帶聚焦的液體動力超聲波多相混合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，包括：混合腔，其具至少一個氣體噴嘴和液體噴嘴，所述氣體噴嘴和液體噴嘴分別向混合腔內(nèi)提供高壓氣體工質(zhì)和高壓液體工質(zhì)；簧片，其一端固定在所述混合腔內(nèi)，所述簧片的另一端正對所述液體噴嘴的出口；聚焦片，其反射面朝向所述簧片。首先利用高速射流撞擊簧片產(chǎn)生超聲波，之后超聲波會在聲波凹面鏡進行反射并聚焦，產(chǎn)生方向性良好以及能量更加巨大的超聲波，協(xié)同氣動力，使得產(chǎn)生便于霧化的泡狀流。聚焦后的超聲波大大提高其聲振和空化作用，使得在較低的壓力下，達到相同效果的混合流，因此降低霧化工程要求，提高能量利用率，節(jié)約成本。
【專利說明】
帶聚焦的液體動力超聲波多相混合器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種多相混合器。更具體地說，本發(fā)明涉及一種帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器。
【背景技術】
[0002]目前，國內(nèi)學者對于霧化機理以及霧化裝置的研究非常廣泛，并利用不同的霧化模型研制出不同的霧化混合裝置，將其應用到航天、航空、冶金、噴涂、石油開采等領域，尤其在細水霧滅火方面應用廣泛，而細水霧的霧化顆粒細度與均勻度直接決定滅火效果。
[0003]但是，對于混合器的研究集中于氣液兩相方面，目前有一種用于滅火的霧狀流產(chǎn)生輸送方法，可以產(chǎn)生粒徑為5?ΙΟΟμπι氣液兩相流，但是需要大量的液體，并且需要的氣液質(zhì)量比在8?0.2之間，而體積比高達4000?250，因此，急需引入一種混合器，可混合氣、固、液三相，可以降低液體的用量，并減少耗散，改善混合效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明還有一個目的是提供一種帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其能減少超聲耗散，有效地增強了霧化混合效果。
[0006]為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，包括:
[0007]混合腔，其具至少一個氣體噴嘴和液體噴嘴，所述氣體噴嘴和液體噴嘴分別向混合腔內(nèi)提供高壓氣體工質(zhì)和高壓液體工質(zhì)；
[0008]簧片，其一端固定在所述混合腔內(nèi)，所述簧片的另一端正對所述液體噴嘴的出口；
[0009]聚焦片，其反射面朝向所述簧片。
[0010]優(yōu)選的是，所述聚焦片為反射面為為球面的聲波反射鏡，并且所述聚焦片的焦點位于所述簧片下表面。
[0011]優(yōu)選的是，所述氣體噴嘴的出口指向所述簧片的自由端，并且所述氣體噴嘴的噴射方向與所述簧片呈50?55度角。
[0012]優(yōu)選的是，所述高壓氣體工質(zhì)和所述高壓液體工質(zhì)均中摻有直徑為10-200微米固體顆粒。
[0013]優(yōu)選的是，所述混合腔為環(huán)狀腔體，所述混合腔的內(nèi)側(cè)壁上設有多個氣體噴嘴和多個液體噴嘴，所述多個氣體噴嘴和所述多個液體噴嘴上下一一對應，所述混合腔上還形成有高壓氣體通道和高壓液體通道，并且分別向所述多個氣體噴嘴和所述多個液體噴嘴供應高壓氣體工質(zhì)和高壓液體工質(zhì)。
[0014]優(yōu)選的是，所述高壓氣體通道由第一氣體通道和與第一氣體通道一體式銜接的第二氣體通道構成，所述第一氣體通道直接與所述多個氣體噴嘴連通，所述第一氣體通道的內(nèi)徑小于所述第二氣體通道的內(nèi)徑;所述高壓液體通道由第一液體通道和與第一液體通道一體式銜接的第二液體通道構成，所述第一液體通道直接與所述多個液體噴嘴連通，所述第一液體通道的內(nèi)徑小于所述第二液體通道的內(nèi)徑。
[0015]優(yōu)選的是，所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，還包括:混合物出口，其設置在所述混合腔的外側(cè)壁上。
