[发明专利]一种声波操控气动悬浮颗粒物的装置及方法

说明书

本发明公开了一种声波操控气动悬浮颗粒物的装置及方法，其特征在于包括能产生正弦波音频的信号发生器、功率放大器、安装在波导管两个末端的两个相同Helmholtz声源以及放入波导管内的气动悬浮颗粒。通过确定气动悬浮颗粒由流化颗粒聚集团状态向条纹形堆积的条纹颗粒聚集团状态进行转变的临界电压振幅，在低/高于临界电压振幅的数值范围内，平衡调制气动悬浮颗粒受到的声辐射力和二次辐射力，调控条纹颗粒聚集团和流化颗粒聚集团离散分布特性，使大量颗粒发生有序的静态或动态颗粒条纹团聚过程，或者在气体介质驻波空间中发生流态化可调的颗粒群体性迁移，改善气动悬浮颗粒的碰撞、团聚、沉降、脱除、混合、破碎、流化、传输过程。

技术领域

本发明涉及一种声波操控气动悬浮颗粒物的装置及方法，属于气动悬浮颗粒操控领域。

背景技术

燃烧源悬浮颗粒、磨煤机研磨出的煤粉、除尘器收集的粉尘、燃烧所产生烟气中的颗粒物、大气环境中空气悬浮颗粒、化妆品气溶胶颗粒等生产生活场合中常常遇到的实际多分散系颗粒物通常尺寸类型复杂，研发出能够灵活无接触操控悬浮颗粒复杂运动和演化行为(包括团聚、破碎、悬浮、碰撞、沉降、脱除和传输等)的装置和系统是颗粒学重点关注的重要课题，对于指导利用颗粒物的工业生产应用意义重大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供及一种声波操控气动悬浮颗粒物的装置及方法，本发明通过调节扬声器的输入电压振幅和频率，在波导管内构造参数可控的非均匀声场，借助某特定电压振幅的高低变化来平衡调制悬浮颗粒受到的二次辐射力和声辐射力，进而灵活无接触操控悬浮颗粒在波导空间内的复杂运动演化行为，包括碰撞-团聚-悬浮-沉降-脱除和混合-破碎-流化-传输等。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种声波操控气动悬浮颗粒物的装置，其特征在于：包括能产生正弦波音频的信号发生器、功率放大器、波导管、安装在波导管两端的两个相同的Helmholtz声源、以及放入波导管内的气动悬浮颗粒；

所述Helmholtz声源包括扬声器和Helmholtz共振器，Helmholtz共振器位于波导管端口与扬声器之间；

所述信号发生器、功率放大器和扬声器依次相连，且组成闭合电学回路；

所述信号发生器输出频率和电压振幅可调的音频信号，经功率放大器升高电压后，向Helmholtz声源的扬声器供入交流电信号，扬声器产生的小振幅声波经Helmholtz共振器放大后，在波导管内产生驻波声场；

所述信号发生器输出的音频信号的频率为实验获得的波导管的若干阶谐振频率之一，频率调控范围为1Hz～20000Hz；波导管内声场的声压振幅调控范围为0Pa～1500Pa。

优选地：

所述扬声器的输入电压振幅包括特定的临界电压振幅；

在扬声器的输入电压振幅低于临界电压振幅时，气动悬浮颗粒在波导管内迁移、聚集成呈条纹形分布的离散的条纹颗粒聚集团；

在扬声器的输入电压振幅高于临界电压振幅时，气动悬浮颗粒在波导管内迁移、悬浮、聚集成与波导管内气体介质混合的流化颗粒聚集团。

优选地：

所述条纹颗粒聚集团呈现为由多个颗粒堆叠组成的薄膜片状，垂直于波导管内声波的传输方向；

所述流化颗粒聚集团在波导管内会整体移动，其外部轮廓动态改变；

且所述流化颗粒聚集团在波导管内呈现为若干个离散的聚集区域，颗粒在流化颗粒聚集团内部快速移动。

优选地：

所述波导管为环形，周长为978mm；

所述临界电压振幅为7V；