[發明專利]氣體動力式超聲波多相混合器

有效

• 申請號: 201610453306.1
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN106139460B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 楊立軍;富慶飛;覃粒子;賈伯琦
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A62C5/00
• 分類號: A62C5/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 史霞

技術領域

本發明涉及氣液固多相混合器。更具體地說，本發明涉及一種氣體動力式超聲波多相混合器。

背景技術

超聲霧化在液體霧化領域有重要應用。當高速氣流從氣體噴嘴噴出時，會在共振腔中產生超聲波，超聲波作用于離心液膜和高速射流，會加速液膜和射流的破碎，同時超聲波的振蕩作用使氣液混合更為均勻。以往對超聲霧化的應用主要在噴嘴處的開放空間，對結構的緊湊性要求較高，用途上集中于燃燒、冶金、清洗等領域。

前人對哈特曼哨的應用主要集中在超聲霧化方面，其主要用于霧化領域，采用氣體動力式超聲波輔助霧化，直接形成噴霧。此結構是通過帶有中心桿的哈特曼哨產生超聲波，作用于分布于哈特曼哨周圍的幾個液體噴嘴所產生的射流或液膜，使液體在聲場的作用下能夠破裂為更為細小的液滴。此結構能夠產生霧化細度良好，霧滴直徑均勻的細水霧。但是，此結構形成噴霧需要兩套輸送管路——氣體管路和液體管路，然而在滅火領域，常采用長管輸送，此結構在長管輸送的弊端明顯——兩套獨立管路成本高、管網復雜。一般而言，基于管路排布、滅火效率和可靠性方面考慮，常采用單管輸送滅火介質，此單管可以攜帶霧狀流、泡狀流或純液體，因此，本發明提出了一種氣體動力超聲波氣液固多相混合器，從而在改善多相混合效果的同時可以精簡管路，滿足細水霧滅火中單管輸送的需要。

另外，現有技術中的超聲波混合器主要應用于工業生產領域，強調的是將固液、液液進行混合的一個系統，難以將氣液固三相進行混合，而且沒有限定其核心部件——混合器的結構，因此其對氣液混合效果的增強有限，而在滅火領域，霧狀流的形成過程中，氣液的均勻混合至關重要。因此，本發明提出能夠良好混合氣液固三相的霧化混合器，從而達到將氣液固三相進行混合，更兼顧了霧化混合的三個方面—氣固、液固以及氣液混合，從而達到提高滅火效果的目的。

此外有文獻提到用一部分壓力氣體使液體霧化成液霧，然后再用另外一部分壓力氣體引射液霧，比例摻混成氣液霧狀流，達到氣液霧化混合以及兩相同管輸送的目的。此方法可以產生顆粒直徑在5～100μm之間的氣液兩相霧狀流，但是需要使用大量的壓力氣體，以CO₂氣體為例，氣液質量比在8～0.2之間，而氣液體積比則高達4000～250。因此，本發明提出了應用氣體動力超聲波的多相混合方案，在不降低滅火細水霧粒度直徑的前提下，大大降低氣體使用量，使得單管輸送中多相滅火介質中的氣液質量比顯著降低，還可以實現氣液質量比遠低于一般霧狀流的泡狀流混合狀態，不僅實現氣液兩相的同管輸送，還能實現氣液固三相的混合同管輸送。

發明內容

本發明的一個目的是解決上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供一種氣體動力式超聲波多相混合器，通過氣動超聲波強化氣液固三相混合，形成可以單管輸送的均勻多相混合流，不僅可以輸出基于氣相連續的多相霧狀流，還能輸出基于液相連續的多相泡狀流，從而提高滅火效率和滅火能力。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種氣體動力式超聲波多相混合器，包括：

主體；

氣體引流腔，其設于所述主體的內部，所述氣體引流腔包括：

導流腔，其用于引導以水平方向通入的氣體進入后加速，所述導流腔連通到混合腔；

中心桿，其一端固定在所述導流腔內；以及

共振腔，其固定于所述中心桿的另一端，所述共振腔用于使通過所述導流腔的高速氣體與所述中心桿共振產生超聲波；

液體引流腔，其設于所述主體的內部，所述液體引流腔用于將垂直方向通入的液體經液體噴嘴破裂，其中，所述液體引流腔的液體或所述氣體引流腔的氣體中混入有固體粉末；

混合腔，其設于所述主體內部，所述混合腔的內部容納所述共振腔，其沿所述主體的水平方向設置，所述混合腔包括內腔和與所述內腔連通的混合腔出口，所述液體引流腔連通到所述內腔，所述混合腔出口沿所述主體的水平軸線設置，其輸出氣相連續的多相霧狀流或液相連續的多相泡狀流。

優選的是，所述固體粉末為表面活性劑或滅火添加劑，其體積分數為0.2％。

優選的是，所述中心桿的直徑為6mm，所述導流腔的出口的直徑為8～12mm，所述導流腔的出口與所述共振腔的水平距離為10～20mm，所述共振腔的直徑為8～12mm，所述共振腔的深度為6～12mm，所述共振腔與液體噴嘴的豎直距離為4～6mm。