申请/专利权人：江苏大学

申请日：2019-04-01

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN110052340B

主分类号：B05B7/04

分类号：B05B7/04;B05B17/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.08.20#实质审查的生效;2019.07.26#公开

摘要：本发明提供一种多级超声波雾化喷射装置，包括进气口、若干共振管结构、半球型聚焦结构、气液混合室、进液口、导流器和喷嘴装置，气液混合室内设有半球型聚焦结构。气体在经过共振管结构后，产生超声波，并且获得超音速，在气液混合室中完成一级雾化。通过半球型聚焦结构，完成二级雾化。雾化后的液体与气体混合经过导流器和喷嘴装置完成三级雾化。本发明结构简单，设计合理，采用多级超声波雾化技术，雾化效果好，能够得到雾化粒径更均匀、更微小的雾滴。

主权项：1.一种多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，包括进气口1、若干共振管结构、半球型聚焦结构14、气液混合室13、进液口16、导流器7和喷嘴装置9；所述共振管结构的一端与进气口1连接，另一端与气液混合室13连接；所述气液混合室13内设有半球型聚焦结构14；所述进液口16与气液混合室13连接；所述导流器7的一端与气液混合室13连接，另一端与喷嘴装置9的一端连接；所述共振管结构包括入口导管3、一级共振管4、二级共振管6和出口导管5；所述入口导管3的一端与进气口1的一端连接，入口导管3的另一端分别与一级共振管4、二级共振管6和出口导管5连接；所述出口导管5内部设有自适应喉部15；所述喷嘴装置9包括共振腔10、多个尖端通道8、中心杆11和喷嘴口；多个尖端通道8布置在共振腔10外围，使得共振腔10与喷嘴口连通；所述中心杆11的一端安装导流器7上，另一端位于共振腔10内。

