用于过热液体的喷射喷嘴制造技术

本发明专利技术涉及一种允许以极细微液滴形式和极高速度喷射过热液体的装置，该装置包括一个喷嘴主体（１），之后有一个混合器头以及若干喷射器（１６），所述混合器头和喷射器通往一个扩散及速度获取喷嘴（５）。本发明专利技术还涉及设计成用于调整喷嘴出口截面的配件，这通过增加一个可以在扩散喷嘴（５）的轴线上滑动的成型芯部（１１）并允许根据其位置对喷嘴的出口截面进行调整，以保持喷射液滴的最大喷射速度。设计该装置主要是为了化学和能源工业的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种喷嘴，其设计用于以极细微的液滴形式和极高的速度喷射过热液体，这些液滴的平均尺寸可以小于5微米，其喷射速度可以大大超过音速，该喷嘴用于可能非常重要且可以在很宽范围内调整的液体流，这些结果的获得不需要借助于压缩气体或超声波；术语“过热液体”是指温度为To且压力Po大于与To对应的饱和蒸汽压Ps的液体，蒸汽压Ps本身大于该液体喷射进入的气体介质的压力。本专利技术还涉及设计用来在喷射液体的压力或温度发生改变时，或者当液体喷射进入的环境介质的压力改变时，调整喷嘴的出口截面以维持液滴以一个最大超音速喷射的配件(fittings)。该装置可用于需要通过液体喷射来对气体进行极快速冷却，因而涉及以极高的速度形成极细微液滴的工业设备。
技术介绍
在现有技术中，喷射喷嘴设计成通过形成液体射流来喷射未加热液体，该液体射流在离开喷嘴时由一个螺旋式构件或其它构件将其碎开，根据本专利技术的该装置不需要使用这样的构件，射流在液体过压的作用下自身爆裂开。另外，传统的喷嘴允许液体以很少超过音速的速度喷射，且喷射液滴的平均尺寸极少小于二十或五十微米；最佳的液滴尺寸和速度通过使用压缩气体辅助喷射，或者通过用于低流速喷嘴的超声波来获得；最后，这些喷嘴并未配置设计成当所喷射液体的压力或温度发生变化时，或者当液体喷射进入的环境介质的压力发生变化时调整出口截面以维持液滴的最大超音速的装置。
技术实现思路
根据本专利技术的装置可以对这些缺点进行补救，特别是在重要液体流必须以极细微液滴形式和极高速度进行喷射的情形，这时喷射液体的流动、压力和温度可以很大比例变化，且液体喷射进入的环境介质的压力也可以很大比例变化。因此，本专利技术的目的是一种根据下面描述规定的装置。本专利技术还涉及在变体中所描述的实施例的特征点和形式。具体实施例方式实施例1附图说明图1A所示的装置由一个固定在支座(0)上的允许供应过热液体的喷嘴主体(1)组成；所述喷嘴主体包括一个有过热液体在其中流通的管道(3)，管道(3)之后是一个混合器头和若干喷射器，过热液体在这里获得通向一个扩散膨胀及速度获取喷嘴(5)的速度；一旦过热液体进入该喷嘴，则液体射流在其自身蒸汽压作用下部分蒸发并立即爆裂开，从而形成细微液滴和蒸汽的混合物。扩散喷嘴(5)的母线(generator)在其与喷射器(4)的母线的交界处具有一个突变，即，一个拐角，并且其出口截面具有一定尺寸使得所述混合物以外部介质的压力P1从喷嘴喷出，而不会在扩散喷嘴(5)内形成压力波；因此混合物的喷射速度对应于最大喷射速度。在混合物沿扩散喷嘴(5)流动过程中由于流动加快而压力减小，使得混合物的温度降低，液体持续蒸发，并且蒸汽持续获得速度；在与蒸汽摩擦的作用下，液滴也获得速度，该过程一直持续到出口(6)，在这里混合物的压力P1与该液体喷射进入的环境介质的压力平衡。沿该装置的过热液体流的数学模拟表明，喷射器(4)的出口压力等于饱和蒸汽压力Ps；一旦其进入扩散喷嘴，则液体流被冷却并即刻达到沸点，并且在液体内蒸汽压力的作用下被分离成颗粒；所得颗粒的尺寸与这些分离力有关，分离力本身取决于液体的传导率、热交换和扩散系数，并且取决于扩散喷嘴(5)的母线在与喷射器(4)结合处的斜度；随着该斜度接近竖直，这些力变得更大，而所述颗粒尺寸变得更小。在一个针对预定应用场合而定尺寸的装置中，可以通过改变液体进入喷嘴时的压力Po和温度To而改变喷射液体流；理想情况是，当这对数值与扩散喷嘴(5)的出口截面对应时，可获得颗粒喷出该装置时的最高速度。为改进该装置的性能，扩散喷嘴(5)的母线在其与喷射器(4)结合处的斜度在极限情况下可以是垂直的，如图1A所示因而扩散喷嘴(5)在其与(4)结合处呈现一个平直部分；该平直部分产生一个高的压力变化，使得可以获得非常细小的细微液滴，并有利于喷嘴的加工。如果需要，扩散喷嘴可以部分地或者整体地与外部支座(0)成为一体，如图1B所示。