超聲空化云控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種超聲空化云控制裝置。所述裝置包括換能器，分流器，調(diào)節(jié)閥，支管和噴嘴；所述換能器將電能轉(zhuǎn)換成超聲波，所述超聲波通過(guò)所述換能器的輻射面形成聲場(chǎng)；所述分流器將接收到的水流進(jìn)行分流并輸送給所述調(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)后輸送給所述支管，所述支管將所述水流輸送給所述噴嘴，所述噴嘴向所述換能器的輻射面噴射所述水流，所述水流中的氣核在所述聲場(chǎng)的作用下形成空泡，所述空泡聚集形成空化云，所述噴嘴通過(guò)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。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單方便地對(duì)超聲空化云的精確控制。
【專利說(shuō)明】超聲空化云控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及聲空化領(lǐng)域，具體涉及一種超聲空化云控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]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?？张菖蛎?潰滅的過(guò)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(wú)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。
[0003]眾所周知，空化效應(yīng)是通過(guò)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(guò)改變聲場(chǎng)的方式對(duì)空化云進(jìn)行有效控制。
[0004]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。此夕卜，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。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供了一種超聲空化云控制裝置，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。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種超聲空化云控制裝置，包括:換能器、分流器、調(diào)節(jié)閥、支管和噴嘴；
[0007]所述分流器和所述調(diào)節(jié)閥相導(dǎo)通，所述調(diào)節(jié)閥和所述支管相導(dǎo)通，所述支管和所述噴嘴相導(dǎo)通；
[0008]所述換能器將電能轉(zhuǎn)換成超聲波，所述超聲波通過(guò)所述換能器的輻射面形成聲場(chǎng)，所述分流器將接收到的水流進(jìn)行分流并輸送給所述調(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)后輸送給所述支管，所述支管將所述水流輸送給所述噴嘴，所述噴嘴向所述換能器的輻射面噴射所述水流，所述水流中的氣核在所述聲場(chǎng)的作用下形成空泡，所述空泡聚集形成空化云，所述噴嘴通過(guò)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。
[0009]優(yōu)選地，所述噴嘴的數(shù)量為多個(gè)。
[0010]優(yōu)選地,所述輻射面的表面為光滑表面。
[0011]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。[0012]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。
[0013]優(yōu)選地，所述換能器的工作頻率為lOkHz-lOOkHz。
[0014]優(yōu)選地，所述換能器的平均輻射聲強(qiáng)為2-6W/cm2。
[0015]本實(shí)用新型實(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超聲場(chǎng)中布置若干噴嘴，噴嘴噴射出的水流在換能器輻射面前端形成空化云。通過(guò)調(diào)整噴嘴的個(gè)數(shù)、位置、方向以及水流流速達(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。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種超聲空化云控制裝置的示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型實(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；
[0018]圖3為本實(shí)用新型實(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)噴嘴位置方向不意圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型實(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。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0021]在超聲場(chǎng)中對(duì)空化云的位置和形態(tài)進(jìn)行有效控制一直是工業(yè)領(lǐng)域?qū)栈瘧?yīng)用的一個(gè)難以突破的瓶頸。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)射流空化結(jié)構(gòu)(Jet-1nduced bubblestructures, JBS)空化云具有很好的可控性。通過(guò)在對(duì)超聲頻率、功率、福射區(qū)域、射流方向、流速、噴口直徑、水質(zhì)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，我們逐步建立了如本發(fā)明所述的一種控制空化云的新裝置，并且已經(jīng)能夠利用這種裝置形成空化云字母，顯示了這種裝置對(duì)空化云或者說(shuō)對(duì)空泡空間分布具有較好的控制力。
[0022]JBS結(jié)構(gòu)是一種在強(qiáng)聲場(chǎng)中出現(xiàn)的殖核空化云結(jié)構(gòu)，空化結(jié)構(gòu)必須有穩(wěn)定的氣核源，否則空化結(jié)構(gòu)無(wú)法持續(xù)存在。它的氣核源是在換能器附近區(qū)域注射水流，淹沒(méi)水流攜帶的氣核在超聲作用下形成空泡，在聲場(chǎng)壓縮波時(shí)除了少數(shù)大氣泡之外，大部分空泡都潰滅，這些潰滅的空泡在聲場(chǎng)舒張波時(shí)將回彈長(zhǎng)大，并在下一個(gè)壓縮波時(shí)再次潰滅，如此周而復(fù)始。當(dāng)然除了射流的影響之外，JBS的方向還受到聲場(chǎng)力和聲流的影響。JBS的控制可以通過(guò)控制水流的方式進(jìn)行控制，可控性比較好，可以形成空化云字母。
