CN101455922B - 分离中性浮力颗粒的流体装置和方法 - Google Patents

分离中性浮力颗粒的流体装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及分离中性浮力颗粒的流体装置和方法，其中利用螺旋装置的弯曲通道来在中性浮力微粒上引入离心力，以便于促进这些微粒从流体中分离，所述中性浮力微粒在例如水的流体中流动。当这些中性浮力微粒流经所述通道时，管状收缩效应导致所述微粒流入管状带中。所引入的离心力扰乱了所述管状带(例如迫使所述管状带以偏离所述通道中心的方式流动)，从而导致所述带向通道内壁不对称惯性移动。这可以将悬浮微粒集中和压缩在窄带内进行提取。在这里预期的分离原理实现了所述离心力和流体力的平衡，从而实现了内侧壁附近的不对称惯性平衡。

Description

分离中性浮力颗粒的流体装置和方法
技术领域
本发明涉及分离中性浮力颗粒的流体装置和方法。
背景技术
传统市政水处理(MWT)和其他类型的水净化系统包括多级过滤和进行混凝，絮凝和沉淀的逐级处理步骤。尽管很多设施有更多的中间过滤步骤，但是最少的两级过滤通常包括在入口处的2-3毫米网眼的粗网过滤器和最后的20-40μm多介质过滤器。中性浮力粒子(如与水的密度大致相同的颗粒)只能通过过滤或电化学改性沉淀。从水中分离这些类型的颗粒是非常困难的。此外，这些颗粒通常是TOC(总有机碳)并且对主要浊度问题做出贡献。
一种用于无膜筛选和分离的螺旋式流体装置已经被开发出来。一般来说，这种装置对与水相比具有密度差的微粒是非常有用的，由于具有密度差，从而产生了为了分离目的而横向迁移通过通道所必需的离心力或浮力。然而，中性浮力颗粒存在特殊情形，因此需要额外的有关流体特性的考虑来实现分离。迄今为止，这些额外的考虑因素没有得到充分的探讨。
发明内容
在目前所述的实施例的一方面，该系统包括一个入口以接收至少一部分含有中性浮力颗粒的流体，一个螺旋通道，在其中流体以一种使得所述中性浮力颗粒流入一个偏离所述通道中心的管状带中的方式流动，一个用于管状带在其中流动的流体的第一出口，和一个用于剩余流体或出水的第二出口。
在目前所述的实施例的另一方面，所述入口是成角度的，以利用墙壁摩擦力促进撞击流的附着的柯恩达效应来促进尽早地沿所述螺旋通道的内壁的所述管状带的形成。
在目前所述的实施例的另一方面，该系统还包括一个与所述螺旋通道相套的第二螺旋通道，从而由于流经所述第二螺旋通道使所述管状带变窄。
在目前所述的实施例的另一方面，该系统还包括一个连接到所述螺旋通道的第二出口的第二入口，以接收剩余流体，一个第二螺旋通道，在其中剩余流体流动从而剩余中性浮力微粒在一个偏离所述第二通道的中心的第二管状带中流动，一个第三出口，用于第二管状带在其中流动的流体，和一个第四出口，用于更多剩余流体。
在目前所述的实施例的另一方面，所述剩余的中性浮力微粒的尺寸与从第一出口排出的中性浮力微粒的尺寸不同。
在目前所述的实施例的另一方面，该系统还包括一个第二螺旋通道，其中至少有另一部分流体流动。
在目前所述的实施例的另一方面，该系统还包括一个在所述第一出口和入口之间的一个循环通道。
在目前所述的实施例的另一方面，管状带作为流体粘度、平均通道速度、微粒半径、流体密度，通道水力直径、角速度和横跨微粒的速度差中至少一种的函数来形成。
在目前所述的实施例的另一方面，管状带作为所述螺旋通道的曲率半径的函数偏离所述通道的中心。
在目前所述的实施例的另一方面，螺旋通道是一个螺旋缠绕结构。
在目前所述的实施例的另一方面，螺旋通道是一个螺旋盘旋结构。
