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CN111905845A - 一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置 - Google Patents

一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置 Download PDF

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CN111905845A
CN111905845A CN202010555189.6A CN202010555189A CN111905845A CN 111905845 A CN111905845 A CN 111905845A CN 202010555189 A CN202010555189 A CN 202010555189A CN 111905845 A CN111905845 A CN 111905845A
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CN
China
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nozzle
nozzle sleeve
accelerating
acceleration
jet
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CN202010555189.6A
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English (en)
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谢永慧
杨斌
张荻
张哲源
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Xian Jiaotong University
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Xian Jiaotong University
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Publication date
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241—Drop counters; Drop formers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light

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Abstract

本发明公开了一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，包括气源段和液源段。气源段：气源筒焊接在加速喷嘴套筒侧曲面，加速喷嘴焊接套装在加速喷嘴套筒内；液源段：射流喷嘴套装在射流喷嘴套筒内。两段通过加速喷嘴套筒上端盖与射流喷嘴套筒端盖固定连接后组装，加速喷嘴套筒与射流喷嘴套筒共同组成一个密封气源室。装置运行时，高压气源经加速喷嘴套筒整流后进入加速喷嘴，高压液源经射流喷嘴呈柱状射流进入加速喷嘴，在高速气流的拖曳和剪切作用下撕裂成雾滴状，并加速到试验要求或产品需求的粒子速度。本发明在多个领域均有应用潜力，对推进叶片或叶片涂层抗冲蚀特性的研究、以及多领域实际技术产品的优化等具有十分重要的意义。

