一种低气动阻力节流单元雾化装置的制作方法

本发明属于流体机械和气液两相流技术领域，具体涉及一种低气动阻力节流单元雾化装置。

背景技术：

雾化装置是一种将液体雾化喷出，液体颗粒均匀悬浮于空中的装置。它在现代生活和工业中的应用十分广泛，可以被广泛地应用于城市夏日雾化纳凉、空气加湿、农田灌溉、以及治疗呼吸道疾病的医疗器械上。

目前，市场上普遍在售的雾化器主要为压缩雾化器，且多应用于医疗领域。空气压缩式雾化器通过压缩空气获得高速气体，随之产生的负压能够吸引液体流入，进而两相混合碰撞相互作用，最后产生高速喷雾。

虽然雾化技术目前在国内的发展虽然已日趋成熟，但是目前市场上现有的大部分雾化器仍面临以下问题：(1)球型节流单元的雾化器雾化的颗粒较大、不均匀、易碰撞结合，对有呼吸道疾病的患者存在使用风险；(2)孔型节流单元的雾化器吸水性不强、单位时间内喷雾流量小，这意味着要达到相同的降温或吸尘效果，其耗费时长长、消耗能源多。现在的雾化单元多为孔型或者球型，其雾化结果要么吸水性能强而雾化性能差，要么雾化性能强而吸水性能差，两者的优点不能很好的兼容。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低气动阻力节流单元雾化装置，相比孔型和球型节流单元能进一步产生更大负压，吸水性更强，降低能耗。

本发明所采用的技术方案是，一种低气动阻力节流单元雾化装置，包括有雾化组件及套在雾化组件外的容水外壳，容水外壳与雾化组件之间形成有容水腔；雾化组件包括有按照高压气体进入后的流动方向依次设置的入口管、水滴型节流单元、多孔管及出口管，入口管的第一端沿内壁一圈设有第一台阶面，入口管的第二端与高压气源连接；出口管的第一端沿内壁一圈设有第二台阶面，出口管的第二端为喷雾出口；入口管的第一端与出口管的第一端相对，水滴型节流单元及多孔管位于第一台阶面与第二台阶面之间；容水外壳的一端套在入口管的外壁上，容水外壳的另一端套在出口管的外壁上；容水外壳分别与入口管及出口管过盈配合，多孔管的两端端部分别与入口管及出口管过盈配合；多孔管上不与入口管及出口管相接触的管段与容水外壳共同形成容水腔，容水外壳与水源连接。

本发明的特征还在于，

水滴型节流单元包括有半球体组件及与半球体组件连接的圆锥体组件，半球体组件与圆锥体组件的连接处平滑且相切过度，半球体组件的外围还套设有环形安装座，环形安装座通过两个安装杆与半球体组件的外壁连接，环形安装座位于第一台阶面与多孔管的一端端部之间。

半球体组件的截面面积与入口管的内腔横截面的直径之比为0.429。

多孔管管壁上的孔呈均匀分布。

容水外壳包括有管状外壳及进水管，沿管状外壳的内壁圆周方向开有第五凹槽，第五凹槽与多孔管上不与入口管及出口管相接触的管段共同形成容水腔，进水管的一端与管状外壳的侧壁连接且与容水腔连通，进水管的另一端与水源连接。

沿入口管的外壁圆周方向设有第一凹槽，沿出口管的外壁圆周方向设有第二凹槽，沿管状外壳内壁圆周方向设有第三凹槽及第四凹槽；第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽及第四凹槽的横截面均为半圆形，第一凹槽与第三凹槽的位置相对应配合使用，第一凹槽与第三凹槽组合成的空间内安装有第一密封圈；第二凹槽与第四凹槽的位置相对应配合使用，第二凹槽与第四凹槽组合成的空间内安装有第二密封圈。

第一密封圈及第二密封圈均为密封橡胶圈。

本发明的有益效果是，当高速高压气体从入口管导入，经过水滴型节流单元处，在容水腔形成负压，由此液体通过多孔管被自动吸入容水腔中，进而被高速气体打碎形成小液滴，在气体的裹挟下，一同从出口管排出，由于水滴自身结构可以使气体沿四周紧贴多孔管流动，相比环型节流单元能进一步产生更大负压，吸水性更强，同时相比于球型，水滴型的风阻系数较小，所以可以降低能耗。

附图说明

图1是本发明一种低气动阻力节流单元雾化装置的结构示意图；

图2是本发明一种低气动阻力节流单元雾化装置的主剖面图；

图3是图2的左视图；

图4是图2的俯视图；

图5是水滴型节流单元的主视图；

图6是图5的左视图；

图7是三种节流单元的雾化器压力仿真图；

图7中，图(a)是节流单元为孔型的雾化器压力仿真图；图(b)是节流单元为球型的雾化器压力仿真图；图(c)是本发明节流单元雾化装置压力仿真图；

图8三种节流单元的雾化器速度仿真图；

图8中，图(a)是节流单元为孔型的雾化器的速度仿真图；图(b)是节流单元为球型的雾化器速度仿真图；图(c)是本发明节流单元雾化装置速度仿真图；

图9是同一工况下，具有不同半球体组件的截面面积与入口管的内腔横截面面积之比的水滴型节流单元对吸水性的影响对比图。

图中，1.入口管，2.第一密封圈，3.水滴型节流单元，4.多孔管，5.容水外壳，6.第二密封圈，7.出口管，8.第一凹槽，9.第二凹槽，10.第三凹槽，11.第四凹槽；

