CN110193316A - 一种流体激励器及流体激励*** - Google Patents

一种流体激励器及流体激励*** Download PDF

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初永政
夏焕明
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Nanjing University of Science and Technology
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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Abstract

本发明公开了一种流体激励器及流体激励***，该***包括气源、时间继电器、电磁转向阀、流体激励器，由电磁转向阀输出的多个气路分别连接到流体激励器的多个入气口，通过时间继电器的控制实现多条气路交替工作；所述流体激励器包括多个进气口、与进气口对应的多个激励进气口、出气口、弹性膜、通孔、振荡空腔，所述进气口通过气路与激励进气口相连通；所述激励进气口均布弹性膜下端；所述激励器内部设有振荡空腔；所述弹性膜设置在振荡空腔内，且弹性膜四周固定；所述振荡空腔下端中间设有出气口；所述出气口位于弹性膜下端，且位于激励进气口内侧；所述振荡空腔上端设有通孔；本发明适用于腔室的流体扰动混合，具有较好的通用性。

Description

一种流体激励器及流体激励***
技术领域
本发明属于微流控领域，特别是一种流体激励器及流体激励***。
背景技术
微流控是一项涉及到精密机械、流体力学、生物医学、化学等多个领域的交叉性科学技术，在生化分析、医疗诊断、药物筛选等方面存在广泛应用，并具有效率高、所需试样/试剂少、仪器设备便于小型化设计等优点，因而在近年获得了较快发展。而微流体混合强化则是微流控技术研究当中的一个主要关键问题。在低尺度下，液体的惯性力减弱而粘性力逐渐增强，混合变得困难，与此同时，在混合腔密闭的条件下，由于流体与壁面接触面积增加，且流体的伸缩收到了局限，使得密闭腔室内流体的混合更加困难。常见的微混合器设计分为主动和被动两种方式。
主动混合***采用外力，包括气动力、电磁力、超声波等来强化混合。比如：Niu X,Lee Y K.Efficient spatial-temporal chaotic mixing in microchannels(J).Journalof Micromechanics and Microengineering,2003,13(3):454，发表了一种借助外部动力给流体施加一个扰动增加液体的接触面积，从而达到促进混合的效果，但是这种设计需要借助较多的外部器件，整个***体积庞大；
被动混合***常采用特别设计的流体通道结构对流体产生扰动，从而促进混合。H.M.Xia,Z.P.Wang,Y.X.Koh,K.T.May,A microfluidic mixer with self-excited'turbulent'fluid motion for wide viscosity ratio applications,Lab Chip,10(2010)1712-1716，发表了一种可用于流体混合的多通道结构，通过对流体的拉伸和折叠操作来增加流体的接触面积，上述这种混合器结构复杂，加工困难、成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体激励器及流体激励***，可适用于解决封闭微室内流体混合的不均匀、效率低且外部设备复杂，体积庞大的问题，具有较好的通用性。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种流体激励器，包括多个进气口、与进气口对应的多个激励进气口、出气口、弹性膜、通孔、振荡空腔；所述进气口通过气路与激励进气口相连通；所述激励进气口均布弹性膜下端；所述激励器内部设有振荡空腔；所述弹性膜设置在振荡空腔内，且弹性膜四周固定；所述振荡空腔下端中间设有出气口；所述出气口位于弹性膜下端，且位于激励进气口内侧；所述振荡空腔上端设有通孔。
一种流体激励***，包括气源、时间继电器、电磁转向阀、流体激励器；所述气源与电磁转向阀相连，用以提供稳定气压；所述时间继电器用以控制电磁转向阀的转向频率；所述电磁转向阀的多个气路分别与流体激励器的多个进气孔相连，用以变换流体激励器的气路导通。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明的流体激励***对液体的混合效果好，因为本***是采用两种振动模态交替进行促进混合，是以混沌对流的方式去促进混合，效果会比单一模态的混合方式更加高效可靠。
(2)相比于其他传统的主动混合***，本发明的流体激励***不需要庞大复杂的外部处理电路，***结构简单小巧。
(3)本发明的流体激励***因外部输入的气压可以调节大小，因此可以调节对流体的能量输出，可以针对不同样本的需求调整，不会对样本产生破坏，可靠性好。
(4)本发明的流体激励***只需外部压力驱动产生气压。气源可采用微型气泵，体积小，所需电压低，可由电池驱动，利于便携式设计，能耗小，节能环保。
(5)本发明的流体激励器结构简单，加工成本低。
(6)本发明的流体激励***可以通过外部气压调节控制振动的频率，且通过结合调节两种振动模态的手段可以在一定程度上实现对固体小颗粒的操控。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是流体激励***的组成图。
图2是本发明的流体激励器主视图。
图3是本发明的流体激励器俯视图。
图4是混合实验腔室内部显微拍摄图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1、图2，本发明的一种流体激励器，包括多个进气口1、与进气口1对应的多个激励进气口2、出气口3、弹性膜4、通孔5、振荡空腔6；所述进气口1通过气路与激励进气口2相连通；所述激励进气口2均布弹性膜4下端；所述激励器内部设有振荡空腔6；所述弹性膜4设置在振荡空腔6内，且弹性膜4四周固定；所述振荡空腔6下端中间设有出气口3；所述出气口3位于弹性膜4下端，且位于激励进气口2内侧；所述振荡空腔6上端设有通孔5，用以弹性膜4振荡时能量的传递。
进一步的，所述弹性膜4上端设有一个或多个凸起7；所述通孔5的数量与凸起一致；凸起7位于通孔5内；工作时凸起7直接作用在腔室底部，进而对腔室内流体造成扰动。
结合图3，一种流体激励***，包括气源、时间继电器、电磁转向阀、流体激励器；所述气源与电磁转向阀相连，用以提供稳定气压；所述时间继电器用以控制电磁转向阀的转向频率；所述电磁转向阀的多个气路分别与流体激励器的多个进气孔相连，用以变换流体激励器的气路导通。
优选的，所述气源为微泵，功率6W-12W。
作为一种实施方式，所述电磁转向阀为二位三通阀，所述流体激励器设有两个进气孔。
结合图1，工作时，由电磁转向阀输出两条气路分别为气路A、气路B，分别与流体激励器的两个进气口1连接，A、B两路气流通过流体激励器内的通道对弹性膜4形成激励，分别形成激励源A、B，激励源A、B导致流体形成两种运动模态，形成混沌对流，进而促进流体高效混合。
实施例
结合图1，一种流体激励***，气源是一个额定电压12V，额定功率12W的微泵，通过时间继电器与电磁继电器将微泵输出的单通路气流转化为双通路，且可以控制两个气路交替通气，转换频率0.1-5Hz；结合图2，两个管道输出的气流由入气口1通入，通过气口2将弹性膜4顶起，接着从排气口3排出。
结合图4，本实例中封闭的混合腔室的形状大小与流体激励器相适合；腔室底部是厚度不超过200μm的薄膜，厚度薄的薄膜更容易通过机械振动的方式将能量传递到流体中，腔室内部提前注满液体，并在腔室右侧部分加入一点红色颜料。A区域为未混合区域，B区域为颜料区域。
将时间继电器转换频率设定为2s气路转换一次，腔室内的液体受到弹性膜两种模态交替进行的扰动开始混合，如图4(a)在开始混合之前液体中红色集中在右半侧(B区域)，大约混合30s，如图4(b)，腔室内液体基本上呈现均匀的红色，液体基本混合。混合时间短、效果好，效率高。

