一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置及方法

本发明涉及一种颗粒沉降装置及方法，具体涉及一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置及方法。

背景技术：

1、沉降，即悬浮在流体中的颗粒在力的作用下下沉的过程。最经典的沉降类型是重力沉降，即液体中的悬浮粒子在重力作用下下沉，它存在于自然界每一个包含悬浮颗粒的系统。沉降液体中的悬浮颗粒，在生物、化学、环境和工业工程等领域有着广泛的应用，如水质处理，生物传感等，近年也吸引了越来越多的注意。已有的颗粒沉降方法主要包括离心法、超声法等。其中离心沉降通常对工作环境有比较苛刻的要求，如比较依赖复杂的离心芯片以及离心泵等等。已有的超声沉降技术主要是利用多波长驻波场内的声辐射力将悬浮颗粒驱动至声压节点并缓慢聚集成团，颗粒团尺寸的增大会提升重力沉降的效果，进而也可以加快颗粒沉降速率。该超声波增强沉降可以简单地描述为捕获-沉降(或捕获-释放)过程，其中超声波主要是将颗粒捕获成簇以增强重力效应。然而已有的超声沉降技术在沉降过程中并不能对加快沉降起到重要的促进作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，所述装置可以促使液体中的颗粒快速沉降，且该装置具有结构简单、使用便捷的优点。

2、本发明的第二个目的在于公开一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的方法。

3、本发明解决上述技术问题的技术方案是：

4、一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，包括流体输送管道以及设置在流体输送管道的外壁上的超声波发生装置，其中，所述流体输送管道为三角形腔道截面，所述超声波发生装置设置在所述流体输送管道的至少一个外壁上；所述超声波发生装置在所述流体输送管道内形成(1，0)基础谐振模态，以此产生指向所述流体输送管道的底部的声辐射力和声学流，从而带动流体中的悬浮颗粒向该流体输送管道的底壁流动。

5、优选的，所述流体输送管道为等边三角形腔道截面。

6、优选的，所述流体输送管道为玻璃毛细管。

7、优选的，所述超声波发生装置包括信号发生器以及超声波换能器，其中，所述信号发生器的输出端与所述超声波换能器的输入端连接，所述超声换能器设置在所述流体输送管道的外壁上，用于对流体输送管道进行励振，使得该流体输送管道发生谐振。

8、优选的，所述超声波换能器为两组，两组设置在所述流体输送管道的两侧外壁上。

9、优选的，所述超声波换能器为一组，且设置在所述流体输送管道的底壁外侧。

10、优选的，所述超声波换能器为压电陶瓷换能器。

11、优选的，所述压电陶瓷换能器的励振频率为所述三角形腔道截面(1，0)模态的共振频率。

12、一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的方法，将超声波发生装置安装在流体输送管道的外侧壁上；然后将待分离的液体输送到流体输送管道内，同时启动超声波发生装置；超声波发生装置在流体输送管道内形成(1，0)基础谐振模态，以此产生指向流体输送管道的底部的声辐射力和声学流，从而持续带动流体中的悬浮颗粒向该流体输送管道的底壁流动，进而加速沉降液体中的悬浮颗粒。

13、与现有技术相比具有以下的有益效果：

14、1、本发明的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置和方法利用超声波发生装置在流体输送管道内形成(1，0)基础谐振模态，以此产生指向流体输送管道的底部的声辐射力和声学流，从而持续带动流体中的悬浮颗粒向该流体输送管道的底壁流动，进而加速沉降液体中的悬浮颗粒；相对于现有的超声波增强沉降技术而言，沉降效果更好。

15、2、本发明的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置可以促使液体中的颗粒快速沉降，且具有结构简单、使用便捷的优点。

技术特征：

1.一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，其特征在于，包括流体输送管道以及设置在流体输送管道的外壁上的超声波发生装置，其中，所述流体输送管道为三角形腔道截面，所述超声波发生装置设置在所述流体输送管道的至少一个外壁上；所述超声波发生装置在所述流体输送管道内形成(1，0)的基础谐振模态，以此产生指向所述流体输送管道的底部的声辐射力和声学流，从而带动流体中的悬浮颗粒向该流体输送管道的底壁流动。

2.根据权利要求1所述的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，其特征在于，所述流体输送管道为等边三角形腔道截面。

3.根据权利要求1或2所述的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，其特征在于，所述流体输送管道为玻璃毛细管。

4.根据权利要求1所述的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，其特征在于，所述超声波发生装置包括信号发生器以及超声波换能器，其中，所述信号发生器的输出端与所述超声波换能器的输入端连接，所述超声换能器设置在所述流体输送管道的外壁上，用于对流体输送管道进行励振，使得该流体输送管道发生谐振。

5.根据权利要求4所述的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，其特征在于，所述超声波换能器为两组，两组设置在所述流体输送管道的两侧外壁上。

6.根据权利要求4所述的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，其特征在于，所述超声波换能器为一组，且设置在所述流体输送管道的底壁外侧。

7.根据权利要求4所述的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，其特征在于，所述超声波换能器为压电陶瓷换能器。

8.根据权利要求7所述的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置，其特征在于，所述压电陶瓷换能器的励振频率为三角形腔道截面(1，0)模态的共振频率。

9.一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的方法，其特征在于，将超声波发生装置安装在流体输送管道的外侧壁上；然后将待分离的液体输送到流体输送管道内，同时启动超声波发生装置；超声波发生装置在流体输送管道内形成(1，0)基础谐振模态，以此产生指向流体输送管道的底部的声辐射力和声学流，从而持续带动流体中的悬浮颗粒向该流体输送管道的底壁流动，进而加速沉降液体中的悬浮颗粒。

技术总结
本发明公开了一种利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置及方法，其中，所述装置包括流体输送管道以及设置在流体输送管道的外壁上的超声波发生装置；所述流体输送管道为三角形腔道截面，所述超声波发生装置设置在所述流体输送管道的至少一个外壁上；所述超声波发生装置在所述流体输送管道内形成(1，0)基础谐振模态，以此产生指向所述流体输送管道的底部的声辐射力和声学流，从而持续带动流体中的悬浮颗粒向该流体输送管道的底壁流动，进而加速沉降液体中的悬浮颗粒。本发明的利用声流体效应操控悬浮颗粒快速沉降的装置及方法可以促使液体中的颗粒快速沉降，且其中的装置具有结构简单、使用便捷的优点。

技术研发人员：雷君君,郑高堃,程峰
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14