопла, увлекает за собой вязкую жидкость, предварительно распылив ее. Дополнительное дробление проводят вторичным потоком воздуха, поступающим через окно и центральную трубу. Окончательно формируется факел жидкости воздухом, поступающим в кольцевую щель, образованную конусом и дефлектором [патент SU № 182054, кл. F26B 3/12, 1966)]. The closest analogue of the device to the proposed invention is a pneumatic nozzle for spraying viscous liquids, consisting of a cylindrical pipe with a multi-thread screw, at the end of which there is a cone and a deflector, a vortex chamber and a nozzle. Primary air moves through the screw into the vortex chamber, then the rotating air flow, leaving the nozzle, carries along the viscous liquid, having previously sprayed it. Additional crushing is carried out by a secondary air flow entering through the window and the central pipe. Finally, a liquid jet is formed by air entering the annular slot formed by a cone and a deflector [SU patent No. 182054, cl. F26B 3/12, 1966)].
Недостатком известной конструкции является отсутствие регулирования расходов жидкости и воздуха, а использование шнека для создания вихревого потока жидкости, приводит к гидравлическим потерям, усложняет проектирование и изготовление конструкции.The disadvantage of the known design is the lack of regulation of fluid and air flow rates, and the use of a screw to create a vortex fluid flow leads to hydraulic losses, complicates the design and manufacture of the structure.
Известен способ создания мелкодисперсного облака, выбранный в качестве прототипа, содержащий подачу жидкости от насоса и воздуха от компрессора, разгон последнего в сопле. Впрыск рабочей жидкости осуществляется в сечение сопла со сверхкритическим перепадом давлений сверхзвукового потока через две щелевые форсунки, расположенные по оси движения сжатого воздуха в двух диспергаторах [патент RU №2534764, кл. B05B 17/00, 2014)].A known method of creating a fine cloud, selected as a prototype, containing the supply of liquid from the pump and air from the compressor, acceleration of the latter in the nozzle. The injection of the working fluid is carried out in the cross section of the nozzle with a supercritical pressure drop of the supersonic flow through two slot nozzles located along the axis of compressed air in two dispersers [patent RU No. 2534764, cl. B05B 17/00, 2014)].
Недостатком данного способа является то, что для его реализации подача жидкости в сопло осуществляется с помощью насоса.The disadvantage of this method is that for its implementation, the liquid is supplied to the nozzle using a pump.
Изобретение направлено на формирование мелкодисперсной структуры газокапельного двухфазного потока с возможностью регулирования параметров потока (давления, расхода, концентрации фаз, скорости) на выходе из устройства, и снижение гидравлического сопротивления течения в каналах.The invention is directed to the formation of a finely dispersed structure of a two-phase gas-droplet flow with the possibility of regulating the flow parameters (pressure, flow rate, phase concentration, velocity) at the outlet of the device, and reducing the hydraulic flow resistance in the channels.
Техническим результатом предлагаемых способа и устройства является возможность получения более мелких капель при меньших давлениях и расходах газа, не требует использования устройств подачи жидкости под давлением, и имеет более широкий диапазон регулирования параметров на выходе из вихревой эжекционной форсунки, в том числе угла распыла двухфазного потока. The technical result of the proposed method and device is the possibility of obtaining smaller droplets at lower pressures and gas flow rates, does not require the use of liquid supply devices under pressure, and has a wider range of control parameters at the outlet of the vortex ejection nozzle, including the spray angle of the two-phase flow.
