一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴及其系统转让专利
申请号 : CN202110053700.7
文献号 : CN112892898B
文献日 : 2021-11-23
发明人 : 霍元平 , 马登辉 , 张聪 , 王军锋
申请人 : 江苏大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴,其特征在于,包括喷嘴主体(2),喷嘴主体(2)为圆柱体结构,圆柱体结构内部沿轴向设有圆柱形的注液腔(1);在喷嘴主体(2)出口侧的环形端面上阵列布置若干个相同的发射尖锥(3),在安装发射尖锥(3)的注液腔(1)出口处设置亲水附着面(4);
发射尖锥(3)为四棱锥体,发射尖锥(3)由尖锥外壁面(5)、导流曲面(7)和两个三角侧壁面构成,导流曲面(7)的底边与喷嘴主体(2)的环形端面的内边沿连接;尖锥外壁面(5)的底边与喷嘴主体(2)的环形端面的外边沿连接;两个三角侧壁面的侧边分别连接导流曲面(7)的侧边与尖锥外壁面(5)的侧边;相邻两个发射尖锥(3)的三角侧壁面的底边相连接;由尖锥外壁面(5)、导流曲面(7)和两个三角侧壁面的顶端构成尖锥角(6);通过调节导流曲面(7)与亲水附着面(4)之间的倾斜夹角θ 改变射流(8)的喷射角度。
2.根据权利要求1所述的一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴,其特征在于,亲水附着面(4)为亲水多孔介质结构,注液腔(1)内的待雾化液体自亲水附着面(4)流向发射尖锥(3)。
3.根据权利要求1所述的一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴,其特征在于,通过调节发射尖锥(3)的个数进而调控射流(8)的数量。
4.根据权利要求1所述的一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴,其特征在于,喷嘴主体(2)的外径是内径的2倍以上。
5.根据权利要求1所述的一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴,其特征在于,喷嘴主体(2)和发射尖锥(3)均采用导体材料。
6.一种应用如权利要求1所述可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴的静电雾化系统,其特征在于,包括喷嘴主体(2),喷嘴主体(2)的注液腔(1)通过输液管(16)连接注射泵,由注射泵向喷嘴主体(2)内泵入待雾化液体;喷嘴主体(2)与高压发生器(12)相连,使得喷嘴主体(2)带电,由于尖锥角(6)处电荷密度集中,因此在每个发射尖锥(3)上产生射流(8)。
7.根据权利要求6所述的一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴的静电雾化系统,其特征在于,高压发生器(12)的高压输出端通过导线与喷嘴主体(2)连接,高压发生器(12)的接地端通过导线连接地极(14)。
8.根据权利要求6所述的一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴的静电雾化系统,其特征在于,在喷嘴主体(2)的正上方设有收集电极(15),收集电极(15)与喷嘴主体(2)之间高度为10‑80mm,收集电极(15)由导体制成。
说明书 :
一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴及其系统
技术领域
背景技术
流体物性的不同,荷电雾化可产生不同的演变模式,如滴状模式,脉动模式、锥射流模式、多
股射流模式。由于锥射流模式下雾化过程相对稳定且产生的液滴单分散性良好,所以通常
在锥射流模式下获得微米或纳米量级液滴。近些年来静电雾化由于独特的应用价值被广泛
的应用在诸多场合,如静电沉积、质谱分析、食品和药物加工、喷雾冷却、燃料喷雾燃烧等方
面。
以看作是喷嘴出口处多个单锥射流组合雾化以提高雾化流量,传统一般采用平口毛细管喷
嘴在较高的荷电电压下达到此模式,但平口喷嘴下多股射流的单股射流会发生剧烈的摆
动,不断的发生空间位置上的转移,难以保持稳定,影响雾化液滴的单分散性,同时雾化电
