本發(fā)明涉及霧化，具體涉及一種非牛頓流體的霧化噴嘴和霧化方法。

背景技術：

1、目前，噴嘴在工業(yè)和生活中有著廣泛的應用，通常噴嘴的性能指標有流量、噴霧角、粒徑分布等，噴嘴按照是否存在氣相輔助氣化可分為兩相噴嘴和單相噴嘴，兩相噴嘴需要氣體輔助，霧化粒徑較好，適用于對粒徑要求較高的場合，但是企業(yè)工廠需要給氣液兩相同時提供動力源，經(jīng)濟型較差，同時兩相噴嘴存在氣液競爭現(xiàn)象，導致物料流量減小，一般用于生物制藥領域，不適用于大流量的生產(chǎn)。

2、其中，單相噴嘴主要是壓力旋流噴嘴，壓力旋流噴嘴又稱離心式噴嘴，流體噴出后首先呈現(xiàn)液膜的狀態(tài)，液膜的速度較大，在與空氣的相互作用下，不穩(wěn)定液膜撕裂成液滴，尺寸較大的液滴會進一步破碎，變成粒徑較小的液滴。壓力旋流噴嘴具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單等特點，相較于氣液兩相噴嘴堵塞現(xiàn)象也有明顯改善。

3、但上述噴嘴均適用于牛頓流體，無法較好的匹配非牛頓流體，這是因為非牛頓流體不同于牛頓流體，其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)比較復雜，其基本特征是流體受到的應力作與應變不成線性比，粘度隨著剪切率變化而變化，部分非牛頓流體具有彈性或塑性，其流動時具有記憶效應或者會發(fā)生形變，其變形時存在粘性耗散，即對非牛頓流體進行霧化存在一定的難度。

4、當前已有一些針對非牛頓流體的霧化噴嘴，如cn106216126a公開了一種適用于剪切變稀非牛頓流體的氣泡霧化噴嘴，解決非牛頓流體流道易堵塞，氣泡兩相流型難控制，噴射不穩(wěn)定的技術問題。本發(fā)明中所述氣泡霧化噴嘴的氣液混合室和氣孔調(diào)節(jié)管套的相對位置，外環(huán)壁和氣體加速旋流槽的相對位置均可通過墊片調(diào)節(jié)，從而控制氣泡數(shù)量、大小、氣液兩相流型和速度波動強度。

5、然而，某些非牛頓流體在低剪切速率下表現(xiàn)出高黏度，導致在噴嘴中的流動不順暢，如果噴嘴的設計無法提供足夠的剪切力，流體就難以被有效分散成小液滴，因此壓力旋流噴嘴對于較高粘性的非牛頓流體霧化效果差，現(xiàn)有研究表明只能通過增加噴嘴入口處壓力來減小噴霧粒徑，與此同時在較高壓力下，噴嘴的出口磨損程度較大，經(jīng)濟性較差，不利于非牛頓流體的霧化。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種非牛頓流體的霧化噴嘴和霧化方法，以解決目前的霧化噴嘴對非牛頓流體進行霧化時存在的霧化液滴粒徑大，霧化效果差的問題。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種非牛頓流體的霧化噴嘴，所述霧化噴嘴包括：

4、依次連通的緩沖區(qū)、旋流區(qū)、加速區(qū)和噴口區(qū)；

5、所述加速區(qū)的過流斷面＜所述噴口區(qū)的最大過流斷面；

6、所述加速區(qū)包括：液流通道和導流體；

7、所述導流體的體積為所述加速區(qū)體積的20-70％；

8、所述液流通道環(huán)繞所述導流體分布。

9、本發(fā)明提供的霧化噴嘴，通過對噴嘴結(jié)構(gòu)的設計，借助旋流區(qū)和加速區(qū)的配合能夠?qū)崿F(xiàn)非牛頓流體的高效霧化，霧化后非牛頓流體的索太爾平均直徑d32顯著低于相同霧化條件下牛頓流體的索太爾平均直徑d32。