Заявленный технический результат достигается тем, что в способе диспергирования жидкости смешением высокоскоростного газового потока и жидкости, дробление жидкости производят дважды; для первичного дробления жидкости газовый поток подают тангенциально в камеру смешения, разгоняют до сверхзвуковых скоростей за счет профилирования камеры смешения в форме сверхзвукого сопла, в зоне разряжения в минимальном сечении сопла производят эжекцию жидкости в газовый поток через осевой цилиндрический канал с торцевыми отверстиями на выходе, при истечении в газовый поток жидкость дробится первично, а вторичное дробление происходит в образовавшихся скачках уплотнения газа на выходе из сопла; при этом для регулирования режима концентрации и дисперсности капель изменяют расстояние между выходом цилиндрического канала и выходным сечением сопла.The claimed technical result is achieved by the fact that in the method of dispersing a liquid by mixing a high-speed gas flow and a liquid, the liquid is crushed twice; for primary crushing of the liquid, the gas flow is fed tangentially into the mixing chamber, accelerated to supersonic speeds due to the profiling of the mixing chamber in the form of a supersonic nozzle; flowing into the gas flow, the liquid is crushed primarily, and the secondary crushing occurs in the resulting gas shocks at the outlet of the nozzle; in this case, to control the mode of concentration and dispersion of drops, the distance between the outlet of the cylindrical channel and the outlet section of the nozzle is changed.
Для устройства заявленный технический результат достигается тем, что вихревая эжекционная форсунка для осуществления способа диспергирования жидкости содержит камеру смешения газожидкостного потока, трубку для подачи газа и осевой цилиндрический канал для эжекции жидкости; камера смешения закрыта торцевой вертикальной стенкой и выполнена в форме сверхзвукового сопла; при этом длина сужающейся части сопла составляет от 1 до 10 калибров его выходного сечения, сопло профилировано таким образом, чтобы обеспечить сверхзвуковой поток на выходном участке сверхзвукового сопла и получить разрежение по отношению к давлению в окружающей среде; трубка для подачи газа установлена в боковой стенке камеры смешения и наклонена в сторону вертикальной стенки под углом от 5° до 15° к торцевой вертикальной стенке камеры, кроме того трубка соединена с расположенным в цилиндрической стенке камеры смешения тангенциальным отверстием; в торцевой вертикальной стенке камеры смешения установлен осевой цилиндрический канал с радиальными отверстиями на его выходе для эжекции жидкости, при этом цилиндрический канал выполнен с возможностью перемещения вдоль оси камеры смешения так, что его выход устанавливается на различном расстоянии от выходного сечения камеры смешения.For the device, the claimed technical result is achieved in that the vortex ejection nozzle for implementing the liquid dispersion method comprises a gas-liquid flow mixing chamber, a gas supply tube and an axial cylindrical channel for liquid ejection; the mixing chamber is closed by an end vertical wall and is made in the form of a supersonic nozzle; while the length of the tapering part of the nozzle is from 1 to 10 calibers of its outlet section, the nozzle is profiled in such a way as to provide a supersonic flow at the outlet section of the supersonic nozzle and obtain a rarefaction with respect to the pressure in the environment; the gas supply tube is installed in the side wall of the mixing chamber and inclined towards the vertical wall at an angle of 5° to 15° to the end vertical wall of the chamber, in addition, the tube is connected to a tangential hole located in the cylindrical wall of the mixing chamber; in the end vertical wall of the mixing chamber there is an axial cylindrical channel with radial holes at its outlet for fluid ejection, while the cylindrical channel is movable along the axis of the mixing chamber so that its outlet is set at a different distance from the outlet section of the mixing chamber.
В вихревой эжекционной форсунке предварительно, без участия жидкости, вихревым способом, с помощью подачи газа в камеру смешения через тангенциальное отверстие и прохождение его через профилированное сопло камеры смешения формируется сверхзвуковой газовый высокоскоростной поток. Предварительное образование сверхзвукового высокоскоростного газового потока снижает затраты энергии на получения в дальнейшем диспергированных капель жидкости и обеспечивает эффективность процесса дробления. В процессе формирования сверхзвукового газового потока давление потока в сопле уменьшается до давления ниже атмосферного, и в минимальном сечении сопла камеры смешения реализуется разряжение, которое используется для эжектирования жидкости, ее подачи в сверхзвуковой газовый поток и первичного дробления, диспергирования, на капли. Первично диспергированные капли подвергаются вторичному дроблению в скачках уплотнения, возникающих на выходе из сопла при торможении сверхзвукового потока газа, что способствует образованию более однородной структуры потока капель. In a vortex ejection nozzle, a supersonic high-velocity gas flow is formed beforehand, without the participation of liquid, by a vortex method, by supplying gas to the mixing chamber through a tangential hole and passing it through the profiled nozzle of the mixing chamber. Preliminary formation of a supersonic high-velocity gas flow reduces energy costs for further production of dispersed liquid droplets and ensures the efficiency of the crushing process. During the formation of a supersonic gas flow, the flow pressure in the nozzle decreases to a pressure below atmospheric pressure, and a rarefaction is realized in the minimum cross section of the mixing chamber nozzle, which is used to eject the liquid, feed it into the supersonic gas flow and primary crushing, dispersion, into drops. Primarily dispersed droplets are subjected to secondary crushing in the shock waves that occur at the nozzle exit during deceleration of the supersonic gas flow, which contributes to the formation of a more uniform structure of the droplet flow.
