一种提高雾化效率的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器制造技术

本发明专利技术提供了一种提高雾化效率的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器，包括：导液管，下体，套在所述导液管外表面；上体，为套在下体外的中空管体结构，且与下体之间形成有密闭的能够稳定气体压力的气体驻室空间；上体的端口内表面为向导液管末端方向倾斜的圆锥面或圆锥型面，下体的端口外表面与上体的圆锥面或圆锥型面通过相应的圆锥台型面密封接触，在下体与上体的接触处，沿圆周均匀设置有多个连通外部与气体驻室空间的矩形气体喷嘴。本发明专利技术中的矩形通道可以是二维收缩型，也可以是二维收缩‑膨胀(laval)型气体喷嘴。本发明专利技术的结构可以提高将高速气流的动能作用到相对静止的液体和液滴上效率，使其雾化为更细小的液滴。

A tight coupling ring with rectangular hole gas nozzle atomizer for improving atomization efficiency

The present invention provides a tight coupled annular rectangular hole nozzle nebulizer, which includes a pilot tube, a lower body, and an outer surface of the pilot tube; the upper body is a hollow tube structure that is outside the lower body, and forms a closed chamber space between the lower body and the lower body that can stabilize the pressure of the gas body; the upper body is formed. The inner surface of the port is a conical or conical surface which is inclined to the end of the liquid tube. The outer surface of the lower body is sealed with the conical surface or conical surface of the upper body through the corresponding conical surface. At the contact between the lower body and the upper body, a rectangular gas jet with multiple connected outer parts and gas room space is evenly arranged along the circle. The mouth. The rectangular channel in the invention can be a two-dimensional shrinkage type or a two-dimensional contraction expansion (Laval) type gas nozzle. The structure of the invention can improve the efficiency of moving the kinetic energy of high-speed airflow to relatively stationary liquid and droplet, and atomizing it into smaller droplets.

