[發明專利]利用高頻行波磁場驅動和輸運低電導率液體的方法和裝置

在審

• 申請號: 201811312228.9
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN111151182A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 李勇;王曉東
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: B01F13/08
• 分類號: B01F13/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種利用高頻行波磁場驅動和輸運低電導率液體的方法和裝置。在低電導率液體容器壁周圍按照特定方式繞制三個電感線圈，在其中一個電感線圈中通以高頻電流，后兩個電感線圈中將會感生高頻電流。高頻電流在電感線圈周圍產生行波磁場，該變化的磁場與低電導率液體中感生的渦電流相互作用產生驅動低電導率液體的洛倫茲力。本發明提供了一種非接觸式的攪拌方法，無需在容器中放置攪拌槳即可攪拌低電導率液體。

技術領域

本發明涉及一種利用高頻行波磁場驅動和輸運低電導率液體的方法和裝置，可以實現低電導率液體的非接觸式攪拌，屬于化學化工、流體力學、工程熱物理、材料工程、資源環境等領域。

背景技術

現有的攪拌低電導率液體的方法均為在容器中伸入攪拌槳或放入磁子等進行機械攪拌，機械攪拌是接觸式的，不適用與高溫、高壓、強腐蝕性環境中。機械攪拌槳葉附近流體的應變速率非常大，攪拌強度分布不均勻，攪拌區域局限于攪拌槳葉附近。

發明內容

本發明的目的是針對現有機械攪拌技術直接接觸的不足，提供一種非接觸式攪拌低電導率液體的裝置和方法，攪拌低電導率液體的體積力是洛倫茲力，洛倫茲力來源于行波磁場與其在低電導率液體中感生的渦流的相互作用，行波磁場來源于，一個驅動電感線圈中通以的高頻電流和兩個感應電感線圈中感生的高頻電流。所述行波磁場的示意圖見圖1。行波磁場的相速度c＝f×L，式中L為極距，f為頻率，高頻行波磁場頻率f為幾百千赫茲量級，遠大于液態金屬電磁攪拌的工頻(50Hz)。在相同極距情況下，高頻行波磁場的相速度遠大于液態金屬電磁泵，行波磁場運動顯著，可以在低電導率液體中形成可觀的渦流。

本發明提出的高頻行波磁場攪拌低電導率液體的裝置包含三個特定順序繞制、特定位置結構的電感線圈裝置。在驅動相線圈中通以高頻電流，驅動相線圈產生的感應磁場交鏈上下兩個感應相線圈，感應相線圈中將產生感應電流。裝置整體電路示意圖如圖2所示，電感線圈的繞制方法示意圖如圖3所示。放置方法示意圖如圖4所示，三角形符號代表驅動相，圓圈符號和正方形符號分別代表兩個感應相。實心符號表示纏繞方向垂直紙面向外，中間有點的符號代表纏繞方向垂直直面向里。

電感線圈L1,與電阻R1、電容C1串聯，高頻電源并聯在電容兩端，這一個電感線圈為驅動相。

電感線圈L2,與電阻R2、電容C2串聯，組成無源回路，該電感線圈為感應相；

電感線圈L3,與電阻R3、電容C3串聯，組成無源回路，該電感線圈為感應相；

虛線圈1、虛線圈2、虛線圈3分別為驅動相、感應相1、感應相2在低電導率液體中的感生渦流，感生渦流的電阻值為Rc,自感值為Lc。

K1為驅動相與感應相1相互交鏈產生的互感，6個線圈兩兩交鏈，總共產生15個互感。

本發明提出的高頻行波磁場非接觸式攪拌低電導率液體的裝置，高頻電源頻率為100kHz～400kHz，高頻電源的具體工作頻率由回路等效阻抗決定，高頻電源工作于回路的諧振點。

本發明提出的高頻行波磁場攪拌低電導率液體的裝置，三個電感線圈要與所攪拌的液體同軸放置，電感線圈中心位置可調，且均纏繞在容器壁上。調整電感線圈位置將影響感應相和驅動相之間的互感值，進而影響感應相中電流的幅度和相位，進而影響整個回路的阻抗，系統的諧振點將發生改變，進而影響系統的工作頻率，感應相和驅動相相位相差范圍為45°～90°。

本發明提出的高頻行波磁場非接觸式攪拌低電導率液體的裝置，所使用的容器半徑應小于高頻行波磁場在低電導率液體中的趨膚深度，使得行波磁場能夠有效滲透到容器內的全部液體中。

本發明提出的高頻行波磁場非接觸式攪拌低電導率液體的裝置，其優點是：能夠實現非接觸式攪拌，容器中無需攪拌槳等機械傳動部件。攪拌力來源于變化的磁場與低電導率液體中感生的渦流相互作用產生的洛倫茲力，洛倫茲力作用于整個低電導率液體上，本方法的速度場梯度小，攪拌強度分布均勻，攪拌區域大。