CN105000386A - 一种液体悬浮控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体悬浮控制装置及方法。在一个实施例中，所述装置包括：悬浮通道、风机、喷嘴和风管；风管用于输送风机产生的气流；喷嘴位于悬浮通道的一侧或两侧；悬浮通道包括水道和风道；风道位于悬浮通道上部，设有进气口，进气口与喷嘴相对布置，用于气流的流入；水道位于悬浮通道下部，两侧具有密封板；气流从进气进入悬浮通道，并在悬浮通道内形成气流场；液滴在气流场的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使液滴悬浮于液面上方，并沿悬浮通道运动。本发明实施例通过更新气膜内的气体，增加气膜的气压，增强了气膜的稳定性，实现了液滴的驻留及运动，可用于液体的保存和输运。

Description

一种液体悬浮控制装置及方法

技术领域

本发明涉及悬浮控制领域，尤其涉及一种非接触悬浮控制装置及方法。

背景技术

目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，在科研和工业领域有诸多应用。这些悬浮技术借助不同的物理手段实现了悬浮和控制，各有优点，也各有弊端。

气流悬浮利用气流的能量实现物体的悬浮，是流态化技术的一种具体应用。我国气流悬浮相关领域研发能力低，气流悬浮业制造技术水平低等现象仍然存在。与机械输送相比，气流悬浮方法易使颗粒受损，设备也易受磨蚀。含水量多、有粘附性或在高速运动时易产生静电的物料，不宜于进行气流悬浮。这就需要有一种液体悬浮控制技术，在常规条件下，简单方便的实现液体的悬浮及输送。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种液体悬浮控制装置及方法。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种液体悬浮运输装置，该装置包括：悬浮通道、风机、喷嘴和风管；

风管用于输送风机产生的气流；

喷嘴位于悬浮通道的一侧或两侧，用于将气流喷射至悬浮通道；

悬浮通道包括水道和风道；

风道位于悬浮通道上部，设有进气口，进气口与喷嘴相对布置，用于气流的流入；

水道位于悬浮通道下部，两侧具有密封板；

气流从进气口进入悬浮通道，并在悬浮通道内形成气流场；

液滴在气流场的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使液滴悬浮于液面上方，并沿悬浮通道运动。

优选地，喷嘴可以转动。

优选地，液体悬浮运输装置还包括阀门，用于调节风管内气流的流速，从而改变悬浮通道中的风压和风量。

优选地，液体悬浮运输装置还包括分流器，用于分流风机产生的气流。

第二方面本发明提供了一种液体悬浮运输方法，该方法包括：

通过风机将接收到的电能转换为气流，通过风管输送至喷嘴；

通过喷嘴将气流从进气口喷射至悬浮通道，并在悬浮通道内形成气流场；

液滴在气流场的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使液滴悬浮于液面上方，并沿悬浮通道运动。

优选地，调节喷嘴的角度，从而改变悬浮通道内的气流场，由此控制液滴的运动。

优选地，液滴附近的气流流速为0.01m/s-3m/s。

优选地，向液滴和液体中加入表面活性剂，以降低所述液滴和所述液体表面张力。

第三方面本发明提供了一种液体悬浮驻留装置，该装置包括：悬浮管、风机、喷嘴和风管；

风管用于输送风机产生的气流；

喷嘴位于悬浮管的一侧，用于将气流喷射至悬浮管；

悬浮管包括密封杯和高低不同的多个挡风板，挡风板沿密封杯上檐由高到低对称排列；

喷嘴与挡风板高的一侧相对布置；

气流从档风板高的一侧进入悬浮管，并在悬浮管内形成不同朝向的紊流；

液滴在紊流的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使液滴悬浮于液面上方。

优选地，喷嘴可以转动。

优选地，液体悬浮装置还包括阀门，用于调节所述风管内气流的流速，从而改变所述悬浮管中的风压和风量。

第四方面本发明提供一种液体悬浮驻留方法，该方法包括：

通过风机将接收到的电能转换为气流，通过风管输送至喷嘴；

通过喷嘴将气流从档风板高的一侧喷射至悬浮管，并在悬浮管内形成不同朝向的紊流；

液滴在紊流的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使所述液滴悬浮于液面上方。

优选地，调节喷嘴的角度及与挡风板的相对位置，使喷嘴喷出的气流在挡风板的阻挡下于悬浮管内产生不同朝向的紊流，由此保持液滴的悬浮状态。

优选地，向液滴和悬浮管内的液体中加入表面活性剂，以降低液滴和液体表面张力。

本发明实施例实现了一种液体悬浮控制装置及方法，操作方法简单、设备成本低廉，不需要外加特别的物理场能量消耗低，对液滴形貌的影响小。通过气流场在液滴和液体之间形成气膜，实现了液滴在液面上的悬浮，并通过气流的流动更新液滴与液体之间气膜内的气体，克服了气膜容易破裂的问题增加了气膜的持久性，使液滴可以长久的保持悬浮状态，具备了科研和工业应用的条件。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种液体悬浮运输装置示意图；