[0016]優(yōu)選的是，所述環(huán)狀腔體由上蓋和下蓋可拆卸的扣合形成，所述上蓋和下蓋的連接處還設置有密封圈。
[0017]優(yōu)選的是，所述高壓氣體工質(zhì)的壓力0.5?IMPa，所述高壓液體工質(zhì)的壓力2?8MPa0
[0018]優(yōu)選的是，所述簧片的厚度為2mm，所述簧片的長度為6mm，所述簧片產(chǎn)生的超聲波頻率 1.5kHz ?2.0kHz。
[0019]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0020]1、本發(fā)明的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器的多個簧片水平間隔固設在所述上蓋的內(nèi)壁，高速射流從液體噴嘴噴出，使得簧片震動，當簧片與高速射流發(fā)生共振時，產(chǎn)生高聲強超聲波，高聲強超聲波對射流表面的壓力作用和對液體內(nèi)部的空化作用，以及高速氣流的氣體動力作用(摩擦和剪切作用)，增強了霧化混合腔中液體霧化細度和氣液混合均勻度，并提高噴嘴處的霧化細度，并且任一簧片的尖端均與液體噴嘴的出液端相對，能夠使簧片與液體噴嘴更易形成共振進而產(chǎn)生高強超聲波。
[0021]2、本發(fā)明的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器通過引入凹面聲波反射鏡式聚焦結構，使得超聲波的損耗減少，更多的聲能存留于混合器中，較大幅度地改善了液體霧化效果，降低了霧化液滴粒徑以及改善了其均勻度。
[0022]3、本發(fā)明所述氣體噴嘴通道的傾斜角均設置為使氣體朝向其中一個所述簧片方向呈50?55度角噴射，以使高速氣流在氣體動力作用(摩擦和剪切作用)能與液體更好的接觸混合，加速了各種物料之間互相滲透的能力。
[0023]4、本發(fā)明所述高壓氣體工質(zhì)和所述高壓液體工質(zhì)均中摻有直徑為10-200微米固體顆粒，實現(xiàn)了氣液、固液的三相混合。
[0024]5、本發(fā)明所設置的高壓氣體通道和高壓液體通道內(nèi)徑均是逐級減少的，以使氣體和液體分別以收斂的形式通過所述氣體通道和液體通道，提高氣體和液體的射流強度，進而可提高超聲波聲強和物料混合強度。
[0025]本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的整體剖面圖的結構示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明所述聚焦片剖面圖的結構示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明所述下蓋剖面圖的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0030]應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
[0031]如圖1、2所示，本發(fā)明提供一種帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，包括:
[0032]混合腔I，其具至少一個氣體噴嘴2和液體噴嘴3，所述氣體噴嘴2和液體噴嘴3分別向混合腔內(nèi)提供高壓氣體工質(zhì)和高壓液體工質(zhì)，簧片4，其一端固定在所述混合腔I內(nèi)，所述簧片4的另一端正對所述液體噴嘴3的出口；聚焦片5，其反射面朝向所述簧片4。
[0033]在這種技術方案中，使用過程中簧片式液體動力超聲波氣、液和固多相混合器利用其外部的動力栗，使得液體受到一定壓力自下而上形成高速射流通過周向均勻分布液體噴嘴3噴出，噴出的液體與位于氣體噴嘴2前端的簧片4相撞，并產(chǎn)生具有一定頻率的振動，當液體的振動頻率與簧片4的固有頻率一致時，簧片4與液體發(fā)生共振，從而形成高強度的超聲波，強度可以達到140?180分貝，進而對射流表面產(chǎn)生壓力作用，進入混合腔I，氣體自上而下由氣體噴嘴2朝向簧片4方向噴射，高速氣流形成氣體動力作用(摩擦和剪切作用)，在氣體與液體尚未相遇之前，使氣體充分地擴散膨脹到混合腔I的壁面，以增加其與水流的碰撞接觸面。