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技术领域

本发明属于雾化喷嘴技术领域。具体涉及一种多级雾化气液两相大口径细雾喷嘴。

背景技术

目前，雾化喷嘴有两种：单液体雾化喷嘴和气液两相雾化喷嘴。单液体雾化喷嘴一般结构简单，无需使用压缩空气，利用液压即可形成较细的喷雾。气液两相雾化喷嘴需要一个空气源来提供压缩空气，还需要一条液流通道，通过增压、配备虹吸传送或重力传送装置来输送液体。

无论是单液体雾化喷嘴还是气液两相雾化喷嘴，作用都是为了产生很细密的雾化效果。单液体雾化喷嘴主要依靠表面张力和液体与外界静止空气间的摩擦作用，使液柱变成蛇状振动的液丝，然后断裂成雾，其雾化效果较差。如果想要得到细微的喷雾就必须增大液压，减小喷孔直径，这将增加耗能并且容易造成喷嘴堵塞。而利用压缩空气的气液两相雾化喷嘴的雾化机理主要是膜状分裂。当气液混合流以相当高的速度从压力式喷嘴喷出时，能形成液包气的薄膜状雾滴群，气体膨胀使液膜破裂成雾，雾化效果相对较好和水雾粒径较细。增大气压和降低液量可进一步提高雾化效果。

气液两相雾化喷嘴主要有引射型和气液碰撞型两种型式。这两种型式的气液两相雾化喷嘴也有其不足之处。

引射型喷嘴存在的主要问题是雾化质量不稳定。如果喷口气速低于下限，所产生的负压不够，液体无法吸入喷头，不能形成液雾(吴伟烽，冯全科，向清江，吕俊贤.气-液喷射器内两相流流型分析.核动力工程.2007，28(6)，34-37)。当背压超过一定程度时,使入口处出现严重的回流现象，导致引射型喷嘴工作终止(王厚庆，沈超，王晓娟，陈炳录，张鹤飞.气液两相流引射器的数值仿真及实验研究.石油机械2005,33(9)21-23)。

气液碰撞型喷嘴是靠高速气液间的相互碰撞产生雾化，要求液相喷口的直径很小(通常小于1mm)，使喷液成为很细的液柱，这样才容易在高速气流的冲击下破碎成雾(杨立军，王维.两相流乳化型细水雾喷嘴雾化特性研究，北京航空航天大学学报，2002，28(4)，413-416)。如果液体有杂质(如湿法脱硫喷碱液有固体颗粒，喷油雾有油垢等)，细喷口极易堵塞。碰撞型喷嘴仅有高速气液间的相互碰撞作用，没有利用气液两相流之间的剪切力，并且气液碰撞型喷嘴所需液压高于引射型喷嘴。

为了克服引射型喷嘴雾化质量不稳定的问题，同时有效发挥气液碰撞型喷嘴的雾化潜力，向晓东的“一种气液两相旋流大口径细雾喷嘴”(ZL200910063156.3)专利技术采用下旋压缩气流，不仅利用了高速气流对液柱的冲击作用，更重要的是利用了高速旋转气流对液柱的剪切作用，从而使液柱更易破碎形成液雾。尽管两相旋流大口径细雾喷嘴极大地改善了雾化效果，但由于在气流和液体接触面上的压力不等，导致喷嘴末端的各个喷孔喷出的液量不等。

另外，对于所有多孔喷嘴(无论是多孔单液体雾化喷嘴还是多孔气液两相雾化喷嘴)，两股雾化射流之间总存在喷雾分布不均的现象，该问题到目前为止还没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的任务是提供一种结构简单、雾滴分布均匀和喷嘴无堵塞的多级雾化气液两相大口径细雾喷嘴。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：该喷嘴包括进气管、进液管、顶盖和旋流筒。

所述进液管的形状是上部为小圆柱体、中部为大圆柱体和下部为圆锥台；进液管的中心处开有通孔，通孔由上到下依次为上直管段、文丘里管的渐缩管段、文丘里管的喉管段、文丘里管的渐扩管段和下直管段组成。

所述旋流筒由上段的空心圆柱体和下段的空心圆锥台组成。

顶盖与旋流筒上端固定连接，进液管的小圆柱体的中间位置处与顶盖同中心固定连接。进液管的大圆柱体和进液管的圆锥台位于旋流筒内，进液管的大圆柱体外壁与旋流筒的空心圆柱体内壁间的距离为3~8mm，进液管的圆锥台外壁与旋流筒的空心圆锥台内壁间形成环缝，环缝的最小距离为0.3~1mm。

在旋流筒的空心圆柱体上部水平地装有进气管，进气管的一端穿过旋流筒的壳体与进液管的小圆柱体外壁相切，进气管的外径为旋流筒的空心圆柱体内径和进液管的小圆柱体外径之差，进气管位于顶盖和进液管的大圆柱体之间。

所述进液管的圆锥台的锥角为40~50°；进液管的上直管段的直径为5~15mm，进液管的文丘里管的喉管段的直径为3~5mm，进液管的文丘里管的喉管段的长度为4~6mm。所述文丘里管的渐扩管段的上端水平地设有4个进气孔，4个进气孔呈“十”字状，4个进气孔的直径均为2~3mm，进气孔与旋流筒相通。

所述旋流筒的空心圆锥台的锥角为25~35°，空心圆锥台的下端中心处开有喷孔，喷孔呈喇叭状，喇叭口上部的直径与进液管的下直管段的直径相等。

所述固定连接的方式为焊接或螺纹连接；若为螺纹连接，进液管和旋流筒与顶盖的连接处设有密封圈。

所述进液管的小圆柱体为等直径或由直径为上小下大的两段圆柱体组成。

本发明的压缩空气从进气管进入旋流筒后分为两部分，一部分通过4个进气孔进入文丘里管，另一部分沿旋流筒的空腔向下流向环缝。

液体从进液管进入文丘里管后，在文丘里管的喉管段处形成高速液流和负压。压缩空气从进气管引入旋流筒后，分别进入4个进气孔，4个进气孔出口位于文丘里管的渐扩管段的上端，气流和液流在文丘里管的渐扩管段的上端处相汇合，此时，液流和气流的速度均达到最大，高压喷射气流与液流之间发生高速碰撞，使液体破碎形成气雾混合两相流，液体得到一次雾化。

随后气液两相流经过文丘里管的渐扩管段，压力和速度下降，气液两相流发生膨胀，使液滴在文丘里管的渐扩管段进一步混合雾化，即二次雾化。

气液两相流到达下直管段的末端时，与从环缝高速喷出的压缩空气之间发生撞击、剪切，再一次雾化，得到更细、更均匀的雾滴，即三次雾化。最后从喷孔喷出。

本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

1.本发明将文丘里管引射雾化作用、流体碰撞破碎、气流冲击雾化作用相结合，对于高粘度液体能获得良好雾化效果。

2.本发明中的高压气流多次与流体发生作用，其能量利用率高，气耗量减少。本发明利用空气动力使气液之间发生多次雾化，使液体的雾化更加充分。

3.本发明的喷雾出口不同于现有喷嘴的细小喷孔，而是5~20mm的大口径喷孔，故不仅喷雾覆盖面广和喷雾量大，且能有效避免喷嘴堵塞问题。本发明适用于烟尘净化、脱硫脱硝、气体降温、喷涂和消防等领域。

因此，本发明具有结构简单、雾滴分布均匀和喷嘴无堵塞的特点，适用于烟尘净化、脱硫脱硝、气体降温、喷涂和消防等领域。