图2为本发明实施例提供的一种液体悬浮运输方法示意图；

图3为本发明实施例提供的一种液体悬浮驻留装置示意图；

图4为本发明实施例提供的一种液体悬浮驻留方法示意图；

图5为本发明实施例提供的液体悬浮原理示意图；

图6为本发明实施例提供的液体在悬浮通道悬浮原理示意图；

图7为本发明实施例提供的悬浮通道示意图；

图8为本发明实施例提供的液体悬浮运动示意图。

具体实施方式

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。

图1为本发明实施例提供的一种液体悬浮运输装置示意图。如图1所示，该液体悬浮运输装置包括：悬浮通道1、风机3、喷嘴2和风管6，风管6用于输送风机3产生的气流，喷嘴2位于悬浮通道1的一侧，用于将风管6输送的气流喷射至悬浮通道1。悬浮通道1包括水道14和风道12，风道12位于悬浮通道1上部，设有进气口13，进气口13与喷嘴2相对布置，用于气流的流入。水道14位于悬浮通道1下部，两侧具有密封板15，密封板15与风道12相连。气流从进气口13进入悬浮通道1，并在悬浮通道1内形成气流场，液滴在气流场的作用下与水道中14的液体9之间形成不断更新的气膜11，使液滴7悬浮于液面10上方，并沿悬浮通道1运动。

如图1所示，喷嘴2位于悬浮通道1的一侧，三个喷嘴2与悬浮通道1的切线方向相一致，切向喷出气流，使液滴7沿悬浮通道1做圆周运动。调节喷嘴2的角度，改变了气流进入悬浮通道1的角度，进而改变悬浮通道1内的气流场，可以控制液滴7的运动方向。

液体悬浮运输装置还包括阀门4，用于调节风管6内气流的流速，从而改变悬浮通道1中的风压和风量，以控制液滴7的运动速度和气膜的更新速度。

液体悬浮运输装置还包括分流器5，用于分流风机3产生的气流，通过分流器5分流后的气流分别通过不同的风管6输送至不同的喷嘴2。

如图1所示，三个喷嘴2沿悬浮通道1的切向喷出气流，推动液滴7在液面10上沿着悬浮通道1作圆周运动。在一个例子中，喷嘴2可以位于悬浮通道1的一端，用于提供风量和风压，而悬浮通道1的弯曲处可以不设喷嘴2。悬浮通道1中的风道12具有可开合的顶盖，根据不同需要，风道12的顶盖可以设置成敞开的，或者是闭合的。

图2为本发明实施例提供的一种液体悬浮运输方法示意图。该液体悬浮运输方法是基于本发明实施例提供的液体悬浮运输装置。如图2所示，本实施例具体包括以下步骤：

步骤101，通过风机3将接收到的电能转换为气流，通过风管6输送至喷嘴2。

具体地，喷嘴2位于悬浮通道1的一侧或两侧，用于向悬浮通道1中喷射不同方向的气流。

步骤102，通过喷嘴2将气流从进气口13喷射至悬浮通道1，并在悬浮通道1内形成气流场。

具体地，通过调节喷嘴2的角度，改变了气流进入悬浮通道1的角度，进而改变悬浮通道1内的气流场，由此控制液滴7的运动。喷嘴2和进气口13的位置可以在悬浮通道直线处或悬浮通道弯曲处设置，也可以在悬浮通道1的一端设置，提供液滴7在液面10上沿着悬浮通道1运动需要的风量和风压。

步骤103，液滴7在气流场的作用下与液体9之间形成不断更新的气膜11，使液滴7悬浮于液面10上方，并沿悬浮通道1运动。

具体地，悬浮通道1内具有0.01m/s-3m/s的气流流速，这一范围内的气流流动可以更新液滴7与液面10之间的气膜内的气体，增加气膜内的气压，增大气膜的厚度，进而增加气膜11的寿命，使液滴7可以长久的悬浮运动。

根据不同的需要，液滴7和液体9可以是有机物、无机物、溶液、高分子聚合物、乳浊液和悬浊液中的一种或多种。向液滴7和悬浮通道1内的液体9中加入表面活性剂，表面活性剂一端是非极性的碳氢链，与水的亲和力极小，常称疏水基；另一端则是极性基团，与水有很大的亲和力，故称亲水基。溶解于液滴7和液体中以后，表面活性剂在液面形成单分子膜或形成胶束，降低了液滴7和液体9的表面张力和表面自由能，使液滴7可以长久的悬浮运动而不至于破裂。

