[發明專利]一種主動式壓電固液微混合器

有效

• 申請號: 202110507844.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113262691B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 陳松;劉海東;曹夢琪;羅罕頻
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B01F33/3031
• 分類號: B01F33/3031
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種主動式壓電固液微混合器，其特征在于，包括：上板1、中板2、下板3、第一壓電振子4、第二壓電振子5、小球6、絕緣膜7和漏斗8；所述上板1、中板2和下板3從上至下依次同心連接；所述上板1和中板2之間安裝有第一壓電振子4；所述第一壓電振子4由第一金屬基板41和第一壓電陶瓷片42同心粘接而成；所述第一金屬基板41的中心處開設有一通孔44；所述通孔44處安裝有漏斗8；所述漏斗8內填充有固體顆粒；所述第一金屬基板41在通孔44周圍均布設置有6個排氣孔43，排氣孔43的作用在于釋放腔內氣體，保證腔內外氣壓相等；所述下板3和中板2之間安裝有第二壓電振子5；所述第二壓電振子5與下板3同心連接；所述第二壓電振子5由第二金屬基板51和第二壓電陶瓷片52同心粘接而成；所述第二金屬基板51的上表面連接有絕緣膜7；所述絕緣膜7外緣與中板2密封連接；所述第一壓電振子4，中板2和絕緣膜7之間設置有混合腔22；所述中板2的兩側分別設置有進口23和出口24；所述混合腔22內部設有橫梁21；所述橫梁21與中板2相連；所述混合腔22內部設有小球6；所述小球6位于橫梁21的左側；漏斗8內的固體顆粒排出體積V與施加在第一壓電振子4上的驅動頻率f之間存在相應關系：其中ρ_V為固體顆粒的堆積密度，d為漏斗管道的內徑，Γ為無量綱振動強度，Γ₀為固體顆粒能夠掉落的最小振動強度，k₀、k₁為無量綱比例系數，g為重力系數；所述小球6的密度ρ₁大于固液混合流體密度ρ₂，且0＜ρ₁-ρ₂≤0.5g/cm³。

2.根據權利要求1所述的一種主動式壓電固液微混合器，其特征在于：所述橫梁21位于混合腔22內部靠近出口24的一端；所述第一壓電振子4在向上振動達到最大變形量時第一金屬基板41下表面與橫梁21上表面之間的間隙為最大工作間隙S1；所述橫梁21的上表面與第一金屬基板41之間的最大工作間隙S1小于小球6的直徑D，且0.6≤S₁/D＜1，這樣可以防止小球6跨過橫梁21；所述第二壓電振子5在向下振動達到最大變形量時絕緣膜7上表面與橫梁21下表面之間的間隙為最大工作間隙S2；所述橫梁21的下表面與絕緣膜7之間的最大工作間隙S2小于小球6的直徑D，且0.6≤S₂/D＜1，防止小球6跨過橫梁21。

3.使用根據權利要求1-2之一所述的一種主動式壓電固液微混合器的液體混合方法，其特征在于：

包括第一工作狀態、第二工作狀態、第三工作狀態；

第一工作狀態：外部動力源向進口23定量輸入待混合液體，然后停止，液體保留于腔體內，第一壓電振子4和第二壓電振子5不工作；

第二工作狀態：給第一壓電振子4施加交變電壓，第一壓電振子4開始振動；當施加與第一壓電陶瓷片42極化方向相同的電壓時，第一壓電振子4向下振動；當施加與第一壓電陶瓷片42極化方向相反的電壓時，第一壓電振子4向上振動；所述第一壓電振子4的振動帶動漏斗8振動使得固體顆粒不斷向下排出；給第二壓電振子5施加交變電壓，第二壓電振子5開始振動；當施加與第二壓電陶瓷片52極化方向相同的電壓時，第二壓電振子5向上振動；當施加與第二壓電陶瓷片52極化方向相反的電壓時，第二壓電振子5向下振動；所述第二壓電振子5上下振動使液體和固體顆粒獲得初步的混合效果；同時，第二壓電振子5振動帶動小球6運動，由于小球6的滯后性，多個小球6會產生相互碰撞，碰撞使得小球6對液體和固體顆粒的擾流加劇，從而提高混合效率；

第三工作狀態，在液體和固體顆粒混合后，出口24處的輸出動力源將混合溶液抽出；在混合溶液抽出時會在出口24處遇到橫梁21的阻礙而產生復雜的漩渦群，所產生的漩渦群會進一步加劇混合；

三個工作狀態的交替進行就能實現液體和固體顆粒的持續高效混合。