一種環(huán)形聲場遷移懸浮顆粒的裝置及用于該裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用聲波對由懸浮顆粒和氣體介質(zhì)組成的混合流體進(jìn)行分離的裝置，具體涉及一種環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]聲波操縱懸浮顆粒分離技術(shù)具有能夠重新分離由懸浮顆粒和氣體介質(zhì)混合而成的混合流體的優(yōu)勢。利用多重聲波疊加的方法構(gòu)造具有特定結(jié)構(gòu)的聲駐波場是聲波操縱懸浮顆粒分離技術(shù)研究的重要方面之一。在聲場環(huán)境中，混合流體中的懸浮顆粒和氣體組份受到聲輻射力、重力、斯托克斯力、溫度以及布朗運(yùn)動的共同作用。其中，各力的主被動作用中，聲輻射力屬于可控主動誘發(fā)，重力、斯托克斯力等屬于被動參與。進(jìn)而，在可控主動誘發(fā)力和被動參與力的平衡作用下，懸浮顆粒和氣體組份呈現(xiàn)出不同的可以通過主動誘發(fā)力調(diào)控的有規(guī)律的運(yùn)動行為。在特定結(jié)構(gòu)聲駐波場的作用下，懸浮顆粒和氣體組份分別向波腹或波節(jié)運(yùn)動并聚集。如果在波腹和波節(jié)位置分別設(shè)置合適尺寸的通道，則能夠通過波腹或波節(jié)位置的通道獲得較混合流體更為純凈的懸浮顆粒和氣體組份。從而實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒和氣體組份從混合流體中重新分離出來。因此，特定結(jié)構(gòu)聲駐波場的構(gòu)造是聲波操縱懸浮顆粒分離技術(shù)研究的重點(diǎn)。
[0003]目前技術(shù)研究中，一維直線聲場是聲駐波場的主要構(gòu)造類型，即兩束聲波在發(fā)生干涉時，各聲波的傳播方向必須與同一直線平行。在構(gòu)造長度較大的一維直線聲場時，裝置需要占用很大的長度空間。而環(huán)形結(jié)構(gòu)具有有效利用平面空間，壓縮空間長度的作用。但目前環(huán)形聲場很少用于聲波操縱懸浮顆粒分離技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0004]技術(shù)問題:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置及用于該裝置的方法，利用Helmholtz (亥姆霍茲)共振器的聲壓放大原理和環(huán)形聲場。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置，該裝置包括:揚(yáng)聲器，通孔，隔板，空腔，環(huán)形波導(dǎo)管，信號發(fā)生器；其中，
[0006]所述通孔位于隔板的中心；所述揚(yáng)聲器的振膜、通孔、隔板、空腔組成由通孔和外界相連的半封閉腔體；
[0007]所述通孔的橫截面面積小于環(huán)形波導(dǎo)管的橫截面面積；所述通孔的橫截面面積小于空腔的橫截面面積；所述環(huán)形波導(dǎo)管的內(nèi)徑小于二分之一波長；所述環(huán)形波導(dǎo)管的長度為半波長的整數(shù)倍；
[0008]所述信號發(fā)生器與揚(yáng)聲器相連，且和揚(yáng)聲器組成閉合電學(xué)回路。
[0009]優(yōu)選的，所述半封閉腔體的共振頻率屬于亥姆霍茲共振器的共振頻率；所述環(huán)形波導(dǎo)管的長度不小于三個半波長；所述通孔、空腔、環(huán)形波導(dǎo)管串聯(lián)連接，中心軸線在同一圓弧線上。
[0010]優(yōu)選的，所述環(huán)形波導(dǎo)管的橫截面為圓形。
[0011]優(yōu)選的，所述信號發(fā)生器的輸出頻率、半封閉腔體的共振頻率、環(huán)形波導(dǎo)管的共振頻率相等。
[0012]優(yōu)選的，所述信號發(fā)生器具有功率輸出功能。
[0013]本發(fā)明還提供了一種用于環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置的方法，該方法包括:信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率等于半封閉腔體的亥姆霍茲共振器的共振頻率的電信號，驅(qū)動半封閉腔體中的空氣單元同步振蕩，經(jīng)通孔內(nèi)空氣單元往復(fù)劇烈振蕩對聲波的強(qiáng)化作用，通過通孔向環(huán)形波導(dǎo)管輻射相反相位的聲波，相反相位的聲波在環(huán)形波導(dǎo)管內(nèi)干涉形成環(huán)形強(qiáng)聲駐波場；該強(qiáng)聲駐波場驅(qū)動環(huán)形波導(dǎo)中混合流體中的懸浮顆粒和氣體成份分別向波腹或波節(jié)運(yùn)動，在波腹或波節(jié)位置形成懸浮顆粒聚集區(qū)和氣體成份聚集區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒和氣體成份從混合流體中分離。
