[发明专利]超声速自由旋涡纳米粒子分离装置

权利要求书

1.一种超声速自由旋涡纳米粒子分离装置，用于分离微米粒子、亚微米粒子和纳米粒子，其特征在于，包括将粒子加速至超声速的粒子流道（10）、引入高压气体和固体混合物进入所述粒子流道（10）的入口（20）、安装在所述粒子流道（10）壁面的大粒子出口（30）及设置在所述粒子流道（10）下游的纳米粒子出口（40）；其中，

所述粒子流道（10）包括具有自由旋涡喷管结构的喷管前段（11）以及与所述喷管前段（11）相接的保持粒子流场自由旋涡参数分布的喷管后段（12）。

2.根据权利要求1所述的纳米粒子分离装置，其特征在于，所述喷管前段（11）包括连接所述入口（20）的亚声速收缩段（112）、连接在所述亚声速收缩段（112）下游的喷管对称段（114）及连接在所述喷管对称段（114）下游的喷管非对称段（116）；

所述喷管非对称段（116）包括与所述喷管对称段（114）相接的均匀流区（116a）、与所述喷管后段（12）相接且使粒子呈自由旋涡流动的非简单波区（116c）及设置在所述均匀流区（116a）和所述非简单波区（116c）之间的简单波区（116b）。

3.根据权利要求2所述的纳米粒子分离装置，其特征在于，所述非简单波区（116c）的外周壁的第一壁面型线（ce）为以所述粒子流道（10）的旋涡中心为中心的圆弧段，满足以下关系式：

其中，ρ_粒为粒子密度，v_粒为粒子的运动速度，d为粒子直径，r为粒子的旋转半径，p₁为粒子内侧所受的气体压力，p₂为粒子外侧所受的气体压力，γ为气体比热比，T₀为气体静止时的温度，R为气体常数，r_d为所述非简单波区（116c）的出口内径，M_d为所述非简单波区（116c）的出口内径处的气体马赫数，p为气体运动时垂直于运动方向的压力，P₀为气体由运动减速到滞止状态时的压力，y为粒子以旋涡中心为圆点在径向方向的距离，Xd=1+γ-12(Md)2.]]>