【技术实现步骤摘要】
一种提高雾化效率的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器
本专利技术涉及压力气体雾化液体领域，特别是涉及一种可以强化高速气流和低速液流形成涡流和紊流的掺混结构，可以提高雾化效率减小液滴平均直径的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器。
技术介绍
紧耦合式雾化器大多采用环缝式和环圆孔式结构，由于气体喷嘴出口距离中心被雾化的液体很近，雾化效率大大提高，在工业上广泛采用。提高雾化效率，减少气体消耗，降低雾化液滴(冷却后成固体粉末)粒径，始终是人们追求的目标。在雾化效率上环圆孔式雾化器明显优于环缝式雾化器，以往的环孔式雾化器多采用轴对称圆孔式气体喷嘴。人们关注的焦点是如何提高雾化气体的动能，也就是提高气流出口速度，期望提高雾化效率减小粉末粒径(提高冷却速度)，因此都在气体喷管上下功夫作文章。例如中国专利CN200620039329.X；CN201210291596.6；CN200420023889.7；CN200710175831.2；CN200910304166.1；CN94221583.4；CN200720149810.9；CN2001110005163.5；美国专利US6142382等。以上专利披露的紧耦合式雾化器在提高雾化效率，减少气体消耗，降低雾化液滴(冷却后成固体粉末)粒径方面虽有进步，但改进有限，对于喷制平均粒度小于10～20μm的金属粉末仍有困难。最早60年代瑞典人Kohlswa提出，后经美国麻省理工学院(MIT)Grant教授在80年代改进完善后提出的美国专利US4778516，在紧耦合式雾化器气体喷嘴的上游附加了Hartman气流哨式的超声波发生装置，让喷出的超声速气流负载一个一定频率的超声波振动，参与对液体的雾化。90年代中国北京科技大学和中国科学院金属所也提出了类似的专利CN94247337.X；CN96239232.4；CN99250106.7。其目的也是想提高雾化效率获取更细(冷却速度更高)的金属粉末。但是在驻室压力高达8.3MPa时，仅能生产出平均粒度22μm的金属粉末。实验研究的结果表明(第六届全国金属粉末学术会论文《超声波在气动雾化制取金属粉末过程中的作用的实验研究》王吉南1993年9月22-25日于黄山)，在驻室压力达5.0-8.0MPa时，气流式Hartman哨的超声波能量转换率很低，大约在10-3～10-4量级，超声波再转化为对液体雾化的能量就更低，气流流场中的噪声幅值完全淹没了超声波发生器发出的超声波的幅值，以至于在流场中检测不到此频率的超声波的存在。雾化铝合金粉末基本没有效果，这种雾化器结构复杂加工困难，工业上没有应用的报到。90年代德国人冈特·舒尔茨专利技术了《通过用气体雾化熔液制造细粉的方法和装置》申请了德国专利DE19758111.0、欧洲专利WO99/30858和中国专利CN1282282A，提出了熔液从基本为矩形截面喷嘴流出，接着一起与喷雾气体通过一截面为矩形的的Laval喷嘴，此时按层流被加速的气流在Laval喷嘴的收敛部分使熔液薄膜稳定，并同时将其伸出直至在通过最狭的横截面之后，才使熔液薄膜均匀地沿其整个长度雾化。此专利称，此方法和装置能够用小的气体消耗量，获得高的生产效率。根据专利描述一定压力的雾化气体和熔液在矩形Laval喷管内以层流状态逐渐加速运动，熔液被气体压缩和拉伸成薄膜，然后在出口雾化，业内称之为“层流雾化”。但经过喉道后压力气体迅速膨胀加速，不可压缩的熔液在惯性力的作用下与高速气流产生剪切分离，出现掺混和雾化。形成了复杂的混合流动。雾化过程不可能在层流状态下进行。在案例中在铝熔液800℃时，压力氮气30bar，喷溅塔即气体室(雾化室)内有0.2bar的负压，铝液流量2826kg/h，每公斤铝液消耗5.9kg的氮气，得到一10.1μm的平均颗粒直径。该专利熔液和雾化气体都需要密封在一个能够承受雾化压力的罐内。生产一公斤铝粉的氮气消耗量高达5.9kg。如要连续生产，需配置的氮气源和气体压缩机非常庞大，生产成本大大提高。很难实现工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种可以提高雾化效率减小液滴平均直径的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器。特别地，本专利技术提供一种提高雾化效率的紧耦合环矩形气体喷嘴雾化器，包括：导液管，为中空管体结构；下体，为中空管体结构，套在所述导液管外表面；上体，为套在下体外的中空管体结构，且与下体之间形成有密闭的能够稳定气体压力的气体驻室空间；上体的端口内表面为向导液管末端方向倾斜的圆锥面，下体的端口外表面与上体的圆锥面通过相应的圆锥台密封接触，在下体与上体的接触处，沿圆周均匀设置有多个连通外部与气体驻室空间的气体喷嘴。在本专利技术的一个实施方式中，所述气体喷嘴的数量为4～40个。在本专利技术的一个实施方式中，所述上体的圆锥面由端口向内部依次分为变径段A和倾斜段A，变径段A的锥面夹角在-20°～60°之间，倾斜段A的锥面夹角为45°～100°。在本专利技术的一个实施方式中，所述气体喷嘴处的下体表面分为与所述上体的倾斜段A对应的倾斜段B，和连接倾斜段B与上体外表面的倾斜段C，其中倾斜段B相对轴心线的夹角为3°～40°，所述气体喷嘴的中心线相对轴心线的夹角为5°～45°，所述气体喷嘴的出口喉道的长宽比为1:2～1:15。在本专利技术的一个实施方式中，所述倾斜段A和所述倾斜段B在出口喉道处间隔距离为0.1～2mm。在本专利技术的一个实施方式中，所述倾斜段A和倾斜段B的宽度为3～15mm。在本专利技术的一个实施方式中，所述上体的锥面由端口向内部依次分为变径段B、型面段A和倾斜段D；所述下体的圆锥台分为与型面段A对应并对称的上体型面段B，和与倾斜段D对应的倾斜段E；其中，上体变径段B相对轴心线的角度在-20°～60°之间，倾斜段D和倾斜段E相对夹角为45°～100°，对称的型面段A和型面段B中心线相对轴心线的夹角为5°～45°，形成喷嘴矩形扩张段。所述气体喷嘴的中心线相对轴心线的夹角为5°～45°。在本专利技术的一个实施方式中，所述下体型面段B与倾斜过度段E的连接边，与所述型面段A和所述倾斜段D的连接边对齐，在该处形成矩形的喉道，喉道的长宽比为1:2～1:15。在本专利技术的一个实施方式中，所述型面段B和所述型面段A在喉道处距离为0.1～2mm；所述型面段B和型面段A的水平宽度为6～20mm。在本专利技术的一个实施方式中，所述上体的端口相对所述下体的端口的伸出长度为0.5～4mm；所述导液管的端口相对所述上体的端口的伸出长度为-4～7mm。本专利技术可以使喷嘴出口高速的气体射流，与周围环境(雾化室内)相对静止的气体以及中心区导液管内的低速液流之间存在速度差，因此在喷嘴周围形成了气体引射区，而中心区形成了回流区，在引射区和回流区原本相对静止的气体和液体和高速气体射流之间的交界面是流速不连续的间断面，这种间断面是不稳定的，因此高速主射流边界与环境气体和低速中心液流存在强烈的主次流掺混即涡流和紊流现象。由于环境气体和低速液流不断掺混加入到主流，射流的断面面积和质量流量沿程扩大，但速度逐渐减小，最终主射流与次流完全掺混形成混合流，能量耗散殆尽。在气体雾化液体中真正需要关注的是，如何将高速气流的动能作用到相对静止的液体和液滴上，使其雾化为更细小的液滴。也就是提高气-液两相流的掺混效率。强化掺混技术是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高雾化效率的紧耦合环矩形气体喷嘴雾化器，其特征在于，包括：导液管，为中空管体结构；下体，为中空管体结构，套在所述导液管外表面；上体，为套在下体外的中空管体结构，且与下体之间形成有密闭的能够稳定气体压力的气体驻室空间；上体的端口内表面为向导液管末端方向倾斜的圆锥面，下体的端口外表面与上体的圆锥面通过相应的圆锥台密封接触，在下体与上体的接触处，沿圆周均匀设置有多个连通外部与气体驻室空间的气体喷嘴。