Участок сопла камеры смешения после критического сечения выполняется длиной от 1 до 10 калибров этого сечения. Цилиндрический канал расположенный внутри сопла вдоль его оси может иметь отверстия на цилиндрической поверхности для выпуска жидкости, а также на торцевой поверхности. Наличие отверстий в той или иной части цилиндрического канала, их диаметр и количество определяются требуемыми параметрами двухфазного потока на выходе из сопла.The nozzle section of the mixing chamber after the critical section is made from 1 to 10 calibers of this section. The cylindrical channel located inside the nozzle along its axis may have holes on the cylindrical surface for the release of liquid, as well as on the end surface. The presence of holes in one or another part of the cylindrical channel, their diameter and number are determined by the required parameters of the two-phase flow at the outlet of the nozzle.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигурах показаны:The essence of the invention is illustrated by drawings, where the figures show:
Фиг. 1 - вид сверху эжекционной вихревой форсунки, Fig. 1 - top view of the ejection vortex nozzle,
Фиг.2 - продольный разрез вихревой эжекционной форсунки.Figure 2 is a longitudinal section of the vortex ejection nozzle.
Вихревая эжекционная форсунка включает закрытую торцевой вертикальной стенкой камеру смешения 3, выполненную в форме вихревого сверхзвукового сопла, цилиндрический канал для эжектирования жидкости 2, и расположенное в цилиндрической стенке камеры смешения 3 тангенциальное отверстие 5 фиг.2, в которое входит трубка для подачи газа 1 фиг.1. Ось камеры смешения сопла и ось цилиндрического канала 2 фиг.2, через который подается жидкость, совпадают. Ось трубки для подачи газа 1 фиг.1 расположена под углом α° от 5° до 15° к вертикальной торцевой стенке камеры смешения 3. Камера смешения 3 выполнена сужающейся в направлении истечения потока газа. На выходе цилиндрического канала 2 фиг.1, в радиальной его части, располагаются отверстия 4. Их диаметр и количество выбираются исходя из заданных параметров двухфазного газожидкостного потока на выходе из форсунки. Соединение цилиндрического канала 2 с камерой смешения выполняется так, чтобы обеспечить передвижение этого канала в осевом направление в камере смешения для регулировки режима концентрации и дисперсности фаз. Отверстие 5 расположено в стенке камеры смешении 3так, чтобы газ подавался тангенциально. Сужающийся канал камеры смешения 3 профилируется таким образом, чтобы обеспечить сверхзвуковой поток на выходном участке сверхзвукового сопла и получить разрежение по отношению к давлению в окружающей среде. Этот участок сопла выполняется длиной от 1 до 10 калибров выходного сечения сопла.The vortex ejection nozzle includes a mixing chamber 3 closed by an end vertical wall, made in the form of a vortex supersonic nozzle, a cylindrical channel for ejecting liquid 2, and a tangential hole 5 of Fig. 2 located in the cylindrical wall of the mixing chamber 3, which includes a tube for supplying gas 1 of Fig. .1. The axis of the mixing chamber of the nozzle and the axis of the cylindrical channel 2 of figure 2, through which the liquid is supplied, are the same. The axis of the tube for gas supply 1 figure 1 is located at an angle α° from 5° to 15° to the vertical end wall of the mixing chamber 3. The mixing chamber 3 is made tapering in the direction of the gas flow. At the outlet of the cylindrical channel 2 of Fig.1, in its radial part, holes 4 are located. Their diameter and number are selected based on the given parameters of the two-phase gas-liquid flow at the outlet of the nozzle. The connection of the cylindrical channel 2 with the mixing chamber is performed in such a way as to ensure the movement of this channel in the axial direction in the mixing chamber to adjust the mode of concentration and dispersity of the phases. The hole 5 is located in the wall of the mixing chamber 3 so that the gas is supplied tangentially. The convergent channel of the mixing chamber 3 is profiled in such a way as to provide a supersonic flow at the outlet section of the supersonic nozzle and obtain a rarefaction with respect to the pressure in the environment. This section of the nozzle is made in length from 1 to 10 calibers of the outlet section of the nozzle.
