压力式喷嘴,又被称为机械式喷嘴,其工作原理独特且高效。该喷嘴主要由液体切线入口、液体旋转室以及喷嘴孔等核心部件构成。在使用过程中,通过高压泵使液体获得高达2~20MPa的强大压力,随后液体从切线入口进入旋转室,并在其中获得旋转运动。依据旋转动量矩守恒定律,液体的旋转速度与旋涡半径成反比,因此越接近轴心,旋转速度越快,静压力越小。这一现象导致喷嘴中央形成压力等同于大气压的空气旋流,而液体则形成环绕空气心的旋转环形薄膜。在此过程中,液体的静压能转变为向前运动的液膜动能,并从喷嘴喷出。随着液膜通过喷嘴孔,其厚度逐渐变薄,最终分裂为微小的雾滴。这种雾化效果形成的液雾呈空心圆锥形,也被称为空心锥喷雾。虽然液滴的形成与分裂机理包括滴状、丝状、膜状三种,但工业中常用的压力式喷嘴主要在膜状(即空心锥形)分裂条件下操作,液膜厚度大致在0.5~4μm之间。
在工业喷雾干燥器中,由于液体的高速喷射和低黏度导致的湍流,喷嘴操作时的液膜长度很难直接观察。液体的黏度和表面张力对液膜长度有显著影响:增加黏度会使液膜变长,而增加表面张力则会使液膜变短。压力喷嘴的内部结构设计精细,旨在确保液体在形成锥形薄膜的过程中,即便受到最小的外界扰动也能顺利分裂。
压力式喷嘴具有诸多显著优点。首先,与气流式喷嘴相比,它大大节省了雾化所需的动力,降低了能源消耗。其次,其结构相对简单,制造成本较低,这使得它在工业生产中更具竞争力。最后,压力式喷嘴操作简便,更换和检修也十分方便,这大大提高了生产效率和设备维护的便捷性。