10、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述旋流區(qū)包括至少4個旋流通道。

11、優(yōu)選地，所述旋流通道的等效圓直徑為2-5mm。

12、優(yōu)選地，所述旋流通道的長度＞所述旋流區(qū)的高度。

13、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述旋流區(qū)的出液口的出液方向與所述加速區(qū)的側(cè)面相交。

14、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述旋流區(qū)的出液口與所述液流通道連通。

15、優(yōu)選地，所述液流通道與所述噴口區(qū)相連通。

16、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述噴口區(qū)沿液流方向為漸縮結(jié)構(gòu)。

17、優(yōu)選地，所述噴口區(qū)的進液口的等效圓直徑為出液口的等效圓直徑的11-12倍。

18、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述緩沖區(qū)配置有導流端。

19、優(yōu)選地，所述導流端的過流斷面＜所述緩沖區(qū)的過流斷面。

20、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述導流體為空心開口導流體。

21、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述空心開口導流體的開口朝向所述噴口區(qū)。

22、優(yōu)選地，所述空心開口導流體中空心的深度h：0＜h≤所述空心開口導流體的高度。

23、第二方面，本發(fā)明提供了非牛頓流體的霧化方法，所述霧化方法包括：

24、采用第一方面所述的霧化噴嘴進行對非牛頓流體進行霧化。

25、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述非牛頓流體包括：切稀流體。

26、與現(xiàn)有技術方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

27、本發(fā)明提供的霧化噴嘴，通過借助特定導流體的設計，實現(xiàn)了對高濃度非牛頓流體如cmc水溶液的高效霧化，隨著濃度的增加，采用空心導流體的設計能夠保證具備良好的索太爾平均直徑d23指標，同時流量也有顯著的提升，當cmc濃度為5g/l時，配置有空心導流體的霧化噴嘴的流量可達4l/min以上，索太爾平均直徑d23＜330μm。

技術特征：

1.一種非牛頓流體的霧化噴嘴，其特征在于，所述霧化噴嘴包括：

2.如權(quán)利要求1所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述旋流區(qū)包括至少4個旋流通道；

3.如權(quán)利要求1或2所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述旋流區(qū)的出液口的出液方向與所述加速區(qū)的側(cè)面相交。

4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述旋流區(qū)的出液口與所述液流通道連通；

5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述噴口區(qū)沿液流方向為漸縮結(jié)構(gòu)；

6.如權(quán)利要求1-5任一項所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述緩沖區(qū)配置有導流端；

7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述導流體為空心開口導流體。

8.如權(quán)利要求7所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述空心開口導流體的開口朝向所述噴口區(qū)；

9.一種非牛頓流體的霧化方法，其特征在于，所述霧化方法包括：

10.如權(quán)利要求9所述的霧化方法，其特征在于，所述非牛頓流體包括：切稀流體。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及一種非牛頓流體的霧化噴嘴和霧化方法，具體涉及霧化技術領域，所述霧化噴嘴包括：依次連通的緩沖區(qū)、旋流區(qū)、加速區(qū)和噴口區(qū)；所述加速區(qū)的過流斷面＜所述噴口區(qū)的最大過流斷面；所述加速區(qū)包括：液流通道和導流體；所述導流體的體積為所述加速區(qū)體積的20?70％；所述液流通道環(huán)繞所述導流體分布。本發(fā)明提供的霧化噴嘴，通過對噴嘴結(jié)構(gòu)的設計，借助旋流區(qū)和加速區(qū)的配合能夠?qū)崿F(xiàn)非牛頓流體的高效霧化，霧化后非牛頓流體的索太爾平均直徑D32顯著低于相同霧化條件下牛頓流體的索太爾平均直徑D32。

技術研發(fā)人員：馮鑫,童政,張妍,段曉霞,陳杰,張偉鵬,楊超
受保護的技術使用者：中國科學院過程工程研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8