[发明专利]一种利用声涡旋场产生非实体管道的装置

说明书

本发明涉及一种利用声涡旋场产生非实体管道的装置，包括信号发生器、中空壳体和多个电声换能器组；多个电声换能器组嵌入中空壳体上，每个电声换能器的输入端与信号发生器的输出端连接；每组换能器的对称轴处在同一圆平面内，其声发射端面指向该组换能器阵列中心；各组沿中空壳体排布，调整换能器的输出功率使声涡旋场即可将流体约束在中心管状区域处，形成一虚拟的输运管道。本发明产生的非实体管道在输运物质时没有实际的管壁与被输运物质相接触，大大减小腐蚀和污染问题，可广泛用于生物化学、材料加工和3D打印领域，尤其是可解决3D打印喷头不能处理高温熔体的问题，推动3D打印技术的发展。

技术领域

本发明属于声悬浮技术领域，涉及一种利用声涡旋场产生非实体管道的装置。

背景技术

目前，输运流体的方法是利用各种实体管道，这些用眼睛能看得见，用手能摸得着的实体管道可由多种材料制成，如有机高分子、合金等。但是实体管道容易被腐蚀性较强的液体、温度较高的熔体腐蚀。另一方面，实体管道也容易污染被输运的物质。有些温度超高的熔体，如铪合金(熔点4215℃)和钨(熔点3410℃)熔体等，难以找到合适的实体管道来输运。在3D打印领域，由于管材的限制，实体打印喷头只能处理熔点较低的材料，如高分子塑料等。对于熔点较高的金属材料，3D打印采用的是激光熔敷金属粉末等技术，这些技术效率低，应用范围有限，大大限制了3D打印技术的发展。

近些年声悬浮技术，包括驻波声悬浮和近场声悬浮技术，都有了较大的发展。驻波声悬浮可用来悬浮尺寸毫米级的固体小球和液滴；近场声悬浮可用来悬浮质量公斤级的固体，如圆盘、转轴等。但是驻波声悬浮和近场声悬的声场都不能形成管状势阱，无法约束流体在其中流动。

涡旋场声悬浮作为一种新型悬浮技术，比传统的驻波声悬浮和近场声悬浮更具可操作性。涡旋波具有螺旋状的波前，其中心声场强度为零的特性不仅可以实现物体的稳定俘获，还在物质输运领域表现出了潜在的应用价值。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种利用声涡旋场产生非实体管道的装置，克服实体管道的局限性，达到非接触输运流体(如强腐蚀液体以及高温熔体)和固体颗粒的目的。

技术方案

一种利用声涡旋场产生非实体管道的装置，其特征在于包括信号发生器、中空壳体和多个电声换能器组；多个电声换能器组嵌入中空壳体上，每个电声换能器的输入端与信号发生器的输出端连接；每组换能器的对称轴处在同一圆平面内，其声发射端面指向该组换能器阵列中心；各组沿中空壳体排布，相邻两组换能器组两轴之间的夹角小于四十五度，各组之间的距离小于三个声波；所有换能器工作在同一频率，相邻换能器之间的相位差相等，为2π或2π的整数倍或分数倍除以该组中换能器的个数；所述每组换能器大于3个；所述声波为电声换能器在信号发生器驱动下产生的声波。

信号发生器的输入端连接信号控制系统，换能器工作频率和相邻换能器之间的相位差由信号控制系统控制。

信号发生器的输出端连接功率放大器。

所述换能器的声发射端面的形状为平面、凹球面、凹柱面或其它凹面形状。

有益效果