Description

一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置
技术领域
本发明属于工业设备技术领域，具体涉及一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置。
背景技术
随着我国工业技术的不断发展，许多领域的研究也在不断深入，不论是试验测量阶段，还是实际应用阶段，均对工业设备技术提出了新的要求。在模拟我国火力发电及核能发电主力汽轮机的叶片水蚀过程，以及风力涡轮的叶片雨蚀过程时，生成符合测试条件的、用于撞击叶片材料的高速液滴是十分关键的，因此一种适用的多粒径高速液滴生成装置对于研究叶片或叶片涂层的抗水蚀特性是必不可少的。而环保领域的一些实际应用场景，例如：某些用于治理粉尘的环保技术产品，其利用高速气流携带大量微米级水雾，将扬尘颗粒紧密包围，实现治理。其中，水雾正是水由超音速的空气切割成细小的液滴，再配合超声波产生器—谐振器进一步雾化，形成微米级水雾。因此，设计出结构简单、能持续稳定生成高速液滴的装置，对于此类环保技术产品的优化也具有十分重要的意义。此外，表面涂层领域的一些射流喷丸强化装置，以及材料领域的一些超音速气流粉碎装置等也有类似的需求。显然，这种通用的高速液滴生成装置在多个领域均有应用潜力，对推进叶片或叶片涂层抗冲蚀特性的研究、以及实际技术产品的优化等具有十分重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，目的是为了生成不同尺寸、浓度、速度条件的高速液滴，以满足多个领域在试验测量阶段及实际应用阶段对于工业设备技术的需求。这种通用液滴生成装置可应用于大功率汽轮机的叶片水蚀和风力涡轮的叶片雨蚀等涉及高速液固撞击过程的模拟。此外，还可应用于优化环保领域的一些环保技术产品、表面涂层领域的一些射流喷丸强化装置，以及材料领域的一些超音速气流粉碎装置等。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，包括气源段和液源段两部分；其中，气源段：气源筒焊接在加速喷嘴套筒的侧曲面，加速喷嘴套装在加速喷嘴套筒内，且加速喷嘴套筒两端盖分别与加速喷嘴焊接在一起；液源段：射流喷嘴套装在射流喷嘴套筒内；两部分通过加速喷嘴套筒上端盖与射流喷嘴套筒端盖固定连接后组装，加速喷嘴套筒与射流喷嘴套筒共同组成一个密封气源室；
液滴生成装置运行时，高压气源经加速喷嘴套筒整流后进入加速喷嘴，高压液源经射流喷嘴后也以柱状射流的形式进入加速喷嘴，在高速气流的拖曳和剪切作用下撕裂成雾滴状，并加速到试验要求或产品需求的粒子速度。
本发明进一步的改进在于，加速喷嘴套筒上端盖上，在靠近中心加速喷嘴附近，开设了对称分布的4个整流孔。
本发明进一步的改进在于，加速喷嘴的上端正对着射流喷嘴的下端，且加速喷嘴的上端开口处高于射流喷嘴的下端。
本发明进一步的改进在于，在具体试验或产品实际应用中，通过配合元件精确地控制各参数，以满足对液滴工质以及液滴的尺寸、浓度和速度的不同需求。
本发明进一步的改进在于，加速喷嘴套筒上端盖壁面外径与射流喷嘴套筒壁面内径贴合。
本发明进一步的改进在于，射流喷嘴可拆卸安装，即可进行更换以实现不同的液滴尺寸条件。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
1、本发明提供的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其主要作用部件包括气源段和液源段两部分，由于没有形状复杂的部件，结构简单，拆卸和组装很方便，便于清洗，经久耐用。
2、本发明提供的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，在加速喷嘴套筒的上端面靠近中心加速喷嘴附近，开设了对称分布的4个整流孔，实现了对高压主气流的整流作用，这样的设计有助于持续稳定地生成高速液滴，并且在整流后高速气源的充分作用下液滴十分均匀。
3、本发明提供的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，加速喷嘴的上端开口处要稍高于射流喷嘴的下端，这样的设计可以避免装置启动后液滴飞溅到加速喷嘴之外的射流喷嘴套筒或加速喷嘴套筒的壁面，出现液源损失，从而导致测量误差或出现壁面积垢，并且有助于持续稳定地生成高速液滴。
4、本发明提供的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，是一种通用的高速液滴生成装置，应用领域广。例如：可应用于大功率汽轮机的叶片水蚀和风力涡轮的叶片雨蚀等涉及高速液固撞击过程的模拟。此外，还可应用于优化环保领域的一些环保技术产品、表面涂层领域的一些射流喷丸强化装置，以及材料领域的一些超音速气流粉碎装置等。
5、本发明提供的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其适应性极高，在具体试验或产品实际应用中，可通过配合元件精确地控制各参数，以满足对液滴工质(如：水、油等)以及液滴的尺寸、浓度、速度等参数的不同需求。
附图说明
图1是本发明一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置气源段示意图，图1(a)是整体外形图，图1(b)是剖视图；
图2是本发明一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置液源段示意图，图2(a)整体外形图，图2(b)是剖视图；
图3是本发明一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置的组装剖视图；
图4是本发明一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置的原理图。
附图标记说明：
1-射流喷嘴；2-射流喷嘴套筒；3-加速喷嘴(拉法尔喷管)；4-加速喷嘴套筒；5-加速喷嘴套筒上端盖；6-整流孔；7-气源筒；8-螺栓；9-射流喷嘴套筒端盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明提供的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其主要作用部件包括气源段和液源段两部分。
参见图1所示的气源段整体外形图和剖视图，基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置气源段，主要包括加速喷嘴3、加速喷嘴套筒4以及气源筒7。其中，气源筒7已焊接在加速喷嘴套筒4的侧曲面，并实现了连通；而加速喷嘴3则被连通气源筒7的加速喷嘴套筒4包裹，且加速喷嘴套筒4的两端盖已分别与加速喷嘴3焊接在一起。这里需要指出的是，加速喷嘴套筒上端盖5上，在靠近中心加速喷嘴3附近，开设了对称分布的4个整流孔6，主要对高压气源起到整流的作用。参见图2所示的液源段整体外形图和剖视图，基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置液源段，主要包括射流喷嘴1以及射流喷嘴套筒2，射流喷嘴1被射流喷嘴套筒2包裹，且射流喷嘴1可拆卸安装，即可进行更换以实现不同的液滴尺寸条件。参见图3所示的组装剖视图，将气源段的加速喷嘴套筒上端盖5与液源段的射流喷嘴套筒端盖9通过螺栓8固定连接后，即可组装得到基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置。组装后加速喷嘴套筒4与射流喷嘴套筒2共同组成一个密封气源室，其中加速喷嘴3的上端正对着射流喷嘴1的下端，且加速喷嘴3的上端开口处要稍高于射流喷嘴1的下端，这是为了避免装置启动后液滴飞溅到加速喷嘴3之外的射流喷嘴套筒2或加速喷嘴套筒4的壁面，出现液源损失，从而导致测量误差或出现壁面积垢。此外，加速喷嘴套筒4上端壁面外径与射流喷嘴套筒2壁面内径贴合，这是为了更好的保证密封气源室的气密性。这里，整流孔6的设置以及加速喷嘴3与射流喷嘴1相对位置的设置，均有助于持续稳定地生成高速液滴，且在整流后高速气源的充分作用下液滴十分均匀。以上就是基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置的基本结构情况。
参见图4所示的原理图，在该液滴生成装置启动后，由气源筒7而来的高压主气流源流经加速喷嘴套筒4，在整流孔6处整流后进入加速喷嘴3，而高压液源经射流喷嘴1后也以柱状射流的形式进入加速喷嘴3，在高速气流的拖曳和剪切作用下撕裂成雾滴状，并加速到试验要求或产品需求的粒子速度。这里需要指出的是，在具体试验或产品实际应用中，往往对液滴工质(如：水、油等)以及液滴的尺寸、浓度、速度等参数有不同的需求，而通过配合元件可以精确地控制各参数。例如：改变高压液源实现不同工质需求；液滴尺寸由射流喷嘴1的孔径和气-液压差决定，并通过PIV系统测量；液滴浓度由高压液源的流量调节阀控制，并通过流量计测量；液滴速度由加速喷嘴3的气动参数调节，并通过PIV系统测量等，具体选择视具体需求而定，这里不做赘述。
根据上述对本发明一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置所涉及的各部件介绍，以及对该装置结构功能和工作原理的详细描述，即可实现生成不同尺寸、浓度、速度条件的高速液滴。