氣體和水相遇后，水被高速氣流沖散，形成中空的水膜，沿著混合腔I壁面流動，同時將碰撞后形成的小水滴帶走。霧化氣體和水膜分界面上的相對速度所產(chǎn)生的摩擦力，使水膜表面形成波紋，波峰則被氣體流撕碎成細小的水滴，水膜表面不斷撕裂和形成細小水滴，并不斷被氣體帶走，混合腔I壁面上的水膜就不斷變薄，當水膜離開混合孔后噴出后，水膜失去了壁的依靠，又加上氣體流的紊流擾動，水膜變成波浪形，并發(fā)生水膜破裂現(xiàn)象，進而形成穩(wěn)定的霧狀流，從而提高液體霧化度和氣液混合均勻度，并提高噴嘴處的霧化細度，從而改善了物料混合效果。并且，在氣體和液體混合過程中，液體產(chǎn)生的超聲波作用產(chǎn)生空化氣泡，氣泡破裂的高壓使液體撕裂，同時壓力的振蕩使液體、固體顆粒更均勻得擴散至氣體中，形成穩(wěn)定的霧狀流或者泡狀流，并且能夠在一定程度上防止液滴、氣泡的聚合，從而得到更持久均勻的混合流。由于本發(fā)明引入了聚焦片，聚焦片使得聲波反射至簧片附近，從而增強的簧片附近的聲壓，即增大了簧片附近壓力振蕩的強度，從而增加了混合速率和混合均勻度。
[0034]在另一種實例中，如圖1、2所示，所述聚焦片5為反射面為為球面的聲波反射鏡，并且所述聚焦片5的焦點位于所述簧片4下表面，在這里，所述聚焦片5可將聚集的超聲波準確的返回到噴來的氣體工質(zhì)和液體工質(zhì)的主要混合處。
[0035]在另一種實例中，如圖1所示，所述氣體噴嘴2的出口指向所述簧片4的自由端，并且所述氣體噴嘴2的噴射方向與所述簧片4呈50?55度角，在這里，可使高速氣流在氣體動力作用(摩擦和剪切作用)能與液體更好的接觸混合，加速了各種物料之間互相滲透的能力。
[0036]在另一種實例中，如圖1所示，所述高壓氣體工質(zhì)和所述高壓液體工質(zhì)均中摻有直徑為10-200微米固體顆粒，在這里，實現(xiàn)了氣液、固液三相的高效混合。
[0037]在另一種實例中，如圖1所示，所述混合腔I為環(huán)狀腔體，所述混合腔I的內(nèi)側(cè)壁上設有多個氣體噴嘴2和多個液體噴嘴3，所述多個氣體噴嘴3和所述多個液體噴嘴2上下一一對應，所述混合腔上還形成有高壓氣體通道6和高壓液體通道7，并且分別向所述多個氣體噴嘴2和所述多個液體噴嘴3供應高壓氣體工質(zhì)和高壓液體工質(zhì)。
[0038]所述高壓氣體通道6由第一氣體通道和與第一氣體通道一體式銜接的第二氣體通道構成，所述第一氣體通道直接與所述多個氣體噴嘴連通，所述第一氣體通道的內(nèi)徑小于所述第二氣體通道的內(nèi)徑;所述高壓液體通道7由第一液體通道和與第一液體通道一體式銜接的第二液體通道構成，所述第一液體通道直接與所述多個液體噴嘴連通，所述第一液體通道的內(nèi)徑小于所述第二液體通道的內(nèi)徑，在這里，本發(fā)明所設置的高壓氣體通到6和高壓液體通道7為高壓氣體和高壓液體提供入口通道，并且內(nèi)徑均是逐級減少的，以使氣體和液體分別以收斂的形式通過所述氣體通道和液體通道，提高氣體和液體的射流強度，進而可提高超聲波聲強和物料混合強度。
[0039]在另一種實例中，如圖1所示，所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，還包括:混合物出口 8，其設置在所述混合腔I的外側(cè)壁上，在這里，混合物出口 8提供物料混合后的出口。
[0040]在另一種實例中，如圖1、3所示，所述環(huán)狀腔體由上蓋9和下蓋10可拆卸的扣合形成，所述上蓋9和下蓋10的連接處還設置有密封圈，在這里，本發(fā)明在上蓋9和下蓋10扣合形成混合腔1，并且上蓋9和下蓋10結合處設置密封圈密封，并通過螺紋螺釘螺合，結合扣合和螺合兩種封閉方式使上下蓋更牢固。
[0041]在另一種實例中，如圖1所示，所述高壓氣體工質(zhì)的壓力0.5?IMPa，所述高壓液體工質(zhì)的壓力2?8MPa，所述簧片4的厚度為2mm，長度為6mm，所述簧片4產(chǎn)生的超聲波頻率1.5kHz?2.0kHz，在這里，本發(fā)明采用高壓液體射流，保證液體射流撞擊簧片4所產(chǎn)生的頻率和簧片4本身頻率相等，從而產(chǎn)生1.5kHz?2.0kHz的超聲波。