Вихревая эжекционная форсунка работает следующим образом. В камеру смешения 3 через трубку 1, установленную под небольшим углом α° в направлении к вертикальной торцевой стенке камеры, через тангенциальное отверстие 5 под давлением подается газ. Газ в камере смешения 3 разгоняется до сверхзвуковой скорости, обеспечивая область разряжение (P<Pатм) на конечном участке сопла, жидкость за счет разряжения эжектируется по цилиндрическому каналу 2 и выходит через отверстия 4, попадая в сечение сопла с разрежением. Под воздействием сверхзвукового потока, происходит процесс первичного дробления капель и смешения их с газом. На выходе из вихревой эжекционной форсунки при торможения газового потока образуется система скачков уплотнения, и в результате прохождения смеси, жидкая фаза подвергается вторичному дроблению на более мелкие капли (менее 20 мкм). Вихревая эжекционная форсунка выходит на заданный режим работы. Регулирование режима может производится изменением подачи расхода жидкости и газа, давления газа, при наличии на входе в каналах жидкости и газа соответствующих регуляторов, например, игольчатого или шарового крана, и перемещением вдоль оси камеры смешения цилиндрического канала 2.Vortex ejection nozzle works as follows. In the mixing chamber 3, through the tube 1, installed at a small angle α° in the direction to the vertical end wall of the chamber, gas is supplied under pressure through the tangential hole 5. The gas in the mixing chamber 3 is accelerated to supersonic speed, providing a rarefaction area (P<P atm ) in the final section of the nozzle, the liquid is ejected through the cylindrical channel 2 due to the rarefaction and exits through the holes 4, entering the nozzle section with a rarefaction. Under the influence of supersonic flow, the process of primary crushing of drops and their mixing with gas takes place. At the outlet of the vortex ejection nozzle, when the gas flow decelerates, a system of shock waves is formed, and as a result of the passage of the mixture, the liquid phase is subjected to secondary crushing into smaller drops (less than 20 microns). The vortex ejection nozzle reaches the predetermined mode of operation. The mode can be controlled by changing the supply of liquid and gas flow, gas pressure, if there are appropriate regulators at the inlet in the liquid and gas channels, for example, a needle or ball valve, and moving along the axis of the mixing chamber of the cylindrical channel 2.
