[发明专利]一种气液两相流雾化喷嘴及其设计方法

说明书

本发明专利涉及一种气液两相流雾化喷嘴及其设计方法。该喷嘴由喷嘴芯体、外部套筒和雾化体组成，喷嘴芯体的内腔由进口渐缩段、射流段和出口扩散段组成，喷嘴芯体的出口扩散段与雾化体混合室相连，喷嘴芯体的射流段通过芯体进气孔、进气缓冲腔和套筒进气孔与外部大气相通。本发明将喷嘴的喷雾雾滴体积中径D_0.5等设计参数和几何尺寸参数之间用新的关系式联系起来，并给出射流段直径D₁、射流段长度L₁、出口扩散段扩散角β、雾化体混合室最大内径D₂和和进气缓冲腔宽度b的设计公式。本发明设计的喷嘴具有流量小、喷雾压力低和雾滴粒径大的特点，可以提高植保机械作业效率和农药利用率。

技术领域

本发明专利涉及一种气液两相流雾化喷嘴及其设计方法，具体的说，涉及 一种内混式的气液两相流雾化喷嘴的结构特征及其几何尺寸设计方法，该喷嘴适 用于果园和设施农业植保机械喷雾施药领域。

背景技术

在农业植保机械喷雾施药技术领域，气液两相流雾化喷嘴被广泛应用于各 种化学农药的喷施作业方面，农药液体通过气液两相流雾化喷嘴的雾化作用生成 精细的雾滴，并喷洒在植物表面。目前，气液两相流雾化喷嘴主要分为内混、外 混和内外混三种型式：内混式喷嘴是指液体和气体在喷嘴内部空腔内产生气液两 相流混合流动，然后通过喷嘴出口形成雾化，根据喷嘴内部结构的不同，有的内 混式喷嘴具有喷雾流量小、雾滴粒径大和防飘移的特点，有的内混式喷嘴则具有 喷雾流量小、雾滴粒径小和易飘移的特点。外混式喷嘴是一种采用高压气体辅助 雾化的喷嘴，高压气体带动雾滴在喷嘴出口外部空间产生了复杂的加速、碰撞、 合并和破碎等现象，其具有雾化效果好、粒径小和射程远的特点，但由于需要同 时配备液体加压和空气加压装置，喷雾系统较为复杂和昂贵，同时较小的粒径容 易产生飘移、损失和药害等现象。内外混式喷嘴则是一种同时具有内混和外混结 构的气液两相流雾化喷嘴，其具有喷雾流量小、雾化效果好、粒径小和射程远等 特点，但其和外混式喷嘴一样，需要同时配备液体加压和空气加压装置，喷雾系 统较为复杂和昂贵，同时容易产生飘移、损失和药害等现象。

为了减少化学农药的使用量，通过设计和开发具有喷雾流量小和雾滴粒径 大的气液两相流雾化喷嘴，可以达到农药喷施量小、药液附着性能好和飘移少等 目的，从而实现化学农药减量增效目标，但现有的专利技术仍然存在以下问题： 1.目前植保机械领域使用的气液两相流雾化喷嘴均以增强雾化效果为主，其雾滴 粒径小、射程远，容易产生农药飘移、损失和药害，而在通过气液两相流技术抑 制喷嘴的雾化效果，设计开发具有雾滴粒径较大、喷雾流量小的喷嘴方面，还缺 乏相应的专利技术成果和文献；2.现有的气液两相流相关专利技术内容没有建立 起喷嘴的喷雾雾滴粒径、喷雾流量、喷雾介质特性和喷嘴的几何尺寸参数等之间 的关系式，缺少雾滴粒径的设计和控制方法，现有的相关专利技术主要是围绕喷 嘴的组成部件、结构特征和流道形状进行阐述，提供了部分结构方案，但面对详 细的雾滴体积中径、设计喷雾流量和介质特性设计条件下的喷嘴产品时，还无法 为喷嘴的具体尺寸设计提供技术支持。

本发明提供了一种气液两相流雾化喷嘴及其设计方法，该喷嘴基于气液两 相流压力雾化原理，借助于液体在喷嘴内部射流段高速流动所产生的显著压降， 因而在外部大气压力和射流段内部液体压力之间形成压差，在这种压差驱动下， 空气通过喷嘴的套筒进气孔、进气缓冲腔和喷嘴芯体进气孔进入射流段内部，从 而与射流段内部的液体产生气液混合现象，气液两相流最终通过雾化体出口形成 压力雾化现象。该喷嘴具有喷雾流量小和雾滴粒径大的特点，适用于农业植保机 械喷雾施药方面，可以有效减少农药的使用量，提高农药利用率、附着性能和防 飘移性能。本发明不仅提供了一种气液两相流雾化喷嘴的结构，还建立了喷嘴的 喷雾雾滴体积中径D_0.5、设计喷雾流量Q和喷嘴的几何尺寸等参数之间的关系式， 提供了喷嘴芯体进气孔直径d₁、雾化体出口直径d₂和套筒进气孔直径d₃的设计原则，并给出射流段直径D₁、射流段长度L₁、出口扩散段扩散角β、雾化体混 合室最大内径D₂和进气缓冲腔宽度b的设计公式。