在目前所述的实施例的另一方面，该方法包括在进口入口处接收含有平衡浮力中性浮力微粒的至少一部分流体，建立一个在螺旋通道内的流体流，在其中所述平衡浮力中性浮力微粒通过螺旋通道以一种不对称的方式流入管状带中、通过所述通道的第一排出口出口输出所述管状带在其中流动的流体并通过所述螺旋通道的第二排出口出口输出剩余流体。
在目前所述的实施例的另一方面，以一个角度接收流体以便于形成沿所述螺旋通道内壁面的管状带。
在目前所述的实施例的另一方面，该方法还包括建立一个通过与所述螺旋通道嵌套的第二螺旋通道的第二流体流，以便使该管状带变窄。
在目前所述的实施例的另一方面，该方法还包括在一个与第一螺旋通道串联的第二螺旋通道内建立一个剩余流体流，以分离与从第一出口输出的中性浮力微粒尺寸不同的中性浮力微粒。
在目前所述的实施例的另一方面，该方法还包括在一个第二螺旋通道中建立至少另一部分流体流。
在目前所述的实施例的另一方面，该方法还包括从第一出口输出的至少一部分流体在系统中循环。
在目前所述的实施例的另一方面，管状带中的中性浮力微粒流可以作为流体粘度、平均通道速度、微粒半径、流体密度、通道水力直径、角速度和横跨微粒的速度差的函数来调整。
在目前所述的实施例的另一方面，管状带流的不对称方式是所述螺旋通道的曲率半径的一个函数。
附图说明
图1是表示一个流经通道的微粒和施加在其上的力；
图2(a)和(b)表示了微粒提取的挑选量，
图3(a)-(f)表示了依据目前描述的实施方式的一个螺旋装置的实施例；
图4表示了依据目前描述的实施方式的另外一个实施例；
图5表示了依据目前描述的实施方式的另外一个实施例；
图6(a)和(b)表示了依据目前描述的实施方式的更进一步的实施例；
图7(a)和(b)表示了依据目前描述的实施方式的更进一步的实施例；以及
图8表示了依据目前描述的实施方式的更进一步的一个实施例。
具体实施方式
目前所述的实施例利用一个螺旋装置的弯曲通道来在中性浮力微粒(例如：具有和水大致相同密度的微粒，或所述微粒存于其中的流体)上引入一个离心力，以便于促进这些微粒从流体中分离，所述中性浮力微粒在一流体，例如水，中流动。当这些中性浮力微粒流经所述通道时，管状收缩效应导致所述微粒流入一个管状带中。所引入的离心力扰乱了所述管状带(例如迫使所述管状带以偏离所述通道中心的方式流动)，从而导致所述带向通道内壁不对称惯性移动。这种力量平衡可以将悬浮微粒集中和压缩在一个窄带内进行提取。在这里预期的分离原理实现了所述离心力和流体力的平衡，从而实现了内侧壁附近的不对称惯性平衡。入流向内壁成角度的冲击也使得带区更早形成，这归因于柯恩达效应，在该效应中利用壁面摩擦力粘附撞击流。
目前所描述的实施例是关于一个无膜筛选技术，其能够以连续流且高处理量运行。工作原理主要依赖一个弯曲螺旋通道结构内的纯粹流体流，而不需要过滤界面或外力场。根据所设计的尺寸截留率，稳定的横向力分量将微粒流浓缩并转向。螺旋流过滤概念能处理基于尺寸和质量的微粒，包括生物药剂，的分离。简单的设计使该装置既易于与其他下游工艺组合应用，也能够作为单机、高处理量、宏观规模或精细微观规模芯片实验室应用。
关于图1，表示了具有一个微粒12流经那儿的一个弯曲通道10(比如螺旋的一个弯曲部分)。可以看出，显示了通道中不对称的管状收缩效应—由各种力造成的。这些力包括一个来自所述内壁的升力Fw，一个萨夫曼力Fs，马格努斯力Fm和离心力Fcf。应该认识到所述离心力Fcf是作为所述通道的曲率半径的一个函数产生的。在这点上，这个附加的离心力Fcf导致了所述的缓慢二次流或迪恩涡流(由虚线箭头表示)，该二次流或涡流扰乱了所述的规则管状收缩效应的对称性。微粒都集中在等流速线的内平衡区(表示在虚线椭圆形内)。