1-1.第一台阶面；

3-1.半球体组件，3-2.圆锥体组件，3-3.环形安装座；

5-1.管状外壳，5-2.进水管，5-3.第五凹槽；

7-1.第二台阶面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种低气动阻力节流单元雾化装置，如图1-9所示，包括有雾化组件及套在雾化组件外的容水外壳5，容水外壳5与雾化组件之间形成有容水腔；雾化组件包括有按照高压气体进入后的流动方向依次设置的入口管1、水滴型节流单元3、多孔管4及出口管7，入口管1的第一端沿内壁一圈设有第一台阶面1-1，入口管1的第二端与高压气源连接；出口管7的第一端沿内壁一圈设有第二台阶面7-1，出口管7的第二端为喷雾出口；入口管1的第一端与所述出口管7的第一端相对，水滴型节流单元3及多孔管4位于第一台阶面1-1与第二台阶面7-1之间；容水外壳5的一端套在入口管1的外壁上，容水外壳5的另一端套在出口管7的外壁上；容水外壳5分别与入口管1及出口管7过盈配合，多孔管4的两端端部分别与入口管1及出口管7过盈配合；多孔管4上不与入口管1及出口管7相接触的管段与容水外壳5共同形成容水腔，容水外壳5与水源连接。

多孔管4和出口管7连接形成雾化通道，入口管1用于导入高速高压气体；

水滴型节流单元3包括有半球体组件3-1及与半球体组件3-1连接的圆锥体组件3-2，半球体组件3-1与圆锥体组件3-2的连接处平滑且相切过度，半球体组件3-1的外围还套设有环形安装座3-3，环形安装座3-3通过两个安装杆与半球体组件3-1的外壁连接，环形安装座3-3位于第一台阶面与多孔管4的一端端部之间。

如图9所示，为同一工况下(空气流速为50m/s)，具有不同半球体组件3-1的截面面积与入口管1的内腔横截面面积之比的水滴型节流单元对吸水性的影响，从图9可以看出半球体组件3-1的截面面积与入口管1的内腔横截面面积之比为0.429时，吸水性最好。

多孔管4管壁上的孔呈均匀分布。

容水外壳5包括有管状外壳5-1及进水管5-2，沿管状外壳5-1的内壁圆周方向开有第五凹槽5-3，第五凹槽5-3与多孔管4上不与入口管1及出口管7相接触的管段共同形成容水腔，进水管5-2的一端与管状外壳5-1的侧壁连接且与容水腔连通，进水管5-2的另一端与水源连接。

沿所述入口管1的外壁圆周方向设有第一凹槽8，沿出口管7的外壁圆周方向设有第二凹槽9，沿管状外壳5-1内壁圆周方向设有第三凹槽10及第四凹槽11；第一凹槽8、第二凹槽9、第三凹槽10及第四凹槽11的横截面均为半圆形，第一凹槽8与第三凹槽10的位置相对应配合使用，第一凹槽8与第三凹槽10组合成的空间内安装有第一密封圈2；第二凹槽9与第四凹槽11的位置相对应配合使用，第二凹槽9与第四凹槽11组合成的空间内安装有第二密封圈6。

第一密封圈2及第二密封圈6均为密封橡胶圈。

本发明一种低气动阻力节流单元雾化装置，当高速高压气体从入口管导入，经过水滴型节流单元处，在中腔形成负压，由此液体通过多孔管被自动吸入中腔，进而被高速气体打碎形成小液滴，在气体的裹挟下，一同从出口排出。由水滴自身结构可以使气体沿四周紧贴多孔管流动，能进一步产生更大负压，吸水性更强，降低能耗。

从图7-(a)可以看出，对于节流单元为孔型的雾化器，在多孔管内，靠近中心轴的负压大于靠近多孔管壁的负压，这就导致从多孔管吸入的液体难以流到中心轴附近；而从图8-(a)可以看出，节流单元为孔型的雾化器中心轴处的空气速度最大，靠近出口管壁面的速度最小，所以孔型节流单元的雾化器液体破碎效果不好，而从图7-(b)、图7-(c)可以看出，球型和水滴型节流单元的雾化器其负压也其中在管壁，但是从图8-(b)、图8-(c)可以看出，球型和水滴型节流单元的雾化器在靠近管壁处的速度最大，所以被吸入的液体不用到达管道轴线就能得到很好的破碎，所以球型和水滴型节流单元的破碎性能优于孔型节流单元的雾化器。

从图7-(b)、图7-(c)可以看出，水滴型节流单元雾化器相比于球型节流单元的雾化器，其在多孔介质附近将负压区域进行了明显的延长，所以水滴型节流单元雾化器比球型节流单元的雾化器具有更好的吸水性。

针对现有的结构存在的问题以及相关物性参数的不确定性，本发明设计的雾化装置，更改现有雾化器常用的“球”型节流单元，设计采用低风阻的雨滴型节流单元结构，并利用fluent软件分别对孔型、球型和雨滴型节流单元雾化装置内部流动进行数值模拟，在确定相应最佳效益规格后，选出最佳的节流单元方案，使双流体雾化器的喷雾效果达到最佳，以设计出雾化颗粒直径小、吸水性好的雾化装置。

综上所述，水滴形节流单元的雾化器不但在液滴破碎上效果更好，而且在吸水性方面效果也很好。