一种气动雾化和气泡雾化相结合的喷嘴及使用方法与流程

本发明涉及一种气动雾化和气泡雾化相结合的喷嘴及使用方法，属于气液两相流雾化技术领域。

背景技术：

雾化喷嘴是一种能够将液体雾化喷出，使液体以微小液滴形式存在于空气中的装置。

当前，雾化技术使用领域广泛，在交通运输、农业生产、燃料燃烧等几乎所有工业领域都有应用；雾化技术在非燃烧工业，如催化造粒、食品加工、粉末涂覆、农药喷洒方面等也有着广泛的应用。

现有的雾化喷嘴主要为机械雾化喷嘴和介质雾化喷嘴。机械雾化喷嘴所需水压较高，流量难以调节；介质雾化喷嘴以气相辅助雾化为主，主要有气泡雾化和气动雾化两种：气泡雾化利用喷嘴出口内外压差，令微小气泡在离开出口后急速膨胀破裂，将液膜破碎为液雾，所需气相压力较高，但耗气量较小；气动雾化利用高速气流冲击液体，将液体雾化，耗气量较大，但气相压力较小。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种气动雾化和气泡雾化相结合的喷嘴及使用方法，高效组合了气动雾化和气泡雾化技术，实现了耗气量小、所需气相压力低的细微雾化。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种气动雾化和气泡雾化相结合的喷嘴，包括圆柱形壳体，壳体上一端设置有进液口，另外一端设置有气旋流出口；壳体侧壁中部开设有若干进气口，壳体内设置有文丘里管式内流道，文丘里管式内流道一端与进液口相连，另一端设置有泡状流出口，文丘里管式内流道的扩散段的侧壁上开设有若干曝气孔，文丘里管式内流道外侧设置有空腔，空腔一端与进气口相连，另一端与气旋流出口相连通，曝气孔一端与空腔相连通，另一端与文丘里管式内流道相连通；泡状流出口与气旋流出口相连通。

本发明进一步的改进在于，空腔内设置有若干旋流片。

本发明进一步的改进在于，旋流片沿周向均匀分布，单个旋流片旋转角度为30°到40°。

本发明进一步的改进在于，气旋流出口位于文丘里管式内流道的中轴线上。

本发明进一步的改进在于，曝气孔和进气口相对设置。

本发明进一步的改进在于，泡状流出口周向均匀分布。

本发明进一步的改进在于，空腔为渐缩式进气道。

一种气动雾化和气泡雾化相结合的喷嘴的使用方法，液体被液泵压入进液口，气体被气泵压入进气口；液体流过文丘里管式内流道，通过文丘里管式内流道的渐缩结构增加流速，减小压强，使少量由进气口通入的气体通过若干曝气孔以气泡形式进入液体内，形成泡状两相流；泡状两相流经过文丘里管式内流道的收缩段加速后，通过泡状流出口喷出，实现液体的第一次破碎；

进气口通入的大量气体通过旋流进气道，气体通过若干旋流片时被旋转加速，最终利用旋流片产生高速旋流气体，冲出气旋流出口对气泡雾化后的一次破碎液体进行二次剪切，完成二次破碎。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

1.由于采用了一体式进气，可以利用对冲弥补气泡雾化的压力需求，所以实现了气动雾化技术气相压力特性的高效利用，对气相压力需求极低，在最佳工况下仅为0.1mpa。

2.因为调整了喷口数量，并将气泡雾化作为一级雾化、气动雾化作为二级雾化，所以雾化破碎均匀度远超单一气相雾化，且在最佳工况下水流量可达70kg/h。

3.通过对液流、气流多级渐缩加速，有效地组合了气动雾化技术和气泡雾化技术，实现了最佳工况下平均粒径23.06μm的微细雾化。

本发明高效组合了气动雾化和气泡雾化技术，实现了耗气量小、所需气相压力低的细微、快速雾化。该喷嘴加工工艺简单，适合批量化生产。

附图说明

图1为喷嘴侧面剖视图。

图2为喷嘴正面半剖图。

图3为本发明的喷嘴的立体结构示意图。

图中，1为进液口，2为进气口，3为文丘里式内流道，4为曝气孔，5为泡状流出口，6为旋流进气道，7为旋流片，8为气旋流出口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图1、图2和图3，本发明提供一种气动雾化和气泡雾化相结合的喷嘴，包括圆柱形壳体，壳体上一端设置有进液口1，另外一端设置有气旋流出口8；壳体侧壁中部开设有进气口2，具体的，每侧开设一个进气口，形成双通道进气口。壳体内设置有文丘里管式内流道3，文丘里管式内流道3一端与进液口1相连，另一端设置有泡状流出口5并且文丘里管式内流道3与泡状流出口5相连，气旋流出口8位于文丘里管式内流道的中轴线上。

