CN104368463A - 一种能够增强射流混合效果的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够增强射流混合效果的喷嘴，包括喷嘴主体，所述喷嘴主体的出口横断面为圆形，在圆形出口的边缘形成有向内凸出的N个齿片，N为大于等于2的整数，所有所述齿片沿周向均布，每个所述齿片呈等腰直角三角形，底边弧长W＝0.28D，其中D为喷嘴的直径。本发明通过采用在横断面为圆形的喷嘴主体的出口边缘形成至少两个齿片的结构，提高了喷嘴中心线处的湍流度，提高了射流场的宽度，能够显著缩短射流从喷嘴喷出的层流阶段，加快射流从层流转变为湍流的过程，加快射流与周围环境流体的混合速度，提高混合效率。

Description

一种能够增强射流混合效果的喷嘴

技术领域

本发明涉及实验流体力学、流动控制技术领域，特别是一种能够增强射流混合效果的喷嘴。

背景技术

在化工、轻工、冶金、制药、动力机械、能源、环境等领域中经常要涉及将液体、气体或气、液、固多相混合物等在一定压力下从喷嘴喷出，与喷嘴外环境中的流体进行混合的过程。

射流刚从喷嘴喷出时一般是有序的、规则的、互不掺混的层流状态，不利于喷出物质与环境流体的混合。只有在一定的背景扰动下，层流逐渐发展成为湍流，才能实现喷出物质与外界环境流体的充分混合。为了加快混合速度，提高混合效率，缩短射流装置的长度，一般希望尽量缩短射流从喷嘴喷出的层流阶段，使射流尽快从层流转变为湍流状态，使得喷出物质与环境流体的混合更快、更充分。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够增强射流混合效果的喷嘴，该喷嘴能够缩短射流从喷嘴喷出的层流阶段，加快射流从层流转变为湍流的过程，加快射流与周围流体的混合速度，提高混合效率，缩短射流装置的长度。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种能够增强射流混合效果的喷嘴，包括喷嘴主体，所述喷嘴主体的出口横断面为圆形，在圆形出口的边缘形成有向内凸出的N个齿片，N为大于等于2的整数，所有所述齿片沿周向均布，每个所述齿片呈等腰直角三角形，底边弧长W＝0.28D，其中D为喷嘴的直径。

所述齿片为2个。

本发明具有的优点和积极效果是：通过采用在横断面为圆形的喷嘴主体的出口边缘形成至少两个齿片的结构，提高了喷嘴中心线处的湍流度，提高了射流场的宽度，因此，能够显著缩短射流从喷嘴喷出的层流阶段，加快射流从层流转变为湍流的过程，加快射流与周围环境流体的混合速度，提高混合效率。

附图说明

图1-1为本发明实施例1的结构示意图；

图1-2为本发明实施例2的结构示意图；

图1-3为本发明实施例3的结构示意图；

图1-4为本发明实施例4的结构示意图；

图2-1为本发明实施例1射流平均流场测量剖面的选取示意图；

图2-2为本发明实施例2射流平均流场测量剖面的选取示意图；

图2-3为本发明实施例3射流平均流场测量剖面的选取示意图；

图2-4为本发明实施例4射流平均流场测量剖面的选取示意图；

图3-1为本发明4个实施例与不加齿片的圆射流场在距离喷嘴出口3倍直径的轴向位置湍流度的径向分布比较图；

图3-2为本发明4个实施例与不加齿片的圆射流场在距离喷嘴出口4倍直径的轴向位置湍流度的径向分布比较图；

图3-3为本发明4个实施例与不加齿片的圆射流场在距离喷嘴出口5倍直径的轴向位置湍流度的径向分布比较图；

图3-4为本发明4个实施例与不加齿片的圆射流场在距离喷嘴出口6倍直径的轴向位置湍流度的径向分布比较图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-1～图1-4，一种能够增强射流混合效果的喷嘴，包括喷嘴主体，所述喷嘴主体的出口横断面为圆形，在圆形出口的边缘形成有向内凸出的N个齿片，N为大于等于2的整数，所有所述齿片沿周向均布，每个所述齿片呈等腰直角三角形，顶角θ＝90°底边弧长W＝0.28D，其中D为喷嘴的直径。

图1-1～图1-4分别示出了加装2个、4个、6个和8个齿片的喷嘴。但齿片的数量是示意性的，并不是限制性的，还可以是3个、5个、7个和9个或更多个，原理相同，在次不再一一列举。加装齿片的数量不能是1个。

采用美国TSI公司生产的IFA300型恒温式热线风速仪对加装不同数目齿片前后的湍射流的瞬时速度进行测量，采样频率50000Hz，每个空间点测量时间长度21秒，每个空间点测量速度数据量1048576。

请参见图2-1～图2-4，在热线测量中，测量截面的选取方法如下：A-A截面为通过齿片齿尖的直径与射流轴线所确定的纵截面。B-B截面为经过两相邻齿片所夹圆弧的中点的直径和射流轴线所确定的纵截面。

经试验证明：在A-A截面上的混合效率没有在B-B截面上的混合效率好，这是因为在齿片侧边与圆弧边所夹形成的流向小漩涡旋转对B-B截面附近的流动卷吸影响最显著。下面对B-B截面上的混合效率进行比较说明。

请参见图3-1～图3-4，图中ε₁表示：轴向脉动速度的湍流强度，其中u′表示轴向脉动速度，表示轴向时间平均速度，Z表示：沿喷嘴直径方向的坐标。在距离喷嘴出口3倍直径的轴向位置，加装2片齿片喷嘴中心线处的湍流度已经比不加装齿片提高了2倍，射流场的宽度提高了50％以上，湍流的分布从只有对边处的2个峰，增加为3个峰。在距离喷嘴出口5倍直径的轴向位置，加装2片齿片喷嘴沿径向各点湍流度都比不加装齿片提高了2倍，射流场的宽度提高了1倍以上，说明加装2片齿片喷嘴显著缩短了射流从喷嘴喷出的层流阶段，加快了射流从层流转变为湍流的过程，加快了射流与周围环境流体的混合速度，提高了混合效率。

从图3-1～图3-4可以看出：加装4个、6个和8个齿片的喷嘴与不加齿片的圆流场相比不论是湍流度还是在射流场的宽度均有不同程度的提高，但效果均不及加装2片齿片的喷嘴的效果好。

可以在化工射流反应器、奶粉、粉末制药装置、粉末冶金、烟囱、内燃机喷嘴等出口加装径向相对的齿尖指向圆心的两片齿片。提高冶金粉末的冷却速度和粒径均匀度，提高射流反应器、奶粉、粉末制药装置、冶金粉末的生产效率，加快污染物的输移扩散速度，提高内燃机燃料喷雾的混和与燃烧效率，减少燃料消耗，实现节能减排。

在本发明的附图中，三维空间直角坐标系定义如下：以喷嘴的水平径向作为Z向，竖直径向作为Y向，以喷嘴的轴向作为X向。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种能够增强射流混合效果的喷嘴，包括喷嘴主体，其特征在于，所述喷嘴主体的出口横断面为圆形，在圆形出口的边缘形成有向内凸出的N个齿片，N为大于等于2的整数，所有所述齿片沿周向均布，每个所述齿片呈等腰直角三角形，底边弧长W＝0.28D，其中D为喷嘴的直径。

2.根据权利要求1所述的能够增强射流混合效果的喷嘴，其特征在于，所述齿片为2个。