CN2127976Y - 两相流气泡雾化喷嘴 - Google Patents

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孟祥泰
吴道洪
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Beihang University
Beijing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本实用新型提供一种两相流气泡雾化喷嘴。该 喷嘴由内外两层壳体形成气液分开的通道，在通道末 端，气体通过气泡发生器进入液体流中形成无数个气 泡，具有气泡的两相流在先收缩后扩张的喷管中加速 膨胀进行雾化。本实用新型适用于水、煤油、水煤浆、 重油等燃料，燃料粘度可在80°E以上。

Description

目前在工业锅炉、各种窑炉、加热炉及其它燃烧设备中大量采用重油、水煤桨等作为燃料。这种燃料价格低，但粘度及表面张力很大，且蒸发性能也差。特别是我国产的重油，由于含腊高，粘度更大，在常温下不流动，加热到80℃时粘度为40～60°E，加热到100℃时粘度为10～25°E以上。在使用这种重油为燃料时如不能很好地雾化，会出现燃烧不完全，烧蚀炉壁和加热的另件及污染大气等严重问题。
现在应用较广的重油喷咀一般是采用内混式结构。在这种喷咀中燃油和空气在喷咀内部适当位置上进行混合形成氯液两相流，流出喷后达到雾化的目的。这类喷咀的最新结构要算我国实用新型专利902058X所提供的新型临界压力燃油喷咀了，它是在英国Laidlaw Drew（简称L·D）公司设计的最先进的薄膜雾化原理喷咀基础上进行改造而成的。它的特征是燃油和空气在喷咀的混合腔内分别形成两个锥度相反的锥体流动膜而且相交，进行混合，它把原来的L·D喷咀对燃油的适应粘度从不大于3.8°E提高到不大于20°E。但对于粘度大于20°E的燃油还不能适应，在工作过程中易堵塞，另外现有的喷咀要求的气液比都较大，一般喷咀重油的气液比都在0.5左右。
本实用新型的目的是提供一种适应高粘度、又不易堵塞的喷咀。
本实用新型的特点是燃油在较大的通道中流动，在适当的位置将高压空气射入燃油中形成液体与气泡混合两相流动，由于在流动过程中气压不断地下降，气泡随之变大，在喷咀的出口处气泡成***性膨胀，击碎燃油，达到雾化的目的。
本实用新型提供的两相流气泡雾化喷咀，创新地采用气泡液体两相流理论。根据这种理论，当两相气泡流动时，如果气压较高（0.3bra以上），这种两相流高速膨胀，气泡会***液体，达到雾化的目的。
图一为中心通气的基本型两相流气泡雾化喷咀。1为气泡发生器，它是一个圆柱体，在筒底有直径为1.3毫米左右的20个以上的小孔按一定规则均匀分布。2为两相流喷管，它是在圆筒的右端加接收缩扩张喷管，在它与气泡发生器之间形成一供燃油流动的通道。3为定位板，它是一个环状件，在环面上沿周向均匀分布许多孔，它装在气泡发生器1与两相流喷管2之间，以便使燃油通道均匀，定位板环面上的孔使燃油通过用。
在工作过程中，气体由气泡发生器经过端底的小孔喷出，燃油经过气泡发生器与两相流喷管2之间的环形通道及定位板的孔流入两相流喷管的收缩段通道的腔内，在此由气泡发生器喷出的气体，在燃油中形成很多细小的气泡形成液体与气泡混合的两相流，气液两相流在收缩段加速，在喉部达到音速，再经过扩张段加速达到超音速，高速喷出的两相流体，在喷管处再膨胀气泡破碎达到高质量的雾状体。该结构的环形通道末端的间隙为1.2～2毫米，喷管收缩段的收含角为30°左右，喉部直径为3～6毫米。
图二为中心通液型两相流气泡雾化喷咀。其中1为两相流喷管，结构和图1所示的两相流喷管相近。2为气泡发生器，它是一直管件在右端部形成锥面，靠在两相流喷管的收缩段锥面上，在锥段的左边的园柱壁面上设有20多个直径为1.3mm小孔。
在工作过程中液体（燃油）由中心管注入，气体由外环形空腔再经小孔注入到燃油中，气液混合形成气泡两相流。再在流动过程中加速，降压直到排出达到雾化的目的。
图三为中心通液型两相流气泡雾化喷咀的另一结构示意图。其中1为喷管。2为外套。3为定位板。外套和喷管由头部锥面紧配合而密封定位，该结构特点是在喷管1的柱面上有小孔外锥面还分布有小孔，其直径为1.3mm左右。
图四是一种有二次雾化气流的两相流气泡雾化喷咀。其中1为两相流喷管，2为外套，3为定位板。其特点是空气通过喷管壁上的小孔，和锥面上的孔注入燃油中外还有一股通过两相流喷管与外套端部的环形的音速或超音速二次气流冲击由喷管排出的两相流，使之进一步雾化。在两相流喷管与外套端部间隙是一个等截面通道时，也就是δ1＝δ2＝1～3mm时，二次气流为音速，在δ1＞δ2，δ1＝1.5～3mm，δ2＝0.5～2.5时，二次气流为超音速流
本实用新型的实旋是对图一到图四的四种结构制造了实验件，实验证明，在气液比为0.1左右时能够很好地雾化水、煤油，10°E的重油、80°E以上的重油，喷咀出口120mm处，SUD（索太尔平均直径）就可达到40uu以下。且粘度、表面张力对雾化影响很小。这样就可以节约高压气量50％以上，降低加热重油的温度20℃左右，进一步解决加热器结焦，供油管道气阴等一系列问题。
由于该喷咀无细小通道，所以不易堵塞，并且磨损后对雾化质量影响不大，同时也解决了化学裂解中小气液比雾化问题。是雾化重油、水煤桨等燃料的理想喷咀。

Claims (4)

1、两相流雾化喷咀一般是同两相分别注入的通道、混合腔、喷口组成，其特征在于喷口可以是先收缩后扩张的超音速喷管，也可以是无扩张段喷管，并设有气泡发生器。
2、如权利要求1所述两相流气泡雾化喷胡，其特征在于气泡发生器是在喷咀的中央，气孔是在端面的直径为1.3毫米左右。
3、如权利要求1所述两相流气泡雾化喷咀，其特征在于中心通道可以为燃油也可以为空气，气体是通过中心通道壁面上小孔进入的。
4、如权利要求3所述的两相流气泡雾化喷咀，其特征在于，气泡发生器的小孔可以是和中心轴垂直的，也可以是在喷管的收缩段上各壁面垂直的，另外气体亦可以有一部分经过外套与喷管之间环形间隙流出增加外面雾化，其环形间隙可以是等截面圆筒形，也可以扩张形的。
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