全文数据：一种多级超声波雾化喷射装置技术领域本发明属于喷嘴技术领域，具体涉及一种多级超声波雾化喷射装置。背景技术雾化喷头是一种使液体呈雾状散落的装置。目前已经存在着各类雾化喷头，广泛应用于航空航天领域、燃烧工程领域、农业灌溉、机械加工及化学工业等领域，但是还存在一些问题，即液体与气体混合不够充分，在喷射液体的同时，容易有小液滴滴下，这是由于雾化程度不够所导致。另外还存在雾化效果难以控制、雾化不均匀、雾化粒径较大等不足。现有技术中，以传统的空气雾化喷嘴应用为主，就目前国内所应用的空气雾化喷嘴而言，其主要应用于大流量、雾化粒度大的工作场景。目前缺少雾化效果好的喷嘴装置，难以满足高精尖等新型设备。发明内容本发明的目的是针对上述问题提供一种多级超声波雾化喷射装置，该装置采用多级超声波雾化技术，雾化效果好，能够得到雾化粒径更均匀、更微小的雾滴。本发明的技术方案是：一种多级超声波雾化喷射装置，包括进气口、若干共振管结构、半球型聚焦结构、气液混合室、进液口、导流器和喷嘴装置；所述共振管结构的一端与进气口连接，另一端与气液混合室连接；所述气液混合室内设有半球型聚焦结构；所述进液口与气液混合室连接；所述导流器的一端与气液混合室连接，另一端与喷嘴装置的一端连接。上述方案中，所述共振管结构包括入口导管、一级共振管、二级共振管和出口导管；所述入口导管的一端与进气口的一端连接，入口导管的另一端分别与一级共振管、二级共振管和出口导管连接；所述出口导管内部设有自适应喉部。上述方案中，所述共振管结构的数量为两个；所述共振管结构沿进气口和进液口的中心轴所在平面对称布置。上述方案中，所述进气口的一端设有钝体，所述钝体位于若干共振管结构入口的中心位置。上述方案中，所述喷嘴装置包括共振腔、多个尖端通道和喷嘴口；多个尖端通道布置在共振腔外围，使得共振腔与喷嘴口连通。上述方案中，还包括中心杆；所述中心杆的一端安装导流器上，另一端位于共振腔内。上述方案中，所述导流器内设有若干导流管。上述方案中，所述进气口的中心轴与进液口的中心轴之间的夹角在70°-75°。上述方案中，所述进液口设有多个供液孔。上述方案中，所述共振腔为圆锥或圆柱形共振腔。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.该装置以压缩气体作为动力源，采用多级雾化结构，提高雾化效果，能够调节控制得到雾化粒径更均匀、更微小的雾滴。压缩气体经过共振腔结构产生超声波进而形成激波，保持超音速进入气液混合室将液体撕碎，完成一级雾化。通过半球型聚焦结构收集过剩超声波，重新聚焦到液雾聚集区完成二级雾化。气流进入圆锥形共振腔，产生新的超声波和激波，共同作用下完成进三级雾化，最终得到理想的雾滴。2.该装置的进液口设有多个供液孔，并且优化进气口的中心轴与进液口的中心轴之间的夹角在70°-75°，使得液体在一定压强下能够较为均匀的压入超声波能量焦域。3.该装置设有半球型聚焦结构，将过剩超声波能量汇聚到空间较小的焦域上，达到局部高温充分降低液体粘度系数的效果，对混合的气液进一步雾化，能量充分利用，增强雾化效果。4.该装置中的中心杆作为激励器在锥形共振腔内高频率振动，能很好的进一步液滴雾化。5.该装置中气液混合室所在部件与导流器之间、导流器与喷嘴装置之间都是采用可拆卸连接，可以根据液体雾化的要求，换成不同尺寸规格的部件进行安装。可以通过更换带有具有不同锥度、深度的共振腔的喷嘴装置，从而改变喷嘴装置所发生共振的固有频率，最终实现调节液体流量和液滴粒径大小的效果。附图说明图1为本发明一实施例整体结构示意图；图2为本发明一实施例三维剖视图；图3为本发明一实施例平面剖视图；图4为本发明一实施例中超音速雾化结构示意图；图5为本发明一实施例中半球型聚焦结构示意图；图6为本发明一实施例中导流器示意图；图7为本发明一实施例中中心杆示意图；图8为本发明一实施例中喷嘴装置示意图；图9为本发明一实施例中进液孔示意图；图中，1、进气口；2、钝体；3、入口导管；4、一级共振管；5、出口导管；6、二级共振管；7、导流器；8、尖端通道；9、喷嘴装置；10、共振腔；11、中心杆；12、密封圈；13、气液混合室；14、半球型聚焦结构；15、自适应喉部；16、进液孔。具体实施方式下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。图1、2和3所示为本发明所述多级超声波雾化喷射装置的一种实施方式，所述多级超声波雾化喷射装置，包括进气口1、若干共振管结构、半球型聚焦结构2、气液混合室13、进液口16、导流器7和喷嘴装置9；所述共振管结构的一端与进气口1连接，另一端与气液混合室13连接；所述气液混合室13内设有半球型聚焦结构14；所述进液口16与气液混合室13连接；所述导流器7的一端与气液混合室13连接，且连接处通过密封圈12密封，导流器7的另一端与喷嘴装置9的一端连接。所共振管结构包括入口导管2、一级共振管4、二级共振管6、出口导管5；所述进气口1的末端与入口导管3连接；所述气液混合室13与出口导管5连接；所述入口导管3、一级共振管4、二级共振管6和出口导管5呈十字形交叉连接。所述出口导管5内部设有自适应喉部15。如图3所示，优选的，所述共振管结构的数量为两个；所述共振管结构沿进气口1和进液口16的中心轴所在平面对称布置。所述进气口1的末端设有钝体2，所述钝体2位于两个共振管结构入口的中心位置。压缩气体从进气口1进入，通过钝体2实现分流，压缩气体分别进入两个共振管结构的入口导管2。在共振管结构中，入口导管3的直径大于或等于自由射流的激波单元结构长度，共振管结构中发生的共振模式为尖声模式，在入口导管3和出口导管5的间隔处产生了一个正激波,从而产生超声波，正激波的产生位置相对固定。由于激波的作用，使得气流在经过激波后速度下降至亚音速。所述出口导管5内部设有自适应喉部15，在自适应喉部15位置，先渐缩后渐扩形成一个拉瓦尔喷管。气流在自适应喉部15处实现了从亚音速向超音速的转变。超音速气流从出口导管5进入气液混合室13。如图4所示，所述进气口1的中心轴与进液口16的中心轴之间的夹角在70°-75°，使得液体在一定压强下能够较为均匀的压入超声波能量焦域，由于声波与热量间的相互转换，在较短时间内该区域会产生较高温度，使液体粘度系数进一步下降，达到更好的雾化效果。如图9所示，所述进液孔16设有多个供液孔，优选的，设有4个供液孔，便于液体更均匀滴进入气液混合室13，供液孔的直径优选为1mm-2mm，使得液体在一定压强下能够较为均匀的进入气液混合室。