泡状流出口5与气旋流出口8相连通，并且轴向距离为15.3mm。

文丘里管式内流道3包括相连的入口段、收缩段和扩散段，文丘里管式内流道3的扩散段的侧壁上开设有若干曝气孔4，文丘里管式内流道3外侧设置有空腔，空腔内设置有6个旋流片7，空腔一端与两个进气口2相连，另一端与气旋流出口8相连通。曝气孔4一端与空腔相连通，另一端与文丘里管式内流道3相连通。

本发明中进液口1的内径为16mm；进气口2的内径为6mm；文丘里管式内流道3由直径16mm渐缩为直径8mm；曝气孔4和进气口2采用对冲结构，即相对设置，这样便于气体进入曝气孔4中，曝气孔4共42个，直径为0.7mm，以三排并列形式布置，利于进气。进气中形成气泡的气体一部分通过曝气孔4内外压差被压入液流，一部分由于曝气孔4和进气口2对冲设置，被冲入曝气孔4。

泡状流出口5共4个，以正四边形排列布置，即周向均匀分布，能够强化破碎效果、稳定破碎过程并大幅增加液相流量。

采用旋流渐缩式进气道，气体通过6片渐缩旋流片7产生高速旋流气体，实现气动雾化部分。

其中，泡状流出口5为圆孔，半径为1mm，相邻泡状流出口圆心之间距离为1.41mm。

本发明中6个旋流片7，6个旋流片7沿周向均匀分布，其中单个旋流片7旋转角度为30°～40°，优选为34.5°，且相邻旋流片7角度相差60°。本发明中采用气泡雾化和气动雾化一体式进气。

进一步的，将气旋流出口布置在泡状流喷口外侧，利用旋流高速剪切液膜，在距离泡状流喷口12cm处就能得到最佳雾化效果，且不发生雾化颗粒大量聚集现象。

进一步的，通过渐缩结构增加液相流速，减小压强，有利于气泡雾化过程中气泡进入。

进一步的，曝气孔共42个，直径为0.7mm，以三排并列形式布置，利于进气。

进一步的，泡状流出口共4个，沿周向均匀分布，该布置方法利用气泡破碎在时空上的不均匀性强化破碎效果、稳定破碎过程并大幅增加液相流量。

进一步的，进气口为2个，采用双通道设计，垂直于曝气孔，减小了气泡雾化对内外压强差的需求。

进一步的，旋流片和气旋流出口组合为旋流进气道，采用渐缩旋流结构，利用渐缩加速气流，利用6片旋流片产生旋流使气体高速旋转喷出，对气泡雾化后的一次破碎液体进行二次剪切。

本发明的喷嘴的工作过程如下：液体被液泵压入进液口1，气体被气泵压入双通道的进气口2。液体流过文丘里管式内流道3，通过文丘里管式内流道3的渐缩结构增加流速，减小压强，使少量进气口2通入的气体通过若干曝气孔4以气泡形式进入液体内，形成泡状两相流。泡状两相流经过文丘里管式内流道3的收缩段加速后，通过泡状流出口5喷出，利用气泡破碎在时空上的不均匀性强化破碎效果、稳定破碎过程并大幅增加液相流量，实现液体的第一次破碎。

同时，进气口2通入的大部分气体通过旋流进气道6，该旋流进气道6采用渐缩旋流结构，即旋流进气道6内设置有旋流片，旋流进气道6的结构为渐缩结构。气体通过6片旋流片7时被旋转加速，最终利用旋流片7产生高速旋流气体，冲出气旋流出口8对气泡雾化后的一次破碎液体进行二次剪切，完成二次破碎。