[發(fā)明專利]一種聲波操控氣動(dòng)懸浮顆粒物的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011280323.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113012538B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬正輝;劉炎泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G09B23/14
• 分類(lèi)號(hào): G09B23/14
• 代理公司: 南京睿之博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32296
• 代理人: 劉菊蘭

本發(fā)明公開(kāi)了一種聲波操控氣動(dòng)懸浮顆粒物的裝置及方法，其特征在于包括能產(chǎn)生正弦波音頻的信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、安裝在波導(dǎo)管兩個(gè)末端的兩個(gè)相同Helmholtz聲源以及放入波導(dǎo)管內(nèi)的氣動(dòng)懸浮顆粒。通過(guò)確定氣動(dòng)懸浮顆粒由流化顆粒聚集團(tuán)狀態(tài)向條紋形堆積的條紋顆粒聚集團(tuán)狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的臨界電壓振幅，在低/高于臨界電壓振幅的數(shù)值范圍內(nèi)，平衡調(diào)制氣動(dòng)懸浮顆粒受到的聲輻射力和二次輻射力，調(diào)控條紋顆粒聚集團(tuán)和流化顆粒聚集團(tuán)離散分布特性，使大量顆粒發(fā)生有序的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)顆粒條紋團(tuán)聚過(guò)程，或者在氣體介質(zhì)駐波空間中發(fā)生流態(tài)化可調(diào)的顆粒群體性遷移，改善氣動(dòng)懸浮顆粒的碰撞、團(tuán)聚、沉降、脫除、混合、破碎、流化、傳輸過(guò)程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聲波操控氣動(dòng)懸浮顆粒物的裝置及方法，屬于氣動(dòng)懸浮顆粒操控領(lǐng)域。

背景技術(shù)

燃燒源懸浮顆粒、磨煤機(jī)研磨出的煤粉、除塵器收集的粉塵、燃燒所產(chǎn)生煙氣中的顆粒物、大氣環(huán)境中空氣懸浮顆粒、化妝品氣溶膠顆粒等生產(chǎn)生活場(chǎng)合中常常遇到的實(shí)際多分散系顆粒物通常尺寸類(lèi)型復(fù)雜，研發(fā)出能夠靈活無(wú)接觸操控懸浮顆粒復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和演化行為(包括團(tuán)聚、破碎、懸浮、碰撞、沉降、脫除和傳輸?shù)?的裝置和系統(tǒng)是顆粒學(xué)重點(diǎn)關(guān)注的重要課題，對(duì)于指導(dǎo)利用顆粒物的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供及一種聲波操控氣動(dòng)懸浮顆粒物的裝置及方法，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸入電壓振幅和頻率，在波導(dǎo)管內(nèi)構(gòu)造參數(shù)可控的非均勻聲場(chǎng)，借助某特定電壓振幅的高低變化來(lái)平衡調(diào)制懸浮顆粒受到的二次輻射力和聲輻射力，進(jìn)而靈活無(wú)接觸操控懸浮顆粒在波導(dǎo)空間內(nèi)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)演化行為，包括碰撞-團(tuán)聚-懸浮-沉降-脫除和混合-破碎-流化-傳輸?shù)取?/p>

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種聲波操控氣動(dòng)懸浮顆粒物的裝置，其特征在于：包括能產(chǎn)生正弦波音頻的信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、波導(dǎo)管、安裝在波導(dǎo)管兩端的兩個(gè)相同的Helmholtz聲源、以及放入波導(dǎo)管內(nèi)的氣動(dòng)懸浮顆粒；

所述Helmholtz聲源包括揚(yáng)聲器和Helmholtz共振器，Helmholtz共振器位于波導(dǎo)管端口與揚(yáng)聲器之間；

所述信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和揚(yáng)聲器依次相連，且組成閉合電學(xué)回路；

所述信號(hào)發(fā)生器輸出頻率和電壓振幅可調(diào)的音頻信號(hào)，經(jīng)功率放大器升高電壓后，向Helmholtz聲源的揚(yáng)聲器供入交流電信號(hào)，揚(yáng)聲器產(chǎn)生的小振幅聲波經(jīng)Helmholtz共振器放大后，在波導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生駐波聲場(chǎng)；

所述信號(hào)發(fā)生器輸出的音頻信號(hào)的頻率為實(shí)驗(yàn)獲得的波導(dǎo)管的若干階諧振頻率之一，頻率調(diào)控范圍為1Hz～20000Hz；波導(dǎo)管內(nèi)聲場(chǎng)的聲壓振幅調(diào)控范圍為0Pa～1500Pa。

優(yōu)選地：

所述揚(yáng)聲器的輸入電壓振幅包括特定的臨界電壓振幅；

在揚(yáng)聲器的輸入電壓振幅低于臨界電壓振幅時(shí)，氣動(dòng)懸浮顆粒在波導(dǎo)管內(nèi)遷移、聚集成呈條紋形分布的離散的條紋顆粒聚集團(tuán)；

在揚(yáng)聲器的輸入電壓振幅高于臨界電壓振幅時(shí)，氣動(dòng)懸浮顆粒在波導(dǎo)管內(nèi)遷移、懸浮、聚集成與波導(dǎo)管內(nèi)氣體介質(zhì)混合的流化顆粒聚集團(tuán)。

優(yōu)選地：

所述條紋顆粒聚集團(tuán)呈現(xiàn)為由多個(gè)顆粒堆疊組成的薄膜片狀，垂直于波導(dǎo)管內(nèi)聲波的傳輸方向；

所述流化顆粒聚集團(tuán)在波導(dǎo)管內(nèi)會(huì)整體移動(dòng)，其外部輪廓?jiǎng)討B(tài)改變；

且所述流化顆粒聚集團(tuán)在波導(dǎo)管內(nèi)呈現(xiàn)為若干個(gè)離散的聚集區(qū)域，顆粒在流化顆粒聚集團(tuán)內(nèi)部快速移動(dòng)。

優(yōu)選地：

所述波導(dǎo)管為環(huán)形，周長(zhǎng)為978mm；

所述臨界電壓振幅為7V；