[0023]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種超聲空化云控制裝置的示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(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。
[0024]如圖所示，一種超聲空化云控制裝置包括:換能器1、噴嘴5。
[0025]換能器I將電能轉(zhuǎn)換成超聲波，換能器I包括輻射面2，超聲波通過(guò)輻射面2輻射出去，并在輻射面2附近進(jìn)而形成聲場(chǎng)，輻射面2的表面需光滑，沒(méi)有明顯瑕疵，工作時(shí)輻射面2上不應(yīng)粘附其他類型的空化云。輻射面2是換能器I與水接觸的表面，它實(shí)際上是換能器的前蓋板，它將超聲振動(dòng)傳遞給水流。在輻射面2附近布置多個(gè)噴嘴5，噴嘴5由固定鈕4安裝在支架3上，噴嘴5的位置、方向和個(gè)數(shù)都可以調(diào)整。[0026]水泵9和分流器8相導(dǎo)通，分流器8與調(diào)節(jié)閥7的一端相導(dǎo)通，調(diào)節(jié)閥7另一端與支管6相導(dǎo)通，支管6與噴嘴5相導(dǎo)通。當(dāng)超聲空化云控制裝置工作時(shí)，將水輸送入水泵9，水泵9將水流輸送入分流器8，分流器8將接收到的水流進(jìn)行分流，進(jìn)一步分成多路水流，多路水流再通過(guò)各自的調(diào)節(jié)閥7和支管6進(jìn)入多個(gè)噴嘴5，調(diào)節(jié)閥7可以對(duì)流經(jīng)噴嘴5的水流流速進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，然后噴嘴5向輻射面附近的聲場(chǎng)噴射水流，因噴射出的水流中攜帶有氣核，氣核在超聲波形成的聲場(chǎng)作用下形成空泡，大量空泡不斷聚集，最終在換能器輻射面的前端形成空化云11。
[0027]具體的，水流中攜帶的氣核并不是刻意加入，因?yàn)榧词购芨蓛舻牧黧w，內(nèi)部也不免含有小氣核或固體雜質(zhì)，固體雜質(zhì)表面有微小罅隙，罅隙里則藏有氣核。此外射流的卷吸作用也可能將流體其他區(qū)域的氣核隨射流射入換能器前端的強(qiáng)聲場(chǎng)中。因此一般情況下無(wú)需刻意加入氣核即可輕易實(shí)現(xiàn)射流空化云。當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際需要加入適當(dāng)直徑的氣核增強(qiáng)空化效果。
[0028]圖3為本實(shí)用新型實(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為本實(shí)用新型實(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。
[0029]如圖3所示，在本實(shí)施例中，輻射面2附近布置噴嘴3個(gè)，其中兩個(gè)噴嘴水平放置并保持平行，噴嘴口朝向右，另一個(gè)噴嘴垂直放置，噴嘴口朝向下。當(dāng)超聲空化云控制裝置工作時(shí)，將水輸送入水泵9，水泵9將水流輸送入分流器8，分流器8將接收到的水流進(jìn)行分流，進(jìn)一步分成3路水流，3路水流再通過(guò)各自的調(diào)節(jié)閥7和支管6分別進(jìn)入3個(gè)噴嘴5，通過(guò)調(diào)節(jié)閥7將噴嘴5噴射出的水流流速調(diào)整為3m/s，然后噴嘴5向輻射面2噴射水流，水流在超聲波形成的聲場(chǎng)作用下，在輻射面2的前端形成了空化云字母I。另外，如圖4所示，通過(guò)調(diào)整多個(gè)噴嘴5的位置、方向以及水流流速還可形成空化云字母O和A。
[0030]具體的，因噴嘴5噴射出的水流中攜帶有氣核，淹沒(méi)射流形成氣核源，氣核源與輻射面2間距約為l-10cm。
[0031]具體的，換能器I完全浸沒(méi)在水中，換能器I外有護(hù)罩(圖中未示出)，用于保護(hù)換能器，以及防止漏電。
[0032]優(yōu)選的，換能器I工作頻率為lOkHz-lOOkHz。
[0033]優(yōu)選的，換能器I的平均輻射聲強(qiáng)為2-6W/cm2。
[0034]在本實(shí)用新型提供的超聲空化云控制裝置工作時(shí)，需要先將換能器完全浸沒(méi)在水中，然后再啟動(dòng)換能器，以避免換能器因?yàn)榭蛰d燒毀。
[0035]本實(shí)用新型提供的一種超聲空化云控制裝置，通過(guò)在換能器輻射面附近的超聲場(chǎng)中布置若干噴嘴，通過(guò)調(diào)整噴嘴的個(gè)數(shù)、位置、方向以及射出的水流流速，可以在換能器輻射面前端形成形狀、位置可控的空化云。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)超聲空化云的精確控制，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。
[0036]最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲空化云控制裝置，其特征在于，所述裝置包括換能器、分流器、調(diào)節(jié)閥、支管和噴嘴； 所述分流器和所述調(diào)節(jié)閥相導(dǎo)通，所述調(diào)節(jié)閥和所述支管相導(dǎo)通，所述支管和所述噴嘴相導(dǎo)通； 所述換能器將電能轉(zhuǎn)換成超聲波，所述超聲波通過(guò)所述換能器的輻射面形成聲場(chǎng)，所述分流器將接收到的水流進(jìn)行分流并輸送給所述調(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)后輸送給所述支管，所述支管將所述水流輸送給所述噴嘴，所述噴嘴向所述換能器的輻射面噴射所述水流，所述水流中的氣核在所述聲場(chǎng)的作用下形成空泡，所述空泡聚集形成空化云，所述噴嘴通過(guò)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲空化云控制裝置，其特征在于，所述噴嘴的數(shù)量為多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲空化云控制裝置，其特征在于，所述輻射面的表面為光滑表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲空化云控制裝置，其特征在于，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲空化云控制裝置，其特征在于，所述裝置還包括支架，所述噴嘴支撐在所述支架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲空化云控制裝置，其特征在于，所述換能器的工作頻率為 IOkHz-1OOkHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲空化云控制裝置，其特征在于，所述換能器的平均輻射聲強(qiáng)為2-6W/cm2。
【文檔編號(hào)】B01J19/10GK203737655SQ201420125926
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】白立新, 鄧京軍, 李超, 徐德龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所