[發(fā)明專利]一種利用聲渦旋場產(chǎn)生非實(shí)體管道的裝置

在審

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• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112124975A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪振宇;張博文;楊曉慧
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B65G54/00
• 分類號: B65G54/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種利用聲渦旋場產(chǎn)生非實(shí)體管道的裝置，包括信號發(fā)生器、中空殼體和多個電聲換能器組；多個電聲換能器組嵌入中空殼體上，每個電聲換能器的輸入端與信號發(fā)生器的輸出端連接；每組換能器的對稱軸處在同一圓平面內(nèi)，其聲發(fā)射端面指向該組換能器陣列中心；各組沿中空殼體排布，調(diào)整換能器的輸出功率使聲渦旋場即可將流體約束在中心管狀區(qū)域處，形成一虛擬的輸運(yùn)管道。本發(fā)明產(chǎn)生的非實(shí)體管道在輸運(yùn)物質(zhì)時沒有實(shí)際的管壁與被輸運(yùn)物質(zhì)相接觸，大大減小腐蝕和污染問題，可廣泛用于生物化學(xué)、材料加工和3D打印領(lǐng)域，尤其是可解決3D打印噴頭不能處理高溫熔體的問題，推動3D打印技術(shù)的發(fā)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲懸浮技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用聲渦旋場產(chǎn)生非實(shí)體管道的裝置。

背景技術(shù)

目前，輸運(yùn)流體的方法是利用各種實(shí)體管道，這些用眼睛能看得見，用手能摸得著的實(shí)體管道可由多種材料制成，如有機(jī)高分子、合金等。但是實(shí)體管道容易被腐蝕性較強(qiáng)的液體、溫度較高的熔體腐蝕。另一方面，實(shí)體管道也容易污染被輸運(yùn)的物質(zhì)。有些溫度超高的熔體，如鉿合金(熔點(diǎn)4215℃)和鎢(熔點(diǎn)3410℃)熔體等，難以找到合適的實(shí)體管道來輸運(yùn)。在3D打印領(lǐng)域，由于管材的限制，實(shí)體打印噴頭只能處理熔點(diǎn)較低的材料，如高分子塑料等。對于熔點(diǎn)較高的金屬材料，3D打印采用的是激光熔敷金屬粉末等技術(shù)，這些技術(shù)效率低，應(yīng)用范圍有限，大大限制了3D打印技術(shù)的發(fā)展。

近些年聲懸浮技術(shù)，包括駐波聲懸浮和近場聲懸浮技術(shù)，都有了較大的發(fā)展。駐波聲懸浮可用來懸浮尺寸毫米級的固體小球和液滴；近場聲懸浮可用來懸浮質(zhì)量公斤級的固體，如圓盤、轉(zhuǎn)軸等。但是駐波聲懸浮和近場聲懸的聲場都不能形成管狀勢阱，無法約束流體在其中流動。

渦旋場聲懸浮作為一種新型懸浮技術(shù)，比傳統(tǒng)的駐波聲懸浮和近場聲懸浮更具可操作性。渦旋波具有螺旋狀的波前，其中心聲場強(qiáng)度為零的特性不僅可以實(shí)現(xiàn)物體的穩(wěn)定俘獲，還在物質(zhì)輸運(yùn)領(lǐng)域表現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種利用聲渦旋場產(chǎn)生非實(shí)體管道的裝置，克服實(shí)體管道的局限性，達(dá)到非接觸輸運(yùn)流體(如強(qiáng)腐蝕液體以及高溫熔體)和固體顆粒的目的。

技術(shù)方案

一種利用聲渦旋場產(chǎn)生非實(shí)體管道的裝置，其特征在于包括信號發(fā)生器、中空殼體和多個電聲換能器組；多個電聲換能器組嵌入中空殼體上，每個電聲換能器的輸入端與信號發(fā)生器的輸出端連接；每組換能器的對稱軸處在同一圓平面內(nèi)，其聲發(fā)射端面指向該組換能器陣列中心；各組沿中空殼體排布，相鄰兩組換能器組兩軸之間的夾角小于四十五度，各組之間的距離小于三個聲波；所有換能器工作在同一頻率，相鄰換能器之間的相位差相等，為2π或2π的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍除以該組中換能器的個數(shù)；所述每組換能器大于3個；所述聲波為電聲換能器在信號發(fā)生器驅(qū)動下產(chǎn)生的聲波。

信號發(fā)生器的輸入端連接信號控制系統(tǒng)，換能器工作頻率和相鄰換能器之間的相位差由信號控制系統(tǒng)控制。

信號發(fā)生器的輸出端連接功率放大器。

所述換能器的聲發(fā)射端面的形狀為平面、凹球面、凹柱面或其它凹面形狀。

有益效果