От других способов диспергирования предлагаемый способ отличается возможностью получения более мелких капель при меньших давлениях и расходах газа, не требует использования устройств подачи жидкости под давлением, и имеет более широкий диапазон регулирования параметров на выходе из вихревой эжекционной форсунки, в том числе угла распыла двухфазного потока. The proposed method differs from other dispersion methods in the possibility of obtaining smaller droplets at lower pressures and gas flow rates, does not require the use of pressurized liquid supply devices, and has a wider range of control of parameters at the outlet of the vortex ejection nozzle, including the spray angle of the two-phase flow.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2800452C1 true RU2800452C1 (en) | 2023-07-21 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1066630A1 (en) * | 1982-05-19 | 1984-01-15 | Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Method of preparing finely dispersed mixes |
| WO1990005583A1 (en) * | 1988-11-22 | 1990-05-31 | Dunne Miller Weston Limited | Liquid-gas mixing device |
| SU1577859A1 (en) * | 1988-08-22 | 1990-07-15 | Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Air-atomizing burner |
| EP0602762A1 (en) * | 1992-01-21 | 1994-06-22 | The BOC Group plc | Apparatus for dissolving gas in a liquid |
| RU2143953C1 (en) * | 1997-10-21 | 2000-01-10 | Попыванов Геннадий Серафимович | Method and device for spraying liquid |
| RU2198726C2 (en) * | 2000-02-15 | 2003-02-20 | Институт Технической Теплофизики Нан Украины | Device for mixing of liquid with gas |
| RU2209350C1 (en) * | 2002-09-02 | 2003-07-27 | Косс Александр Владимирович | Ejector and method of its operation |
| JP2008023435A (en) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Kansai Automation Kiki Kk | Microbubble generator |
| RU2534764C2 (en) * | 2012-12-04 | 2014-12-10 | Валерий Винарович Арсланов | Fluid atomisation and device to this end |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1066630A1 (en) * | 1982-05-19 | 1984-01-15 | Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Method of preparing finely dispersed mixes |
| SU1577859A1 (en) * | 1988-08-22 | 1990-07-15 | Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Air-atomizing burner |
| WO1990005583A1 (en) * | 1988-11-22 | 1990-05-31 | Dunne Miller Weston Limited | Liquid-gas mixing device |
| EP0602762A1 (en) * | 1992-01-21 | 1994-06-22 | The BOC Group plc | Apparatus for dissolving gas in a liquid |
| RU2143953C1 (en) * | 1997-10-21 | 2000-01-10 | Попыванов Геннадий Серафимович | Method and device for spraying liquid |
| RU2198726C2 (en) * | 2000-02-15 | 2003-02-20 | Институт Технической Теплофизики Нан Украины | Device for mixing of liquid with gas |
| RU2209350C1 (en) * | 2002-09-02 | 2003-07-27 | Косс Александр Владимирович | Ejector and method of its operation |
| JP2008023435A (en) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Kansai Automation Kiki Kk | Microbubble generator |
| RU2534764C2 (en) * | 2012-12-04 | 2014-12-10 | Валерий Винарович Арсланов | Fluid atomisation and device to this end |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2329873C2 (en) | Liquid sprayer | |
| RU54825U1 (en) | LIQUID SPRAY | |
| US9931648B2 (en) | Mist generating apparatus and method | |
| US4648215A (en) | Method and apparatus for forming a high velocity liquid abrasive jet | |
| EP0899017B1 (en) | Liquid atomization process | |
| US6386463B1 (en) | Fuel injection nozzle and method of use | |
| US6189803B1 (en) | Fuel injection nozzle and method of use | |
| US4343434A (en) | Air efficient atomizing spray nozzle | |
| JPH0978073A (en) | High-efficiency nozzle for fluidized catalytic crackng | |
| CA1231235A (en) | Method and apparatus for forming a high velocity liquid abrasive jet | |
| RU2523816C1 (en) | Pneumatic sprayer (versions) | |
| RU2737161C1 (en) | Hydrovortex kinematic dust suppression method and device for implementation thereof | |
| RU2800452C1 (en) | Liquid dispersion method and device for its implementation | |
| SE505253C2 (en) | Method and apparatus for the formation of snow | |
| JPS5941780B2 (en) | Complex fluid jet method and complex nozzle unit | |
| AU1572699A (en) | Fuel injection nozzle and method of use | |
| US3968931A (en) | Pressure jet atomizer | |
| US6986473B2 (en) | Atomizer device and method for the production of a liquid-gas mixture | |
| US11185834B2 (en) | Injection device for atomizing a liquid hydrocarbon charge | |
| RU2252080C1 (en) | Method and device for two-phase gas-and-droplet jet forming | |
| RU2346756C1 (en) | Compressed air atomiser | |
| WO2015122793A1 (en) | Pneumatic atomizer (variants) | |
| CN214515563U (en) | Supersonic speed gas atomization device and supersonic speed gas atomizer | |
| RU2258568C1 (en) | Liquid sprayer | |
| SU876180A1 (en) | Centrifugal spray atomizer |