作为一个实施方式的例子，如图1A的喷射喷嘴——其由一个长为20mm的不锈钢主体、9个直径为0.5mm的喷射器以及一个出口直径为8mm的扩散喷嘴组成——允许200k/h的过热水在60巴、270摄氏度的环境空气中以接近540m/s的喷射速度喷射，所喷射的颗粒尺寸接近5微米，而其温度等于100摄氏度；过热水输入流的几乎30％在喷出喷嘴时呈气态。变体2图2所示的装置通过使用一个环形喷射器(16)代替圆柱形喷射器(4)使得该喷射喷嘴的设计概念简化、其性能增加，并且便于其制造。根据本专利技术的该装置包括一个固定在一个支座(0)上的允许供应过热液体的喷嘴主体(1)；该喷嘴主体包括一个有过热液体在其中流通的管道(3)，之后是一个混合器头和一段我们称之为环形喷射器的环形通道(16)，过热液体在这里获得通向一个扩散膨胀及速度获取喷嘴(5)的速度；一旦过热液体进入该喷嘴，则液体射流在其自身蒸汽压作用下部分蒸发并即刻爆裂开，从而形成细微液滴和蒸汽的混合物。扩散喷嘴(5)的母线在其与环形喷射器(16)的母线的交界处具有一个突变，即，一个拐角，并且其出口截面具有一定尺寸使得所述混合物以外部介质的压力P1从喷嘴喷出，而不会在扩散喷嘴(5)内形成压力波；因此混合物的喷射速度对应于最大喷射速度。环形喷射器由位于空腔(16)——例如为圆柱形的——和一个喷射芯部(8)之间的自由空间组成；该喷射芯部固定到喷嘴主体上的方式可使待喷射液体在喷嘴内流通。作为一个非穷举性的例子，图2示出了一个圆柱形喷嘴(8)，其具有一个包括通道孔(10)的基部(9)，该基部本身固定到输入管道(3)。在混合物沿扩散喷嘴(5)流动过程中由于流动加快而压力减小，使得混合物的温度降低，液体持续蒸发，并且蒸汽持续获得速度；在与蒸汽摩擦的作用下，液滴也获得速度，该过程一直持续到出口，在这里混合物的压力P1与该液体喷射进入的环境介质的压力平衡。沿该装置的过热液体流的数学模拟表明，喷射器(16)的出口压力等于饱和蒸汽压力Ps；一旦其进入扩散喷嘴，则液体流被冷却并即刻达到沸点，并且在液体内蒸汽压力的作用下被分离成颗粒；所得颗粒的尺寸与这些分离力相关联，分离力本身取决于液体的传导率、热交换和扩散系数，并且取决于扩散喷嘴(5)的母线在与喷射器(4)结合处的斜度；随着该斜度趋于竖直，这些力变得更大，而所述颗粒尺寸变得更小。在一个针对预定应用场合而定尺寸的装置中，喷射液体流可以通过改变液体进入喷嘴时的压力Po和温度To而改变，理想情况是，当这对数值与扩散喷嘴(5)的出口截面对应时，可获得颗粒喷出该装置时的最高速度。为改进该装置的性能，扩散喷嘴(5)的母线在其与空腔(16)的母线的结合处的斜度可以处在相对于该空腔轴线垂直的极限，如图1A所示因而扩散喷嘴(5)在该处相对于喷射器(16)的出口有一个横截面的剧增；该横截面的剧增产生一个高的压力变化，使得可以获得非常细小的细微液滴；另外，其有利于喷嘴的加工。如果需要，扩散喷嘴可以部分地或者整体地与外部支座(0)成为一体，如图1B所示。作为一个实施方式的例子，如图2的喷射喷嘴——其由一个长为50mm的不锈钢主体、一个包括直径5mm的孔以及直径为4mm的喷射芯部的环形喷射器、以及一个出口直径为16mm的扩散喷嘴组成——可使800k/h的过热水在60巴、270摄氏度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设计用来以极细微液滴形式和极高速度喷射过热液体的装置，所述过热液体涉及一种温度为Ｔｏ、压力为Ｐｏ的液体，压力Ｐｏ大于与Ｔｏ对应的饱和蒸汽压Ｐｓ，蒸汽压Ｐｓ本身大于该液体喷射进入的气体介质的压力Ｐ１，其特征在于，所述装置包括一个固定在支座（０）上的允许供应过热液体的喷嘴主体（１），所述喷嘴主体包括一个过热液体在其中流通的管道（３），管道（３）之后是一个或多个混合器头以及一个或多个喷射器（４），过热液体在喷射器中获得通向一个扩散膨胀及速度获取喷嘴（５）的速度，在喷嘴（５）里的液体射流在液体和喷嘴环境介质之间压力差的作用下部分蒸发并即刻爆裂开，从而形成细微液滴和蒸汽的混合物，扩散喷嘴（５）的母线在其与喷射器（４）的母线的交界处具有一个突变，即，一个拐角，并且该喷嘴的出口截面具有一定尺寸使得所述混合物以外部介质的压力Ｐ１从喷嘴喷出，而不会在扩散喷嘴（５）内形成压力波，因此混合物的喷射速度对应于最大喷射速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫艾安，
申请(专利权)人：约瑟夫艾安，
类型：发明
国别省市：FR[法国]