更明确地，众所周知在直通道内的流体剪切产生了侧向力，该侧向力导致了微粒的惯性移动。G.塞格雷和A.西尔伯贝格，自然，189节209页(1961)，G.塞格雷和A.西尔伯贝格，杂志.流体机械，14节136页(1962)，D.礼顿和A.埃克里沃斯，Z.安格尤.数学.物理，36节174页(1985)，P.卡如凯特，和J.B.麦克劳克林，流体机械，263节1页(1994)，P.G.萨夫曼，杂志.流体机械，22节385页(1965)，S.I.鲁宾诺和J.B.凯勒，杂志.流体机械，11节447页(1961)，B.P.侯和L.G.莱亚尔，杂志，流体机械，65节365页(1974)，P.瓦瑟尔和R.G.考克斯，杂志.流体机械，78节385页(1976)，J.冯，H.H.胡和D.D.约瑟夫，流体机械，277节271页(1994)，E.埃习莫尔坞，杂志.流体机械，381节63页(1999)，E.埃习莫尔坞，物理流体，14节15页(2002)，J.-P.麦塔斯，J.F.莫里斯和E.Guazzelli，杂志.流体机械，515节171页(2004年)，B.H.杨，J.王，D.D.约瑟夫，H.H.胡T.-W.潘和R.Glowinski，杂志.流体机械，540节109页(2005)，E.E.迈克尔利德斯，杂志.流体工程，125节209页，(2003)，P.卡如凯特和J.B.麦克劳克林，国际杂志.多相流，16节899页(1990)，P.卡如凯特，J.B.麦克劳克林和A.L.格雷厄姆，国际杂志.多相流，20节339页(1994)。(G.Segréand A.Silberberg，Nature，v.189，p.209(1961)，G.Segréand A.Silberberg，J.Fluid Mech.，v.14，p.136(1962)，D.Leighton and A.Acrivos，Z.angew.Math.Phys.，v.36p.174(1985)，P.Cherukat，and J.B.McLaughlin，J.Fluid Mech.，v.263，p.1(1994)，P.G.Saffman，J.Fluid Mech.，v.22，p.385(1965)，S.I.Rubinow andJ.B.Keller，J.Fluid Mech.，v.11，p.447(1961)，B.P.Ho and L.G.Leal，J.Fluid Mech.，v.65，p.365(1974)，P.Vasseur and R.G.Cox，J.Fluid Mech.，v.78，p.385(1976)，J.Feng，H.H.Hu and D.D.Joseph，J.Fluid Mech.，v.277，p.271(1994)，E.Ashmolov，J.Fluid Mech.，v.381，p.63(1999)，E.Ashmolov，Phys.Fluids，v.14，p.15(2002)，J.-P.Matas，J.F.Morris andGuazzelli，J.Fluid Mech.，v.515，p.171(2004)，B.H.Yang，J.Wang，D.D.Joseph，H.H.Hu，T.-W.Pan and R.Glowinski，J.Fluid Mech.，v.540，p.109(2005)，E.E.Michaelides，J.Fluids Eng.，v.125，p.209，(2003)，P.Cherukat and J.B.McLaughlin，Int.J.Multiphase Flow，v.16，p.899(1990)，P.Cherukat，J.B.McLaughlin and A.L.Graham，Int.J.Multiphase Flow，v.20，p.339(1994).)