[0014]有益效果:
[0015]1)環(huán)形結(jié)構(gòu)節(jié)省了構(gòu)造一維直線聲場需要的很長的長度空間，能夠有效利用平面空間，利于在平面二維空間上進(jìn)行小型化集成；
[0016]2)利用Helmholtz (亥姆霍茲)共振器的聲壓放大原理，有利于小功耗的電聲換能器產(chǎn)生高聲壓的強(qiáng)駐波場；
[0017]3)利用單個Helmholtz共振器上構(gòu)造的兩個與外界相連的通孔，可以實(shí)現(xiàn)只利用一個Helmholtz共振器聲源也可以通過通孔輻射兩列相同的反相位聲波；
[0018]4)與入射聲波和反射聲波干涉產(chǎn)生的近似駐波相比，本發(fā)明產(chǎn)生環(huán)形聲場的兩列聲波源不會產(chǎn)生在所構(gòu)造近似駐波過程中因利用反射聲波而引起的差異。
【附圖說明】
[0019]圖1本發(fā)明的實(shí)施例的一種環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的方法或裝置示意圖；
[0020]圖2本發(fā)明的實(shí)施例的圓弧線示意圖；
[0021]圖3本發(fā)明的實(shí)施例的一種半封閉腔體示意圖；
[0022]圖4本發(fā)明的實(shí)施例的一種半封閉腔體的體積可調(diào)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖中有:揚(yáng)聲器1，通孔2，左通孔2-1，右通孔2-2，隔板3，左隔板3_1，右隔板3_2，空腔4，環(huán)形波導(dǎo)管5，信號發(fā)生器6，半封閉腔體7，圓弧線8，調(diào)整模塊9，調(diào)整模塊的移動方向9-1。
[0024]Helmholtz:亥姆霍茲。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0026]參見圖1-4，本發(fā)明提供的環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置，該裝置包括:揚(yáng)聲器1，通孔2，隔板3，空腔4，環(huán)形波導(dǎo)管5，信號發(fā)生器6。
[0027]所述通孔2位于隔板3的中心；所述揚(yáng)聲器1的振膜、通孔2、隔板3、空腔4組成由通孔2和外界相連的半封閉腔體7。
[0028]所述通孔2的橫截面面積小于環(huán)形波導(dǎo)管5的橫截面面積；所述通孔2的橫截面面積小于空腔4的橫截面面積；所述環(huán)形波導(dǎo)管5的內(nèi)徑小于二分之一波長；所述環(huán)形波導(dǎo)管5的長度為半波長的整數(shù)倍；
[0029]所述信號發(fā)生器6與揚(yáng)聲器1相連，且和揚(yáng)聲器1組成閉合電學(xué)回路。
[0030]所述半封閉腔體7的共振頻率屬于Helmholtz共振器的共振頻率；所述環(huán)形波導(dǎo)管5的長度不小于三個半波長；所述通孔2、空腔4、環(huán)形波導(dǎo)管5串聯(lián)連接，中心軸線在同一圓弧線8上。
[0031]所述環(huán)形波導(dǎo)管5的橫截面為圓形。
[0032]所述信號發(fā)生器6的輸出頻率、半封閉腔體7的共振頻率、環(huán)形波導(dǎo)管5的共振頻率相等。
[0033]所述信號發(fā)生器6具有功率輸出功能。
[0034]上述的一種環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的方法或裝置的原理及過程為:信號發(fā)生器6產(chǎn)生頻率等于半封閉腔體7的Helmholtz共振頻率的電信號驅(qū)動揚(yáng)聲器1，揚(yáng)聲器1驅(qū)動半封閉腔體7中的空氣單元同步振蕩，經(jīng)通孔2-1和通孔2-2內(nèi)空氣單元往復(fù)劇烈振蕩對聲波的強(qiáng)化作用，通過通孔向環(huán)形波導(dǎo)管5輻射相反相位的聲波，相反相位的聲波在環(huán)形波導(dǎo)管5內(nèi)干涉形成環(huán)形強(qiáng)聲駐波場。該強(qiáng)聲駐波場驅(qū)動環(huán)形波導(dǎo)中混合流體中的懸浮顆粒和氣體成份分別向波腹或波節(jié)運(yùn)動，在波腹或波節(jié)位置形成懸浮顆粒聚集區(qū)和氣體成份聚集區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒和氣體成份從混合流體中分離。
[0035]如圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施例的圓弧線示意圖。圖中指出了連接后的各結(jié)構(gòu)的中心線位于相同的圓弧線上。
[0036]如圖3所示，本發(fā)明的實(shí)施例的一種半封閉腔體示意圖。其中，左通孔2-1和右通孔2-2的橫截面總面積組成了 Helmholtz共振器連接內(nèi)腔和外界的通孔的橫截面面積，左通孔2-1和右通孔2-2的橫截面總面積小于空腔4的橫截面面積，左通孔2-1和右通孔2-2的橫截面總面積小于環(huán)形波導(dǎo)管5的橫截面面積，左通孔2-1和右通孔2-2的橫截面為圓形且結(jié)構(gòu)相同，空腔4的橫截面為圓形。