Claims (6)

1.一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其特征在于，包括气源段和液源段两部分；其中，
气源段：气源筒(7)焊接在加速喷嘴套筒(4)的侧曲面，加速喷嘴(3)套装在加速喷嘴套筒(4)内，且加速喷嘴套筒(4)两端盖分别与加速喷嘴(3)焊接在一起；液源段：射流喷嘴(1)套装在射流喷嘴套筒(2)内；两部分通过加速喷嘴套筒上端盖(5)与射流喷嘴套筒端盖(9)固定连接后组装，加速喷嘴套筒(4)与射流喷嘴套筒(2)共同组成一个密封气源室；
液滴生成装置运行时，高压气源经加速喷嘴套筒(4)整流后进入加速喷嘴(3)，高压液源经射流喷嘴(1)后也以柱状射流的形式进入加速喷嘴(3)，在高速气流的拖曳和剪切作用下撕裂成雾滴状，并加速到试验要求或产品需求的粒子速度。
2.根据权利要求1所述的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其特征在于，加速喷嘴套筒上端盖(5)上，在靠近中心加速喷嘴(3)附近，开设了对称分布的4个整流孔(6)。
3.根据权利要求1所述的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其特征在于，加速喷嘴(3)的上端正对着射流喷嘴(1)的下端，且加速喷嘴(3)的上端开口处高于射流喷嘴(1)的下端。
4.根据权利要求1所述的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其特征在于，在具体试验或产品实际应用中，通过配合元件精确地控制各参数，以满足对液滴工质以及液滴的尺寸、浓度和速度的不同需求。
5.根据权利要求1所述的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其特征在于，加速喷嘴套筒上端盖(5)壁面外径与射流喷嘴套筒(2)壁面内径贴合。
6.根据权利要求1所述的一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置，其特征在于，射流喷嘴(1)可拆卸安装，即可进行更换以实现不同的液滴尺寸条件。
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