G.塞格雷和A.西尔伯贝格，自然，189节209页(1961)，和G.塞格雷和A.西尔伯贝格，杂志.流体机械，14节136页(1962)(G.Segré and A.Silberberg，Nature，v.189，p.209(1961)，and G.Segréand A.Silberberg，J.Fluid Mech.，v.14，p.136(1962))，实验性地的证明了管状收缩效应，其中中性浮力颗粒移动形成一个0.6D宽的对称带，其中D是所述通道的直径。在二次泊肃叶流中，三个贡献因素说明了刚性球的侧向移动。所述壁升力，Fw，由于润滑剂的缘故用于从壁面排斥微粒。D.礼顿和A.埃克里沃斯，Z.安格尤.数学.物理，36节174页(1985)，P.卡如凯特，和J.B.麦克劳克林，流体机械，263节1页(1994)(D.Leighton and A.Acrivos，Z.angew.Math.Phys.，v.36p.174(1985)，P.Cherukat，and J.B.McLaughlin，J.Fluid Mech.，v.263，p.1(1994))。第二个贡献因素是所述的萨夫曼惯性升力，Fs，由于剪切位移而指向所述壁面。
(1) F s = 6.46 ηVa R e 1 / 2
其中η，V，a和Re分别是流体粘度、平均通道速度、微粒半径和由下式确定的通道雷诺数：
(2)Re＝ρVD/η
其中ρ和D是流体密度和通道水力直径。[10，14]。第三是马格努斯力，Fm，由于微粒旋转而指向所述壁面。
(3)[0001]Fm＝1
其中Ωr是由ΔV/r确定的角速度而ΔV是横跨所述微粒的速度差。S.I.鲁宾诺和J.B.凯勒，杂志.流体机械，11节447页(1961)(S.I.Rubinow and J.B.Keller，J.Fluid Mech.，v.11，p.447(1961))。Fw施加在壁面附近并与Fs和Fm的合力相平衡从而将微粒限定在一个带内。G.塞格雷和A.西尔伯贝格，杂志.流体机械，14节136页(1962)(G.Segré and A.Silberberg，J.Fluid Mech.，v.14，p.136(1962))，揭示了一个简化长度参数来以一种简单的形式换算这个管状收缩效应，
(4) L = ( ρVl η ) ( a d ) 3
其中/是实际的通道长度而d是水力通道半径。在环形通道几何学中，离心力，Fcf，改变了所述对称管状收缩效应。由这个力产生的流体惯性造成了二次横流或迪恩涡流，P.卡如凯特和J.B.麦克劳克林，国际杂志.多相流，16节899页(1990)，P.卡如凯特，J.B.麦克劳克林和A.L.格雷厄姆，国际杂志.多相流，20节339页(1994)，S.A.伯杰，L.塔尔博特和L.-S.姚，安.Rev.流体机械.，15节461页(1983)，YU.P.古帕罗，YU.V.马丁诺夫和YU.S.梁赞特瑟夫，流体动力学.，12，109(1977)(P.Cherukat and J.B.McLaughlin，Int.J.Multiphase Flow，v.16，p.899(1990)，P.Cherukat，J.B.McLaughlin and A.L.Graham，Int.J.Multiphase Flow，v.20，p.339(1994)，S.A.Berger，L.Talbot and L.-S.Yao，Ann.Rev.Fluid Mech.，v.15，p.461(1983)，Yu.P.Gupalo，Yu.V.Martynov and Yu.S.Ryazantsev，Fluid Dyn.，12，109(1977))，其是如图1中的点箭头表示的双循环。迪恩数是该循环强度的一个量度：
(5)De＝2(d/R)1/2Re
其中R是所述通道的曲率半径S.A.伯杰，L.塔尔博特和L.-S.姚，安.Rev.流体机械.，15节461页(1983)(S.A.Berger，L.Talbot and L.-S.Yao，Ann.Rev.Fluid Mech.，v.15，p.461(1983))。中间高度的粒子随迪恩涡流朝外横向移动，被所述壁面升力排斥，并继续沿着壁面的顶部和底部朝向内壁面循回。萨夫曼力和马格努斯力的合力比迪恩涡流的粘滞曳力大，所以粒子被邻近并更靠近所述内壁面的最小力捕获。