Claims (6)

1.一种流体激励器，其特征在于，包括多个进气口(1)、与进气口(1)对应的多个激励进气口(2)、出气口(3)、弹性膜(4)、通孔(5)、振荡空腔(6)；所述进气口(1)通过气路与激励进气口(2)相连通；所述激励进气口(2)位于弹性膜(4)下端；所述激励器内部设有振荡空腔(6)；所述弹性膜(4)设置在振荡空腔(6)内，且弹性膜(4)四周固定；所述振荡空腔(6)下端中间设有出气口(3)；所述出气口(3)位于弹性膜(4)下端，且位于激励进气口(2)内侧；所述振荡空腔(6)上端设有通孔(5)。
2.根据权利要求1所述的流体激励器，其特征在于，所述弹性膜(4)上端设有一个或多个凸起(7)；凸起(7)位于通孔(5)内。
3.根据权利要求1所述的流体激励器的一种流体激励***，其特征在于，包括气源、时间继电器、电磁转向阀、流体激励器；所述气源与电磁转向阀相连，用以提供稳定气压；所述时间继电器用以控制电磁转向阀的转向频率；所述电磁转向阀的多个气路分别与流体激励器的多个进气孔相连，用以变换流体激励器的气路导通。
4.根据权利要求3所述的流体激励器的一种流体激励***，其特征在于，所述气源为微泵。
5.根据权利要求3所述的流体激励器的一种流体激励***，其特征在于，所述电磁转向阀为二位三通阀，所述流体激励器设有两个进气孔。
6.根据权利要求3所述的流体激励器的一种流体激励***，其特征在于，所述弹性膜(4)上端设有一个或多个凸起(7)；凸起(7)位于通孔(5)内。
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彭金辉等编著: "《微流体溶剂萃取技术》", 30 June 2015, 北京：冶金工业出版社 *

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