[發(fā)明專(zhuān)利]噴嘴和混合流體流的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680063344.4
• 申請(qǐng)日: 2016-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108348933B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·霍克西;P·J·斯特里科夫斯基;V·斯里尼瓦桑
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 明尼蘇達(dá)州大學(xué)董事會(huì)
• 主分類(lèi)號(hào): B05B1/34
• 分類(lèi)號(hào): B05B1/34;B05B1/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

一種噴嘴組件，包括內(nèi)管和外殼。內(nèi)管終止于出口端并且限定第一流動(dòng)通道。第一流動(dòng)通道在主流動(dòng)方向?qū)⒌谝涣黧w流引導(dǎo)至出口端。外殼包括管狀側(cè)壁和端壁。管狀側(cè)壁限定中心軸。端壁限定出口孔和內(nèi)部引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。出口端與出口孔軸向?qū)R。在內(nèi)管和外殼之間建立第二流動(dòng)通道。內(nèi)部引導(dǎo)結(jié)構(gòu)相對(duì)于出口端配置并布置成沿最初與主流動(dòng)方向相反的方向?qū)⒅辽僖徊糠值诙黧w流從第二流動(dòng)通道引導(dǎo)至出口端，以產(chǎn)生混合的流體流。

背景技術(shù)

噴嘴，如霧化器噴嘴，有時(shí)會(huì)用于霧化液體流。霧化的液體流(Atomized liquidflows)(例如，有時(shí)也稱(chēng)為霧化液體流(aerosolized liquid flows)，例如噴霧劑)包括散布在氣體(例如空氣)中的液體的液滴。例如，通過(guò)將氣體流引導(dǎo)入液體流來(lái)產(chǎn)生液滴從而將液體流霧化。在某些示例中，液態(tài)燃料可以被霧化以用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器、鍋爐等。在其他示例中，液體，例如油漆或其他涂料，可以被霧化用于噴涂應(yīng)用，例如油漆涂裝。液體農(nóng)藥、除草劑等等可以被霧化，例如用于噴灑。

作為另一示例，內(nèi)燃機(jī)在燃燒之前依靠液態(tài)燃料的快速霧化。一般而言，液體噴霧的霧化取決于其流體性質(zhì)、密度、粘度和表面張力以及由輸送裝置產(chǎn)生的慣力。常見(jiàn)的與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等一起使用的空氣輔助霧化器噴嘴結(jié)構(gòu)(例如，當(dāng)空氣沿著液體流離開(kāi)噴嘴噴射時(shí))非常適合于石油燃料的快速霧化。然而，空氣輔助霧化器噴嘴結(jié)構(gòu)不太能夠充分霧化一些替代燃料源，例如生物質(zhì)基純凈油(生物原油)等等，很大程度上歸因于生物原油成分的粘度顯著較高(與柴油和其他石油燃料的粘度相比)。例如，豆油在密度和表面張力方面與柴油類(lèi)似，豆油的粘度是柴油的25倍。由于這種高粘度和低可燃性，直植物油在壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)中引起操作和耐久性問(wèn)題已顯現(xiàn)出來(lái)。采用常規(guī)空氣輔助霧化器噴嘴結(jié)構(gòu)，這種增加的粘度的動(dòng)態(tài)效應(yīng)會(huì)有效減少?lài)娚淞麟x開(kāi)噴嘴時(shí)的雷諾數(shù)，從而抑制液體射流破裂并導(dǎo)致霧化水平不足。

美國(guó)專(zhuān)利No.8,201,351(Ganan Calvo)描述了一種替代的霧化噴嘴構(gòu)造，并且其稱(chēng)為分散流(Flow-blurring)霧化。通過(guò)在噴嘴的出口區(qū)域之內(nèi)和之外使霧化氣流分叉來(lái)形成分散流。據(jù)信高粘度燃料的分散流霧化是可能的。然而，分散流機(jī)制的開(kāi)始可能取決于噴嘴部件的特定幾何關(guān)系，并且可能無(wú)法提供選擇性改變霧化液體性質(zhì)的能力。

鑒于以上所述，需要能夠霧化高粘度液體的噴嘴，例如生物原油以及其他流體混合應(yīng)用(例如液體-氣體混合或系統(tǒng)，氣體-氣體系統(tǒng)或液體-液體系統(tǒng))。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一些方面描述了一種噴嘴組件。該組件包括內(nèi)管和外殼。內(nèi)管終止于出口端并且限定第一流動(dòng)通道。第一流動(dòng)通道通向出口端，用于沿主流動(dòng)方向?qū)⒌谝涣黧w流引導(dǎo)至出口端。外殼包括管狀側(cè)壁和端壁。管狀側(cè)壁限定中心軸；在一些實(shí)施例中，管狀側(cè)壁和內(nèi)管同軸布置并且共同限定中心軸。端壁限定出口孔和內(nèi)部第二流體流動(dòng)引導(dǎo)結(jié)構(gòu)；在一些實(shí)施例中，端壁設(shè)置了限定出口孔的中央定位開(kāi)口。內(nèi)管組裝到外殼，使得出口端軸向?qū)R出口孔(例如，內(nèi)管的一部分安裝在外殼內(nèi))。此外，內(nèi)管的一部分，包括出口端，徑向位于管狀側(cè)壁內(nèi)，從而在內(nèi)管和外殼之間建立第二流動(dòng)通道。內(nèi)部引導(dǎo)結(jié)構(gòu)相對(duì)于出口端配置并布置成沿最初與主流動(dòng)方向相反的方向?qū)⒅辽僖徊糠值诙黧w流從第二流動(dòng)通道引導(dǎo)至出口端，以產(chǎn)生流體混合流，例如霧化液體流。在一些實(shí)施例中，噴嘴組件配置為使得出口端和端壁之間的軸向距離是可調(diào)節(jié)的。在其他實(shí)施例中，內(nèi)部引導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括引導(dǎo)表面和引導(dǎo)柱。引導(dǎo)柱沿內(nèi)管的方向從引導(dǎo)表面突出，并且限定流體通向出口孔的內(nèi)腔；根據(jù)內(nèi)腔相對(duì)于內(nèi)管的第一流動(dòng)通道的空間關(guān)系，沿著引導(dǎo)柱將第二流體流朝向內(nèi)管的出口端引導(dǎo)。