[0042]這里說明的設備數(shù)量和處理規(guī)模是用來簡化本發(fā)明的說明的。對本發(fā)明的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器的應用、修改和變化對本領域的技術人員來說是顯而易見的。
[0043]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于引入聚焦片，因此具有強化混合效果。
[0044]盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權項】
1.一種帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，包括: 混合腔，其具至少一個氣體噴嘴和液體噴嘴，所述氣體噴嘴和液體噴嘴分別向混合腔內(nèi)提供高壓氣體工質(zhì)和高壓液體工質(zhì)； 簧片，其一端固定在所述混合腔內(nèi)，所述簧片的另一端正對所述液體噴嘴的出口； 聚焦片，其反射面朝向所述簧片。2.如權利要求1所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，所述聚焦片為反射面為為球面的聲波反射鏡，其材料為304不銹鋼，所述聚焦片的焦點位于所述簧片下表面，所述聚焦片球心角為90度至110度，其外半徑長度-內(nèi)半徑長度為30?35mm，并且所述聚焦片厚度為8?12mm。3.如權利要求1所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，所述氣體噴嘴的出口指向所述簧片的自由端，并且所述氣體噴嘴的噴射方向與所述簧片呈50?55度角。4.如權利要求1所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，所述高壓氣體工質(zhì)和所述高壓液體工質(zhì)均中摻有直徑為10-200微米固體顆粒。5.如權利要求1所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，所述混合腔為環(huán)狀腔體，所述混合腔的內(nèi)側(cè)壁上設有多個氣體噴嘴和多個液體噴嘴，所述多個氣體噴嘴和所述多個液體噴嘴上下一一對應，所述混合腔上還形成有高壓氣體通道和高壓液體通道，并且分別向所述多個氣體噴嘴和所述多個液體噴嘴供應高壓氣體工質(zhì)和高壓液體工質(zhì)。6.如權利要求5所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，所述高壓氣體通道由第一氣體通道和與第一氣體通道一體式銜接的第二氣體通道構成，所述第一氣體通道直接與所述多個氣體噴嘴連通，所述第一氣體通道的內(nèi)徑小于所述第二氣體通道的內(nèi)徑;所述高壓液體通道由第一液體通道和與第一液體通道一體式銜接的第二液體通道構成，所述第一液體通道直接與所述多個液體噴嘴連通，所述第一液體通道的內(nèi)徑小于所述第二液體通道的內(nèi)徑。7.如權利要求1所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，還包括:混合物出口，其設置在所述混合腔的外側(cè)壁上。8.如權利要求5所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，所述環(huán)狀腔體由上蓋和下蓋可拆卸的扣合形成，所述上蓋和下蓋的連接處還設置有密封圈。9.如權利要求1-8任一所述的帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，所述高壓氣體工質(zhì)的壓力0.5?IMPa，所述高壓液體工質(zhì)的壓力2?8MPa。10.根據(jù)權利要求1-8任一所述的一種帶聚焦的液體動力超聲波氣液固液多相混合器，其特征在于，所述簧片的厚度為2mm，所述簧片的長度為6mm，所述簧片產(chǎn)生的超聲波頻率.1.5kHz?2.0kHz。
【文檔編號】B01F13/10GK106040078SQ201610453310
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】楊立軍, 覃粒子, 賈伯琦, 崔孝
【申請人】北京航空航天大學