[发明专利]一种主动式压电固液微混合器

权利要求书

1.一种主动式压电固液微混合器，其特征在于，包括：上板1、中板2、下板3、第一压电振子4、第二压电振子5、小球6、绝缘膜7和漏斗8；所述上板1、中板2和下板3从上至下依次同心连接；所述上板1和中板2之间安装有第一压电振子4；所述第一压电振子4由第一金属基板41和第一压电陶瓷片42同心粘接而成；所述第一金属基板41的中心处开设有一通孔44；所述通孔44处安装有漏斗8；所述漏斗8内填充有固体颗粒；所述第一金属基板41在通孔44周围均布设置有6个排气孔43，排气孔43的作用在于释放腔内气体，保证腔内外气压相等；所述下板3和中板2之间安装有第二压电振子5；所述第二压电振子5与下板3同心连接；所述第二压电振子5由第二金属基板51和第二压电陶瓷片52同心粘接而成；所述第二金属基板51的上表面连接有绝缘膜7；所述绝缘膜7外缘与中板2密封连接；所述第一压电振子4，中板2和绝缘膜7之间设置有混合腔22；所述中板2的两侧分别设置有进口23和出口24；所述混合腔22内部设有横梁21；所述横梁21与中板2相连；所述混合腔22内部设有小球6；所述小球6位于横梁21的左侧；漏斗8内的固体颗粒排出体积V与施加在第一压电振子4上的驱动频率f之间存在相应关系：其中ρ_V为固体颗粒的堆积密度，d为漏斗管道的内径，Γ为无量纲振动强度，Γ₀为固体颗粒能够掉落的最小振动强度，k₀、k₁为无量纲比例系数，g为重力系数；所述小球6的密度ρ₁大于固液混合流体密度ρ₂，且0＜ρ₁-ρ₂≤0.5g/cm³。

2.根据权利要求1所述的一种主动式压电固液微混合器，其特征在于：所述横梁21位于混合腔22内部靠近出口24的一端；所述第一压电振子4在向上振动达到最大变形量时第一金属基板41下表面与横梁21上表面之间的间隙为最大工作间隙S1；所述横梁21的上表面与第一金属基板41之间的最大工作间隙S1小于小球6的直径D，且0.6≤S₁/D＜1，这样可以防止小球6跨过横梁21；所述第二压电振子5在向下振动达到最大变形量时绝缘膜7上表面与横梁21下表面之间的间隙为最大工作间隙S2；所述横梁21的下表面与绝缘膜7之间的最大工作间隙S2小于小球6的直径D，且0.6≤S₂/D＜1，防止小球6跨过横梁21。

3.使用根据权利要求1-2之一所述的一种主动式压电固液微混合器的液体混合方法，其特征在于：

包括第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态；

第一工作状态：外部动力源向进口23定量输入待混合液体，然后停止，液体保留于腔体内，第一压电振子4和第二压电振子5不工作；

第二工作状态：给第一压电振子4施加交变电压，第一压电振子4开始振动；当施加与第一压电陶瓷片42极化方向相同的电压时，第一压电振子4向下振动；当施加与第一压电陶瓷片42极化方向相反的电压时，第一压电振子4向上振动；所述第一压电振子4的振动带动漏斗8振动使得固体颗粒不断向下排出；给第二压电振子5施加交变电压，第二压电振子5开始振动；当施加与第二压电陶瓷片52极化方向相同的电压时，第二压电振子5向上振动；当施加与第二压电陶瓷片52极化方向相反的电压时，第二压电振子5向下振动；所述第二压电振子5上下振动使液体和固体颗粒获得初步的混合效果；同时，第二压电振子5振动带动小球6运动，由于小球6的滞后性，多个小球6会产生相互碰撞，碰撞使得小球6对液体和固体颗粒的扰流加剧，从而提高混合效率；

第三工作状态，在液体和固体颗粒混合后，出口24处的输出动力源将混合溶液抽出；在混合溶液抽出时会在出口24处遇到横梁21的阻碍而产生复杂的漩涡群，所产生的漩涡群会进一步加剧混合；

三个工作状态的交替进行就能实现液体和固体颗粒的持续高效混合。