所以，很明显，预期的管状带的形成是流体粘度、平均通道速度、粒子半径、流体密度、通道水力直径、角速度和横跨粒子的速度差中至少一个的函数。
此外，如上所述，管状带从所述通道的中心偏移，其是所述螺旋通道的曲率半径的函数。所以，所述系统的构造和运行是，例如，由等式4所估算的因素的函数。这些因素或参数具有高度可扩展性并在应用上在从微观规模装置到宏观规模装置的范围内变化。这里给出了例子；但是也考虑了其他实施情况。
这里所描述的方法的实施造就了一个系统，凭借该系统能够以一定的方式在一个螺旋通道中将微粒分离并输出，从而将选定尺寸的微粒从进流中分离出来的。例如，参考图2，图示了库尔特粒度仪对分离出的颗粒的量化。如图2(b)所示，在92mm/s流速时，在微粒带20内分离出的微粒的浓度比是由螺旋通道24输出的出流22的分离出的微粒浓度的300倍。实验上，用目前所述的实施方式预计达到99.1％的微粒去除率。
目前所述实施例的其他优点包括：
1)筛选能力如取样、体积、水力停留时间、滤过率、截留微粒尺寸和浓度因素能够通过修整流体的和空间的参数来调整。
2)尺寸分离的扩展将仅仅涉及以一个单调范围的微粒尺寸为目标的流体参数的修整，和以沿着所述螺旋通道的连续的方式提供捕获通道
3)有能力串联多个这些螺旋结构，修整每一个结构以获得渐减的微粒尺寸范围截留。
4)简单的设计使该装置既易于与其他下游工艺组合也能够作为单机应用。
5)在其筛选能力上的大的动态尺寸范围使得其既适合高生产量的宏观规模又适合精细微观规模的芯片实验室用途。
6)模块化单元的平行安放可实现更高的生产量。
7)这个无膜装置理想的结合了高生产量和低成本，使其本来就适合于在从微观规模到宏观规模的应用范围中作为预筛选。
8)提供了一种用于不用膜而将中性浮力微粒快速分离的螺旋结构的设计技术。
9)能实施双嵌套螺旋通道以先后从两边使带挤压紧凑。
10)实现了基于简化长度公式的可高度扩展的实施方式。
11)可删除在传统水处理中的絮凝和沉淀步骤。
12)预期的结构可用于在水方面的其他用途，其包括：集成电路工厂回收、冷却塔水、MBR(膜生物反应器)、RO(反渗透)的预处理。
应当意识到，这些优点可以在各种不同的实施例中体现。这些实施例将作为上述所注释的参数的一个函数，这些参数通过通道设计和运行参数是可操控的和/或可配置的。但是，所述系统通常包括一个入口以接收至少一部分含有所述中性浮力微粒的流体，一个螺旋通道，在螺旋通道内流体以一种所述中性浮力颗粒能在偏离通道中心的一个管状带内流动的方式流动，用于管状带在其内流动的流体的第一出口，和用于剩余流体的第二出口。因此，在运行中，该方法包括在入口接收含有所述中性浮力微粒的至少一部分流体，建立一个在螺旋通道内的流体流，在其中所述中性浮力微粒以一种不对称的方式在管状带中流动通过螺旋通道、通过所述通道的第一出口输出所述管状带在其中流动的流体并通过所述螺旋通道的第二出口输出剩余流体。
在这一点上，图3(a)说明了一个根据目前所描述的实施例能够实施的螺旋结构30。这个结构30是一个双嵌套式结构，其中一个第一螺旋通道与一个第二螺旋通道相嵌套。即，入口32与一个螺旋通道相连，该螺旋通道盘旋至所述结构30的中心然后再向外盘旋回所述结构30的外围-除了方向变化外没有中断。所以，出口34，具有一个第一出口部36和一个第二出口部38，被设置在所述外围，而不是结构30的中心。
还应该认识到入口可以提供一个到系统的成角度的或倾斜的流体入口，以便于沿着所述螺旋管道的内壁更快地形成管状带。这是由于壁面摩擦力用来粘合撞击流的柯恩达效应。参考图8，通道10具有一个入口11，在入口11中入口流朝向内壁面成一个角度θ。从而所述管状带18更早形成以从出口14排出。当然，也示出了所述带18没有在其中流动的用于剩余流体的第二出口16。应该理解的是入口的角度可以使用任何适当的机制或技术来实现。
