[发明专利]超声空化云控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及声空化技术领域，具体涉及一种超声空化云控制装置和方法。

背景技术

超声波的空化效应是指当超声波在流体中传播时，在周期性的声场压力作用下，流体中出现大量微小的空泡随着声压不断进行周期性的膨胀和溃灭运动的现象。空泡膨胀-溃灭的过程时间极短（在数纳秒至微秒之间），空泡溃灭时在空泡内部会产生瞬时高温、高压，并使气泡内核液体界面的介质裂解。超声空化的这一特性为一些化学反应提供了独一无二的环境，使一些在常温常压下难以发生的化学反应得以发生，超声空化的这种声化学效应在能源、化工、医药等领域具有许多潜在应用。

众所周知，空化效应是通过一个个空泡溃灭产生的高温高压而发生作用的，但是这些空泡在空间的分布是不均匀的，它们会形成一定的空化结构，这些结构与声场密切相关，但是很难通过改变声场的方式对空化云进行有效控制。

随着对空化的研究和应用的深入，在超声清洗和声化学领域都出现了对空化云进行有效控制的需求。控制空化云的好处很多，比如避免换能器辐射面发生空蚀。由于换能器辐射面空蚀产生的碎屑可能污染被处理液体，由此限制了声化学的大规模工业应用。此外，控制空化云可以实现空化云的定位清洗，将能量集中在最需要的地方。为此就需要一种能够实现对空化云的形状和位置进行精确控制的装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提供了一种超声空化云控制装置和方法，可以简单方便地对空化云的形状和位置进行精确控制。

为实现上述目的，本发明提供一种超声空化云控制装置，包括：

换能器，用于将电能转换成超声波，所述超声波通过所述换能器的辐射面形成声场；

分流器，用于将接收到的水流进行分流，所述水流中具有气核；

调节阀，与所述分流器相导通，所述调节阀用于调节所述分流器分流出的水流流速；

支管，与所述调节阀相导通，所述支管用于输送所述水流；

喷嘴，与所述支管相导通，用于向所述辐射面喷射所述水流，所述气核在所述声场的作用下在所述水流中形成空泡，所述空泡聚集形成空化云；

所述喷嘴通过调节向所述辐射面喷射的所述水流的流速和方向从而控制所述空化云的形状。优选地，所述喷嘴为多个，多个所述喷嘴通过调节向所述辐射面喷射的所述水流的流速和方向从而控制所述空化云的形状。

优选地，所述喷嘴的数量为多个。

优选地，所述辐射面的表面为光滑表面。

优选地，所述装置还包括水泵，与所述分流器相导通，用于将水流输送入所述分流器。

优选地，所述装置还包括支架，所述喷嘴支撑在所述支架上。

优选地，所述换能器的工作频率为10kHz-100kHz。

优选地，所述换能器的平均辐射声强为2-6W/cm2。

本发明还提供了一种超声空化云控制方法，所述方法包括以下步骤：

分流器将水流进行分流并输送给调节阀；

所述调节阀对所述水流进行流速调节后输送给支管；

所述支管将所述水流输送给喷嘴；

所述喷嘴向换能器的辐射面喷射所述水流；

通过调节所述喷嘴向所述辐射面喷射的所述水流的流速和方向从而控制所述空化云形成的形状。

优选地，所述空化云形成具体包括：

所述换能器将电能转换成超声波；

所述超声波通过所述换能器的辐射面形成声场；

所述水流中的气核在所述声场作用下形成空泡，所述空泡聚集形成空化云。

本发明实现了对超声空化云的精确控制。在换能器辐射面附近的声场中布置多个喷嘴，喷嘴喷射出的水流在换能器的辐射面前端形成空化云。通过调节喷嘴的位置、方向以及水流流速从而达到了精确控制空化云形状和位置的目的，满足了在超声清洗和声化学领域对空化云进行有效控制的需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超声空化云控制装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种超声空化云控制装置的换能器和支架的侧视图；

图3为本发明实施例提供的应用一种超声空化云控制装置形成的空化云字母I时喷嘴位置方向示意图；

图4为本发明实施例提供的应用一种超声空化云控制装置形成的空化云字母示意图；

图5为本发明实施例提供的一种超声空化云控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。