【技术特征摘要】
1.一种提高雾化效率的紧耦合环矩形气体喷嘴雾化器，其特征在于，包括：导液管，为中空管体结构；下体，为中空管体结构，套在所述导液管外表面；上体，为套在下体外的中空管体结构，且与下体之间形成有密闭的能够稳定气体压力的气体驻室空间；上体的端口内表面为向导液管末端方向倾斜的圆锥面，下体的端口外表面与上体的圆锥面通过相应的圆锥台密封接触，在下体与上体的接触处，沿圆周均匀设置有多个连通外部与气体驻室空间的气体喷嘴。2.根据权利要求1所述的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器，其特征在于，所述气体喷嘴的数量为4～40个。3.根据权利要求2所述的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器，其特征在于，所述上体的圆锥面由端口向内部依次分为变径段A和倾斜段A，变径段A的锥面夹角在-20°～60°之间，倾斜段A的锥面夹角为45°～100°。4.根据权利要求3所述的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器，其特征在于，所述气体喷嘴处的下体表面分为与所述上体的倾斜段A对应的倾斜段B，和连接倾斜段B与上体外表面的倾斜段C，其中倾斜段B相对轴心线的夹角为3°～40°，所述气体喷嘴的中心线相对轴心线的夹角为5°～45°，所述气体喷嘴的出口喉道的长宽比为1:2～1:15。5.根据权利要求4所述的紧耦合环矩形孔气体喷嘴雾化器，其特征在于，所述倾斜段A和所述倾斜段B在出口喉道处间隔距离为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王吉南，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11