图3为本发明实施例提供的一种液体悬浮驻留装置示意图。在一个例子中，该液体悬浮驻留装置包括：悬浮管8、风机3、喷嘴2和风管6，风管6用于输送风机3产生的气流，喷嘴2位于悬浮管8的一侧，用于将风管6输送的气流喷射至悬浮管8，悬浮管8包括密封杯和高低不同的多个挡风板，挡风板沿密封杯上檐由高到低对称排列。喷嘴2与挡风板高的一侧相对布置，用于降低气流的冲击力，气流从档风板高的一侧进入悬浮管8，并在悬浮管8内形成不同朝向的紊流，液滴7在紊流的作用下与液体9之间形成不断更新的气膜11，使液滴7悬浮于液面10上方。

如图3所示，喷嘴2位于悬浮管8的一侧，用于向悬浮管8喷射气流。通过调整喷嘴2的角度、整喷嘴2与悬浮管8挡风板的相对位置，使气流从档风板高的一侧进入悬浮管8，可以保持液滴7长久的悬浮。不会因气流的直接喷射导致液滴7碰撞到悬浮管8壁面上而破裂，也不会因防止气流的喷射过快，从而降低气流流速，导致气膜11的更新速度过慢、气压过低等导致气膜破裂。

液体悬浮驻留装置还包括阀门4，通过调节调节风管6内气流的流速，从而改变悬浮管8中的风压和风量，以控制液滴7的悬浮状态和气膜11的更新速度。且一定的气流流速形成的紊流可以使液滴7保持悬浮状。

图4为本发明实施例提供的一种液体悬浮驻留方法示意图。该液体悬浮驻留方法是基于本发明实施例提供的液体悬驻留浮装置。如图4所示，本实施例具体包括以下步骤：

步骤201，通过风机3将接收到的电能转换为气流，通过风管6输送至喷嘴2。

具体地，喷嘴2位于悬浮管8的一侧。

步骤202，通过喷嘴2将气流从档风板高的一侧喷射至悬浮管8，并在悬浮管8内形成紊流。

具体地，通过调整喷嘴2的角度、整喷嘴2与悬浮管8挡风板的相对位置，使气流从档风板高的一侧进入悬浮管8。喷嘴2喷射出的气流在高低不同的挡风板的阻挡作用下产生不同朝向的紊流，不同朝向的紊流可以更新液滴7与液面10之间的气膜内的气体，增加气膜内的气压，增大气膜的厚度，进而增加气膜11的寿命，由此液滴7长久的保持悬浮状态。

步骤203，液滴7在紊流的作用下与液体9之间形成不断更新的气膜11，使液滴7悬浮于液面10上方。

具体地，通过调节阀门4，从而改变悬浮管中8中的风压和风量，以调节液滴7与液面之间的气膜内的气体的流动，不断更新气膜11内的气体、增加气膜内的气压，增大气膜的厚度，增大液滴7和液体9中表面活性剂的浓度，进而增加气膜的寿命，使液滴7可以长久的悬浮在液面上。

优选地，根据不同的需要，液滴7和液体9可以是有机物、无机物、溶液、高分子聚合物、乳浊液和悬浊液中的一种或多种。向液滴7和悬浮管8的液体9中加入表面活性剂，以降低液滴7和液9体表面张力。

气流从档风板高的一侧喷射至悬浮管8，避免了气流的直接喷射导致液滴7碰撞到悬浮管8壁面上而破裂，也不会因防止气流的喷射过快，从而降低气流流速，导致气膜11的更新速度过慢、气压过低等导致气膜破裂。

图5为本发明实施例提供的液体悬浮原理示意图。如图5所示，液滴7在表面张力的作用下被托浮在液面10上，中间隔有一层薄薄的气膜11，气膜11非常容易破，通过气流的流动的方式更新液滴7与液面10之间的气膜11内的气体，增加气膜11内的气压，增大气膜11的厚度，增加液滴7和液体9中表面活性剂的浓度，进而增加气膜11的寿命，使液滴7可以长久的悬浮在液面10上。

图6为本发明实施例提供的液体在悬浮通道悬浮原理示意图。如图6所示，由于表面张力的存在，液体9会吸附在悬浮通道1的密封板15的壁面上，使液面10呈在容器壁附近高、中心区域低的形态，这样液滴7将驻留在中间的凹陷区域内。当悬浮通1道弯曲时，悬浮液滴7以一定速度通过，会产生离心力，但由于两侧液面10高于中心液面10，气膜会对悬浮液滴7产生与离心力相反的作用力，配合喷嘴喷出的气流使液滴7不会撞击在液面10上，从而顺利通过弯曲悬浮通道1。

