[发明专利]气体动力式超声波多相混合器

说明书

技术领域

本发明涉及气液固多相混合器。更具体地说，本发明涉及一种气体动力式超声波多相混合器。

背景技术

超声雾化在液体雾化领域有重要应用。当高速气流从气体喷嘴喷出时，会在共振腔中产生超声波，超声波作用于离心液膜和高速射流，会加速液膜和射流的破碎，同时超声波的振荡作用使气液混合更为均匀。以往对超声雾化的应用主要在喷嘴处的开放空间，对结构的紧凑性要求较高，用途上集中于燃烧、冶金、清洗等领域。

前人对哈特曼哨的应用主要集中在超声雾化方面，其主要用于雾化领域，采用气体动力式超声波辅助雾化，直接形成喷雾。此结构是通过带有中心杆的哈特曼哨产生超声波，作用于分布于哈特曼哨周围的几个液体喷嘴所产生的射流或液膜，使液体在声场的作用下能够破裂为更为细小的液滴。此结构能够产生雾化细度良好，雾滴直径均匀的细水雾。但是，此结构形成喷雾需要两套输送管路——气体管路和液体管路，然而在灭火领域，常采用长管输送，此结构在长管输送的弊端明显——两套独立管路成本高、管网复杂。一般而言，基于管路排布、灭火效率和可靠性方面考虑，常采用单管输送灭火介质，此单管可以携带雾状流、泡状流或纯液体，因此，本发明提出了一种气体动力超声波气液固多相混合器，从而在改善多相混合效果的同时可以精简管路，满足细水雾灭火中单管输送的需要。

另外，现有技术中的超声波混合器主要应用于工业生产领域，强调的是将固液、液液进行混合的一个系统，难以将气液固三相进行混合，而且没有限定其核心部件——混合器的结构，因此其对气液混合效果的增强有限，而在灭火领域，雾状流的形成过程中，气液的均匀混合至关重要。因此，本发明提出能够良好混合气液固三相的雾化混合器，从而达到将气液固三相进行混合，更兼顾了雾化混合的三个方面—气固、液固以及气液混合，从而达到提高灭火效果的目的。

此外有文献提到用一部分压力气体使液体雾化成液雾，然后再用另外一部分压力气体引射液雾，比例掺混成气液雾状流，达到气液雾化混合以及两相同管输送的目的。此方法可以产生颗粒直径在5～100μm之间的气液两相雾状流，但是需要使用大量的压力气体，以CO₂气体为例，气液质量比在8～0.2之间，而气液体积比则高达4000～250。因此，本发明提出了应用气体动力超声波的多相混合方案，在不降低灭火细水雾粒度直径的前提下，大大降低气体使用量，使得单管输送中多相灭火介质中的气液质量比显著降低，还可以实现气液质量比远低于一般雾状流的泡状流混合状态，不仅实现气液两相的同管输送，还能实现气液固三相的混合同管输送。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种气体动力式超声波多相混合器，通过气动超声波强化气液固三相混合，形成可以单管输送的均匀多相混合流，不仅可以输出基于气相连续的多相雾状流，还能输出基于液相连续的多相泡状流，从而提高灭火效率和灭火能力。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种气体动力式超声波多相混合器，包括：

主体；

气体引流腔，其设于所述主体的内部，所述气体引流腔包括：

导流腔，其用于引导以水平方向通入的气体进入后加速，所述导流腔连通到混合腔；

中心杆，其一端固定在所述导流腔内；以及

共振腔，其固定于所述中心杆的另一端，所述共振腔用于使通过所述导流腔的高速气体与所述中心杆共振产生超声波；

液体引流腔，其设于所述主体的内部，所述液体引流腔用于将垂直方向通入的液体经液体喷嘴破裂，其中，所述液体引流腔的液体或所述气体引流腔的气体中混入有固体粉末；

混合腔，其设于所述主体内部，所述混合腔的内部容纳所述共振腔，其沿所述主体的水平方向设置，所述混合腔包括内腔和与所述内腔连通的混合腔出口，所述液体引流腔连通到所述内腔，所述混合腔出口沿所述主体的水平轴线设置，其输出气相连续的多相雾状流或液相连续的多相泡状流。

优选的是，所述固体粉末为表面活性剂或灭火添加剂，其体积分数为0.2％。

优选的是，所述中心杆的直径为6mm，所述导流腔的出口的直径为8～12mm，所述导流腔的出口与所述共振腔的水平距离为10～20mm，所述共振腔的直径为8～12mm，所述共振腔的深度为6～12mm，所述共振腔与液体喷嘴的竖直距离为4～6mm。