[0037]如圖4所示，本發(fā)明的實(shí)施例的一種半封閉腔體的體積可調(diào)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，調(diào)整模塊9位于空腔4的邊壁面的中間且沿垂直環(huán)形波導(dǎo)管的方向插入空腔，通過改變調(diào)整模塊9的插入深度調(diào)整空腔4的體積；調(diào)整模塊9插入在空腔的一面為尖的楔形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置，其特征在于，該裝置包括:揚(yáng)聲器(1)，通孔(2)，隔板(3)，空腔(4)，環(huán)形波導(dǎo)管(5)，信號發(fā)生器(6);其中， 所述通孔(2)位于隔板(3)的中心；所述揚(yáng)聲器(1)的振膜、通孔(2)、隔板(3)、空腔(4)組成由通孔(2)和外界相連的半封閉腔體(7); 所述通孔(2)的橫截面面積小于環(huán)形波導(dǎo)管(5)的橫截面面積；所述通孔(2)的橫截面面積小于空腔(4)的橫截面面積；所述環(huán)形波導(dǎo)管(5)的內(nèi)徑小于二分之一波長；所述環(huán)形波導(dǎo)管(5)的長度為半波長的整數(shù)倍； 所述信號發(fā)生器(6)與揚(yáng)聲器(1)相連，且和揚(yáng)聲器(1)組成閉合電學(xué)回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置，其特征在于:所述半封閉腔體(7)的結(jié)構(gòu)屬于亥姆霍茲共振器結(jié)構(gòu)；所述半封閉腔體(7)的共振頻率屬于亥姆霍茲共振器的共振頻率；所述環(huán)形波導(dǎo)管(5)的長度不小于三個半波長；所述通孔(2)、空腔(4)、環(huán)形波導(dǎo)管(5)串聯(lián)連接，中心軸線在同一圓弧線(8)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置，其特征在于:所述環(huán)形波導(dǎo)管(5)的橫截面為圓形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置，其特征在于:所述信號發(fā)生器(6)的輸出頻率、半封閉腔體(7)的共振頻率、環(huán)形波導(dǎo)管(5)的共振頻率相等。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置，其特征在于:所述信號發(fā)生器(6)具有功率輸出功能。6.一種用于環(huán)形聲場迀移懸浮顆粒的裝置的方法，其特征在于，該方法包括:信號發(fā)生器(6)產(chǎn)生頻率等于半封閉腔體(7)的亥姆霍茲共振器的共振頻率的電信號，驅(qū)動半封閉腔體(7)中的空氣單元同步振蕩，經(jīng)通孔(2)內(nèi)空氣單元往復(fù)劇烈振蕩對聲波的強(qiáng)化作用，通過通孔向環(huán)形波導(dǎo)管(5)輻射相反相位的聲波，相反相位的聲波在環(huán)形波導(dǎo)管(5)內(nèi)干涉形成環(huán)形強(qiáng)聲駐波場；該強(qiáng)聲駐波場驅(qū)動環(huán)形波導(dǎo)中混合流體中的懸浮顆粒和氣體成份分別向波腹或波節(jié)運(yùn)動，在波腹或波節(jié)位置形成懸浮顆粒聚集區(qū)和氣體成份聚集區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒和氣體成份從混合流體中分離。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)形聲場遷移懸浮顆粒的裝置及用于該裝置的方法，該裝置包括：揚(yáng)聲器(1)，通孔(2)，隔板(3)，空腔(4)，環(huán)形波導(dǎo)管(5)，信號發(fā)生器(6)；所述通孔(2)位于隔板(3)的中心；所述揚(yáng)聲器(1)的振膜、通孔(2)、隔板(3)、空腔(4)組成由通孔(2)和外界相連的半封閉腔體(7)；所述通孔(2)的橫截面面積小于環(huán)形波導(dǎo)管(5)的橫截面面積；所述通孔(2)的橫截面面積小于空腔(4)的橫截面面積；所述環(huán)形波導(dǎo)管(5)的內(nèi)徑小于二分之一波長。本發(fā)明具有能夠產(chǎn)生環(huán)形強(qiáng)聲駐波場并且操縱懸浮顆粒從混合流體中分離的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B01D49/00
【公開號】CN105251297
【申請?zhí)枴緾N201510627628
【發(fā)明人】喬正輝, 黃亞繼, 董衛(wèi), 程梅, 周樹青
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月28日