压过高容易发生电晕放电,长时间的稳定运行得不到保证。因此,上述提高雾化流量方法的
局限性使得静电雾化技术难以获得多领域大规模的推广应用。
射流。此发明无法调节射流的喷射角度,雾化区域单一,最重要是在大流量和大管径雾化过
程中未采取相关的优化措施,极易出现弯液面波动影响多股射流稳定性的现象,只能在小
流量下单一喷射角度雾化,极大的降低了静电雾化的实际应用效能。
发明内容
上,产生可控射流数量和喷射角度的稳定多股射流,大大增加雾化流量同时获得单分散性
良好、射流区域可调的微细液滴。
嘴主体出口侧的环形端面上阵列布置若干个相同的发射尖锥,在安装发射尖锥的注液腔出
口处设置亲水附着面。
主体的环形端面的外边沿连接;两个三角侧壁面的侧边分别连接导流曲面的侧边与尖锥外
壁面的侧边,相邻两个发射尖锥的三角侧壁面的底边相连接;由尖锥外壁面、导流曲面和两
个三角侧壁面的顶端构成尖锥角。
发生器相连,使得喷嘴主体带电,由于尖锥角处电荷密度集中,因此在每个发射尖锥上产生
射流。
成多股射流。同时通过改变导流曲面与亲水附着面的倾斜夹角θ的大小,使液体沿着不同方
向雾化喷出,所以通过改变发射尖锥的数量和导流曲面的倾斜夹角θ,即可进行射流数量调
整和喷射方向改变,最终实现雾化区域的精确控制。
失衡,破坏了雾化的稳定,而本申请可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴在实际运行
中,喷嘴倒置设计使待雾化液体溢出并贴附在管壁外侧的液滴受重力沿着喷嘴外壁缓慢滑
落,有效抑制了液滴突然落入弯液面造成的液面波动和射流的不稳定性。
置转移和射流间隙喷射,而本申请可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴,一方面底部
添加了亲水附着面,在不阻碍雾化液体通过的同时,提升了喷嘴末端对弯液面的吸附能力,
另一方面喷嘴倒置设计使得弯液面处液体的重力变为收缩扁平的动力,抑制了液面的轴向
扰动,使大液锥更容易收缩扁平形成液膜,增强了多股射流的稳定性。
本;在稳定多股射流下每股射流产生液滴尺寸小于相同流量下锥射流尺寸数倍,减小了雾
化液滴的粒径,提升了雾化质量。
附图说明
线,14、地极,15、收集电极,16、输液管;
具体实施方式
用于限定本发明。
注液腔1贯穿整个喷嘴主体2;喷嘴主体2的外径是内径的2倍以上。在喷嘴主体2出口侧的环
形端面上阵列布置若干个相同的发射尖锥3。在安装发射尖锥3端的注液腔1出口侧设置亲
水附着面4。亲水附着面4为亲水多孔介质结构,注液腔1内的待雾化液体能够经过亲水附着
面4流向发射尖锥3。亲水附着面4可以采用亲水纤维或者亲水薄膜。喷嘴主体2和发射尖锥3
采用导体材料,具体如紫铜或不锈钢。
尖锥外壁面5的底边与喷嘴主体2的环形端面的外圈边沿连接;两个三角侧壁面的侧边分别
连接导流曲面7的侧边与尖锥外壁面5的侧边,相邻两个发射尖锥3的三角侧壁面的底端相
连接;由尖锥外壁面5、导流曲面7和两个三角侧壁面的顶端构成尖锥角6。所有导流曲面7的
底边与亲水附着面4相接触。
压发生器12相连,高压发生器12的接地端通过导线连接地极14;使得喷嘴主体2带电,由于
尖锥角6电荷密度集中,因此在每个发射尖锥3处产生射流。在喷嘴主体2的正上方设有收集
电极15,收集电极15与喷嘴主体2之间的高度可为10‑80mm,收集电极15由金属材料或者合
金的导体制成。
体就会经输液管16进入注液腔1的内部,待雾化液体经亲水附着面4溢出后不断在亲水附着
面4的上表面积聚形成弯液面。
着导流曲面7抵达尖锥角6,在电荷密度较为集中的尖锥角6产生射流8,形成稳定六股射流,
如图7所示。由于稳定多股模式中液面不发生波动,射流8绝对稳定,故可持续大量获得粒径
细小、单分散性好、可控性强、沉积率高的荷电微液滴。
到12.4kV时即可获得如图7所示的稳定12股射流。
到11.8kV时即可获得更大喷射角度的稳定6股射流8,如图8和图9所示。
重力沿着喷嘴外壁缓慢滑落,有效抑制了液滴突然落入弯液面造成的液面波动和射流的不
稳定性,另一方面使得弯液面的重力变为收缩扁平的动力,抑制了液面的轴向扰动,使大液
锥更容易收缩扁平形成液膜,增强了多股射流的稳定性。
据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。