根据目前描述的实施例，现在回到参见图3(a)，所注释的穿过所述的螺旋通道的侧向力将在入口32相对均匀分布的微粒几何转变为一个在出口34处的整齐的带。螺旋循环后，微粒被收集在内侧出口36处而出流(水)被收集在外侧出口38处。
沿流体路径的序列图像被表示出来。将图像旋转和镜像以配合它们的流向进行对比。底面是朝向所述螺旋的中心。流体以92mm/s的平均流体速度从左到右或从下到上流动。如图所示，分散颗粒悬浮液以92mm/s的平均流速被引入一个入口(P#1)(图3(b))。在两次螺旋转动(P#2)(图3(c))之后，最接近所述内壁(下边界)的微粒已经开始集中在离所述通道中心0.6w的位置处，其中w是所述通道宽度的一半。在12次转动(P#3)(图3(d))之后的过渡点，微粒浓度显示出在内侧具有尖锐边缘而在外侧具有一个更扩散边缘的带。应该指出的是，这(P#3)(图3(d))是一个将流体从顺时针方向改变为逆时针方向的过渡点。这种过渡有利于压实微粒带。在所述过渡点之后，所述带的尖锐边缘转换到外侧并且持续的侧向力用来阻碍布朗运动和扩散的分散效果。另一方面，所述带的扩散外缘被转换到内侧并且现在受到离心力和升力所引起的作用的压实作用。结果，观察到产生一个尖锐边缘(P#4)(图3(e))。微粒的集中带转入内侧出口(P#5，L＝34.2)(图3(f))同时出流被送入外侧出口。塞格雷(Segré)和西尔伯贝格(Silberberg)表明，用于一阶浓度差分的简化的长度参数应该是L＞9 G.塞格雷和A.西尔伯贝格，杂志.流体机械，14节136页(1962)(G.Segréand A.Silberberg，J.Fluid Mech.，c.14，p.136(1962))。所收集样本间的浓度差预计是大约两个数量级。由此产生的带宽小于0.2D并能被进一步压缩。
在筛选后所收集的样本的微粒计数确认了上述观察的结果。在用不同流速将样本筛选出来后，将所收集的样本稀释到50倍进行库尔特计数(Z2TM库尔特粒度，贝克曼库尔特，CA，美国)。出自外侧出口的微粒浓度随着流速的增加而降低。正如以前所讨论的，筛选效率取决于相应的长度L，L是(微粒速度)的一个函数。流速更快使得筛选效率从在23mm/s时的64.7％提高到在92mm/s时的99.1％。微粒和排出流的分离因子或浓度比率超过300x，并且可进一步优化。所述螺旋几何结构的重要作用是通过不对称管状收缩效应将微粒集中在一个窄带内。此嵌套双螺旋(图3(a))连续挤压所述带的每一边从而形成一个比单独的管状收缩效应所预测的更尖锐且更狭窄的带。
在另一实施例中，图4说明了根据目前所描述实施例的一个螺旋分离器装置在一个净化系统400中的实施情况。如图所示，该系统包括一个格栅402，快速混合器405，和简化的絮凝池404。根据目前所描述的实施例，螺旋装置408包括一个入口410以及一个第一出口412和一个第二出口414。同样标示在系统400中的是循环通道或路径416，其被设置在所述入口410和所述絮凝池404之间。
在运行中，将含有中性浮力颗粒的流体接收入所述系统中并首先经过所述格栅402进行过滤。然后滤出水在405快速混合，之后将其通过入口410引入所述螺旋装置408中。随着流体在所述螺旋装置408中流动，所述中性浮力颗粒的管状带继续保持以相对于通道中心不对称的方式流动。这种不对称可以便于将管状带在其中流动的流体(其从出口412排出)和剩余流体(其从出口414排出)分离。浓缩液可选择重新循环返回，例如，从出口412至所述简化的絮凝池以增加水的回收。
现在关于图5，体现了目前描述的实施方式的一个进一步的实施例。在这个实施例中，净化系统500包括一个两阶段的螺旋分离系统来分离不同大小的微粒。在所表示的实例系统中，微粒在1到10微米范围内被隔离。如图所示，该系统包括一个输入水源502，其与一个螺旋分离器504连接，该螺旋分离器504具有一个入口506、以及一个第一出口508和一个第二出口510。所述第二出口510经由一个入口522连接到一个第二螺旋分离器520上。所述螺旋分离器520包括所示的一个第一出口524和一个第二出口526。