液体通过液泵加温加压，使得液体压力为0.4MPa-0.8MPa，温度为40℃-80℃，通过进液孔16进入气液混合室13，液体与共振管结构产生的超声波发生超声雾化，液体被高频震动的超声波撕碎完成一级雾化。如图5所示，所述气液混合室13内壁的端部设有半球型聚焦结构14，优选的，所述半球型聚焦结构14位于钝体2的一端。液体在经过一级雾化之后，根据聚焦超声原理半球型聚焦结构14能够充分将过剩超声波能量及声强汇聚到空间较小的焦域上，由于超声波与热量间的相互转换，在较短时间内该区域会产生较高温度，使液体粘度系数进一步下降，进行二级雾化，获得较小、较均匀粒径的雾滴。如图3和6所示，所述导流器7设有第一导流管和第二导流管，第一导流管和第二导流管为圆柱形细管通道；如图3和8所示，所述喷嘴装置9包括共振腔10、多个尖端通道8和喷嘴口。多个尖端通道8布置在共振腔10外围，使得共振腔10与喷嘴口连通。进一步的，尖端通道8为尖端通孔。还包括中心杆11，中心杆11的一端固定安装在导流器的中心位置，中心杆11的另一端位于共振腔10内。如图7所示，所述中心杆11为较小直径弹性极限较高材料制成的金属细棒，通过螺纹与导流器7精密连接。中心杆11作为激励器，共振腔10内高频率振动，更好地完成液滴雾化。气液混合室13中雾化后的液体与气体混合进入导流器7，通过导流器7的第一导流管和第二导流管后再次获得超音速，并且发出稳定激波。利用激波和共振腔10的共同作用，产生超声波，对气液混合中的液体进一步雾化，完成三级雾化，经过喷嘴装置9中的尖端通道8喷出，最终从喷嘴口喷出。所述共振腔10是圆柱形共振腔或圆锥形共振腔，当腔体深度相同时，圆锥形腔共振腔共振频率较高，且其高频峰值远远大于其低频峰值，且声频率随着锥度的增加。优选的，所述共振腔10为圆锥形共振腔；优选的，所述圆锥形共振腔的锥度为0.4-0.6、圆锥底部直径为2.2mm-3.0mm、深度为3.70mm-5.0mm。本发明中气液混合室13所在部件与导流器7之间、导流器7与喷嘴装置9之间都是采用可拆卸连接。优选的，气液混合室13所在部件与导流器7之间、导流器7与喷嘴装置9之间都是采用螺纹方式密封连接。根据液体雾化的要求，可以换成不同尺寸规格的部件进行安装。可以通过更换带有具有不同锥度、深度的共振腔的喷嘴装置，从而改变喷嘴装置所发生共振的固有频率，最终实现调节液体流量和液滴粒径大小的效果。一种多级超声波雾化喷射装置的具体工作过程如下：压缩空气经由进气口1以亚音速进入共振管结构，发生共振，产生超声波，气流由出口导管5的自适应喉部15加速达到超音速，进入气液混合室13。液体在经过液泵加温加压之后；进入气液混合室13，液体在气液混合室13被撕碎，完成一级雾化。气液混合室13的一端设有半球型聚焦结构14，半球型聚焦结构14将过剩超声波能量及声强汇聚到空间较小的焦域上，达到局部高温充分降低液体粘度系数，进行二级雾化，获得较小、较均匀粒径的雾滴。雾化后的液体与气体混合进入导流器7再次获得超音速，发出稳定激波。当激波下游存在共振腔10时，激波出现一定频率压力脉动，激波与共振腔的共同作用下产生超声波。气液混合中的液体进一步雾化，完成三级雾化，最终由共振腔10周围的尖端通道8喷出，最终从喷嘴口喷出。通过以上方式，该装置最终得到雾化粒径更均匀、更微小的雾滴。应当理解，虽然本发明按照各个实施例描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。上文所列出的一系列详细说明仅是针对本发明可行性实施例的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，包括进气口1、若干共振管结构、半球型聚焦结构14、气液混合室13、进液口16、导流器7和喷嘴装置9；所述共振管结构的一端与进气口1连接，另一端与气液混合室13连接；所述气液混合室13内设有半球型聚焦结构14；所述进液口16与气液混合室13连接；所述导流器7的一端与气液混合室13连接，另一端与喷嘴装置9的一端连接。2.根据权利要求1所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，所述共振管结构包括入口导管3、一级共振管4、二级共振管6和出口导管5；所述入口导管3的一端与进气口1的一端连接，入口导管3的另一端分别与一级共振管4、二级共振管6和出口导管5连接；所述出口导管5内部设有自适应喉部15。3.根据权利要求1所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，所述共振管结构的数量为两个；所述共振管结构沿进气口1和进液口16的中心轴所在平面对称布置。4.根据权利要求1所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，所述进气口1的一端设有钝体2，所述钝体2位于若干共振管结构入口的中心位置。5.根据权利要求1所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，所述喷嘴装置9包括共振腔10、多个尖端通道8和喷嘴口；多个尖端通道8布置在共振腔10外围，使得共振腔10与喷嘴口连通。6.根据权利要求5所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，还包括中心杆11；所述中心杆11的一端安装导流器7上，另一端位于共振腔10内。7.根据权利要求1所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，所述导流器7内设有若干导流管。8.根据权利要求1所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，所述进气口1的中心轴与进液口16的中心轴之间的夹角在70°-75°。9.根据权利要求1所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，所述进液口16设有多个供液孔。10.根据权利要求1所述的多级超声波雾化喷射装置，其特征在于，所述共振腔10为圆锥或圆柱形共振腔。

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