图7为本发明实施例提供的悬浮通道示意图。如图7所示，悬浮通道1具有上下两部分，上部为风道12设置有进气口13，进气口13与喷嘴2相对布置，根据需要可以调节喷嘴2与进气口13之间的角度，以此调节喷嘴2喷出气流进入悬浮通道1的角度。悬浮通道1下部为水道14，水道14两侧设有密封的密封板15，用于贮存液体9。密封板15与风道12相连构成悬浮通道1，液体9在悬浮通道1中的气液界面上悬浮运动。在一个例子中，喷嘴2与悬浮通道1相对布置，在悬浮通道1直线或弯曲处不需要设置进气口13，避免进气口13造成的气流泄漏，仅需与悬浮通道1相对布置的喷嘴2，提供液滴7悬浮运动所需的风量和风压。悬浮通道1中的风道12具有可开合的顶盖，根据不同需要，风道12的顶盖可以设置成敞开的，或者是闭合的。

图8为本发明实施例提供的液体悬浮运动示意图。如图8所示，悬浮通道1可以弯曲，可以应用于任意有一定曲率的流道。通过在悬浮通道1的两侧设置与进气口13相对的喷嘴2，并通过旋转喷嘴2的角度，改变了气流进入悬浮通道1的角度，从而控制悬浮通道1的气流场，实现了液体7在任意曲率的悬浮通道1中的悬浮运动。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种液体悬浮运输装置，其特征在于，所述装置包括：悬浮通道、风机、喷嘴和风管；

所述风管用于输送所述风机产生的气流；

所述喷嘴位于所述悬浮通道的一侧或两侧，用于将所述气流喷射至所述悬浮通道；

所述悬浮通道包括水道和风道；

所述风道位于所述悬浮通道上部，设有进气口，所述进气口与所述喷嘴相对布置，用于所述气流的流入；

所述水道位于所述悬浮通道下部，两侧具有密封板；

所述气流从所述进气口进入所述悬浮通道，并在所述悬浮通道内形成气流场；

液滴在所述气流场的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使所述液滴悬浮于液面上方，并沿所述悬浮通道运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴可以转动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括阀门，用于调节所述风管内气流的流速，从而改变所述悬浮通道中的风压和风量。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括分流器，用于分流所述风机产生的气流。

5.一种液体悬浮运输方法，其特征在于，所述方法包括：

通过风机将接收到的电能转换为气流，通过风管输送至喷嘴；

通过所述喷嘴将所述气流从所述进气口喷射至悬浮通道，并在所述悬浮通道内形成气流场；

液滴在所述气流场的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使所述液滴悬浮于液面上方，并沿所述悬浮通道运动。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气流场具体包括:调节所述喷嘴的角度，从而改变所述悬浮通道内的气流场，由此控制所述液滴的运动。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液滴附近的气流流速为0.01m/s-3m/s。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：向所述液滴和所述液体中加入表面活性剂，以降低所述液滴和所述液体表面张力。

9.一种液体悬浮驻留装置，其特征在于，所述装置包括：悬浮管、风机、喷嘴和风管；

所述风管用于输送所述风机产生的气流；

所述喷嘴位于所述悬浮管的一侧，用于将所述气流喷射至所述悬浮管；

所述悬浮管包括密封杯和高低不同的多个挡风板，所述挡风板沿所述密封杯上檐由高到低对称排列；

所述喷嘴与挡风板高的一侧相对布置；

所述气流从档风板高的一侧进入所述悬浮管，并在所述悬浮管内形成不同朝向的紊流；

液滴在所述紊流的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使所述液滴悬浮于液面上方。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述喷嘴可以转动。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括阀门，用于调节所述风管内气流的流速，从而改变所述悬浮管中的风压和风量。

12.一种液体悬浮驻留方法，其特征在于，所述方法包括：

通过风机将接收到的电能转换为气流，通过风管输送至喷嘴；

通过所述喷嘴将所述气流从档风板高的一侧喷射至悬浮管，并在所述悬浮管内形成不同朝向的紊流；

液滴在所述紊流的作用下与液体之间形成不断更新的气膜，使所述液滴悬浮于液面上方。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述紊流具体包括:调节所述喷嘴的角度及与所述挡风板的相对位置，使所述喷嘴喷出的气流在所述挡风板的阻挡下于所述悬浮管内产生不同朝向的紊流，由此保持所述液滴的悬浮状态。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：向所述液滴和所述悬浮管的液体中加入表面活性剂，以降低所述液滴和所述液体表面张力。