[發(fā)明專利]超聲空化云控制裝置和方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410103330.3
• 申請(qǐng)日: 2014-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN103831271A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白立新;鄧京軍;李超;徐德龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): B08B3/12
• 分類號(hào): B08B3/12;B01J19/10
• 代理公司: 北京億騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11309
• 代理人: 陳霽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲空化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲空化云控制裝置和方法。

背景技術(shù)

超聲波的空化效應(yīng)是指當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，在周期性的聲場(chǎng)壓力作用下，流體中出現(xiàn)大量微小的空泡隨著聲壓不斷進(jìn)行周期性的膨脹和潰滅運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。空泡膨脹-潰滅的過程時(shí)間極短（在數(shù)納秒至微秒之間），空泡潰滅時(shí)在空泡內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫、高壓，并使氣泡內(nèi)核液體界面的介質(zhì)裂解。超聲空化的這一特性為一些化學(xué)反應(yīng)提供了獨(dú)一無二的環(huán)境，使一些在常溫常壓下難以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生，超聲空化的這種聲化學(xué)效應(yīng)在能源、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有許多潛在應(yīng)用。

眾所周知，空化效應(yīng)是通過一個(gè)個(gè)空泡潰滅產(chǎn)生的高溫高壓而發(fā)生作用的，但是這些空泡在空間的分布是不均勻的，它們會(huì)形成一定的空化結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)與聲場(chǎng)密切相關(guān)，但是很難通過改變聲場(chǎng)的方式對(duì)空化云進(jìn)行有效控制。

隨著對(duì)空化的研究和應(yīng)用的深入，在超聲清洗和聲化學(xué)領(lǐng)域都出現(xiàn)了對(duì)空化云進(jìn)行有效控制的需求。控制空化云的好處很多，比如避免換能器輻射面發(fā)生空蝕。由于換能器輻射面空蝕產(chǎn)生的碎屑可能污染被處理液體，由此限制了聲化學(xué)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。此外，控制空化云可以實(shí)現(xiàn)空化云的定位清洗，將能量集中在最需要的地方。為此就需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空化云的形狀和位置進(jìn)行精確控制的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種超聲空化云控制裝置和方法，可以簡(jiǎn)單方便地對(duì)空化云的形狀和位置進(jìn)行精確控制。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種超聲空化云控制裝置，包括：

換能器，用于將電能轉(zhuǎn)換成超聲波，所述超聲波通過所述換能器的輻射面形成聲場(chǎng)；

分流器，用于將接收到的水流進(jìn)行分流，所述水流中具有氣核；

調(diào)節(jié)閥，與所述分流器相導(dǎo)通，所述調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)所述分流器分流出的水流流速；

支管，與所述調(diào)節(jié)閥相導(dǎo)通，所述支管用于輸送所述水流；

噴嘴，與所述支管相導(dǎo)通，用于向所述輻射面噴射所述水流，所述氣核在所述聲場(chǎng)的作用下在所述水流中形成空泡，所述空泡聚集形成空化云；

所述噴嘴通過調(diào)節(jié)向所述輻射面噴射的所述水流的流速和方向從而控制所述空化云的形狀。優(yōu)選地，所述噴嘴為多個(gè)，多個(gè)所述噴嘴通過調(diào)節(jié)向所述輻射面噴射的所述水流的流速和方向從而控制所述空化云的形狀。

優(yōu)選地，所述噴嘴的數(shù)量為多個(gè)。

優(yōu)選地，所述輻射面的表面為光滑表面。

優(yōu)選地，所述裝置還包括水泵，與所述分流器相導(dǎo)通，用于將水流輸送入所述分流器。

優(yōu)選地，所述裝置還包括支架，所述噴嘴支撐在所述支架上。

優(yōu)選地，所述換能器的工作頻率為10kHz-100kHz。

優(yōu)選地，所述換能器的平均輻射聲強(qiáng)為2-6W/cm2。

本發(fā)明還提供了一種超聲空化云控制方法，所述方法包括以下步驟：

分流器將水流進(jìn)行分流并輸送給調(diào)節(jié)閥；

所述調(diào)節(jié)閥對(duì)所述水流進(jìn)行流速調(diào)節(jié)后輸送給支管；

所述支管將所述水流輸送給噴嘴；

所述噴嘴向換能器的輻射面噴射所述水流；

通過調(diào)節(jié)所述噴嘴向所述輻射面噴射的所述水流的流速和方向從而控制所述空化云形成的形狀。

優(yōu)選地，所述空化云形成具體包括：

所述換能器將電能轉(zhuǎn)換成超聲波；

所述超聲波通過所述換能器的輻射面形成聲場(chǎng)；

所述水流中的氣核在所述聲場(chǎng)作用下形成空泡，所述空泡聚集形成空化云。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)超聲空化云的精確控制。在換能器輻射面附近的聲場(chǎng)中布置多個(gè)噴嘴，噴嘴噴射出的水流在換能器的輻射面前端形成空化云。通過調(diào)節(jié)噴嘴的位置、方向以及水流流速從而達(dá)到了精確控制空化云形狀和位置的目的，滿足了在超聲清洗和聲化學(xué)領(lǐng)域?qū)栈七M(jìn)行有效控制的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超聲空化云控制裝置的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超聲空化云控制裝置的換能器和支架的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用一種超聲空化云控制裝置形成的空化云字母I時(shí)噴嘴位置方向示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用一種超聲空化云控制裝置形成的空化云字母示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超聲空化云控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。