在运行中，具有级联螺旋阶段的系统500促进了那些在废液中比10微米大的微粒和比10微米小的微粒之间的第一分离，其中比10微米大的微粒从第一螺旋分离器输出，比10微米小的微粒被输入第二螺旋分离器520进行进一步处理。然后第二螺旋分离器分离比1微米大的微粒并经由出口524输出流体，其中含有那些微粒。剩余流体或出流通过出口526排出。在这种方式下，该系统500能够将1微米和10微米之间的微粒分离出来进行不同的取样处理。这个概念能够通过连续的级联螺旋结构得到延展，所述连续的级联螺旋结构具有较小尺寸的截留值以实现具有逐渐减小的尺寸范围的微粒的分级。
现在关于图6(a)和(b)，仍然表示了一个进一步的实施例。在图6中，说明了一个根据目前所述实施例的螺旋装置600。在这个实施例中，所述螺旋装置600采取了螺旋状盘旋的形式。在这点上，装置604的螺旋体部分是一个具有一个入口606、一个第一出口608和一个第二出口610的螺旋盘旋。如在图6(b)中所示，一个螺旋装置，例如在图6(a)中所示的，能够设置成并联排放以增加系统的处理量。如图所示，螺旋装置600都从一个流体多支管连接到一个输入主管620上，而且所述装置600的各第一出口都连接到一个第一输出主管622上。所述装置600的第二出口连接到第二输出主管624上。
关于图7(a)至7(b)，表示了一个类似的系统。但是，图7(a)的实施例表示了一个螺旋装置700，该装置是一个螺旋缠绕装置。所述装置700包括一个具有入口706、一个第一出口708和一个第二出口710的螺旋缠绕体704。正如图6(a)和6(b)中所说明的实施例一样，所述装置700，如在图7(b)中所示，可以放置在一个系统中，该系统中很多所述装置700从一个流体多支管并联连接到一个进水主管720上。同样地，所述装置的第一输出管线连接到一个第一输出主管722上。所述装置700的第二输出管线连接到一个第二输出主管724上。
应当意识到，这里所设想的螺旋装置可以采取多种形式，包括与共同未决且共同转让的序列号为11/606,460、申请日为2006年11月30日、名称为“微粒分离和浓缩系统”的美国申请有关的所描述的任何螺旋装置的形式，假如这些装置能实现配置、尺寸设计和运行以便于处理流体中的中性浮力微粒，则在这里通过引用上述文献全文将其并入。当然，可以对这些装置作适当的改进以适应目前所述的实施例。此外，还应当意识到，任何在这里描述和设想的螺旋装置都可以如图5所示以串联方式设置，或如图6(a)、6(b)、7(a)和7(b)所示以并联方式设置。更进一步，可以利用任何合适的材料来构成在这里所设想的螺旋装置。

Claims (4)

1.一种用于从流体中分离中性浮力微粒的系统，该系统包括：
入口，以接收含有所述中性浮力微粒的至少一部分流体；
螺旋通道，其构造成基于力平衡和迪恩涡流的诱因在所述流体中形成管状带，所述管状带具有在其中流动的所述中性浮力颗粒并且所述管状带偏离所述通道的中心并且更接近所述螺旋通道的内壁；
用于管状带在其中流动的流体的第一出口；以及
用于剩余流体的第二出口。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
连接到所述螺旋通道的第二出口的第二入口，以接收剩余流体；
第二螺旋通道，剩余流体在第二螺旋通道中流动从而剩余中性浮力微粒在偏离所述第二螺旋通道的中心的第二管状带中流动；
第三出口，用于第二管状带在其中流动的流体；以及
第四出口，用于更多剩余流体。
3.一种从流体中分离中性浮力微粒的方法，该方法包括：
在入口处接收含有中性浮力微粒的至少一部分流体；
在螺旋通道内建立流体流以基于力平衡和迪恩涡流的诱因在所述流体中产生管状带，所述管状带具有在其中流动的所述中性浮力微粒，所述管状带以所述管状带更接近所述螺旋通道的内壁的不对称的方式流动通过螺旋通道；
通过所述通道的第一出口输出所述管状带在其中流动的流体；以及
通过所述螺旋通道的第二出口输出剩余流体。
4.如权利要求3所述的方法，还包括，调整作为流体粘度、平均通道速度、微粒半径、流体密度、通道水力直径、角速度和横跨微粒的速度差的函数的所述管状带中的中性浮力微粒流动。
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