CN117772584A - 一种声学强化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声学强化系统及方法，涉及原材料处理、过程强化处理技术领域，所述声学强化系统包括声学强化腔，机械共振器，压力控制系统和/或温度控制系统；所述机械共振器为多质体振动系统，与声学强化腔构成机械共振系统，可使声学强化腔在圆柱形内腔轴线方向产生频率在40Hz‑80Hz范围，振幅2mm‑20mm范围内的机械共振；所述声学强化腔与压力控制系统和/或温度控制系统通过管道相连。该声学强化系统及方法，通过控制声学强化腔内部的压力和/或温度，激振力强度及声学强化腔的振动位移/速度/加速度，可对加入声学强化腔的物料进行多种处理，如原材料的混合、分散、包覆、打磨、破碎、乳化、萃取、溶解、化学反应强化。
Description
技术领域
本发明涉及一种原材料处理、过程强化处理设备及方法，尤其涉及一种声学强化系统及方法。
背景技术
物体的弹性决定了在某处的一个扰动可以以波的形式传递到物体的其它地方，此类波动形式一般称为弹性波。弹性波是由于物体的弹性而产生物理现象，由于物体的弹性或者压缩性的不同，弹性波通常表现出不同的形态。固体由于体积不可压缩性，弹性波在固体中表现形式为剪切变形及振动。液体和气体的体积均具有一定可压缩性，弹性波在液体和气体等流体中则表现为压缩波或者声波。对于液体和气体，在一定的体积压缩范围(常称此范围为线性范围)内，声波导致的压力变动或振动是连续的，也就是说液体或者气体的质量单元是稳定在原位进行压缩或者振动的，质量单元的原始位置并不随时间变化。但当压力或者振动超过液体或气体的压缩变形承受范围时，液体或者气体的质量单元将在进行压缩或者振动的同时发生位移，改变其初始位置，发生了流动。此即“声流”的概念，即较大的压缩或者振动引起的流体流动。可知线性声波的产生仅需较小的能量，而声流的产生需要较大的能量。为了产生较大的能量，要求压缩或者振动的频率要高，或者压缩或者振动的幅度要大，或者两者兼备。
声流最典型的应用是超声，采用“高频+小振幅”方案提供较高能量，通过高频振动在液体中产生声流，伴随着高温及剧烈的压力变化。但超声的由于频率高(大于20000Hz)振幅小(微米级)，能量过于集中且耗散快，声流仅限制在局部，仅限于处理低粘度、低固含液体，严重制约了其应用范围。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种声学强化系统及方法，利用“低频+大振幅”方式产生较高能量，匹配设计的声学强化腔在机械共振条件下促使原材料产生传质换热、相互作用/反应的单一漩涡声流运动，在声学强化腔内部压力控制和/或温度控制下，具备整场运动、能量分散均匀、能量可控可调等特点，适用物料最大体积装填率可达100％，显著提高生产能力；参数优化的机械共振器，可以将激振力几乎完全传递给声学强化腔内的物料，输出足够的能量以保证物料声流运动所需，且可长时间稳定运行；以机械共振器激振力强度或者以声学强化腔内部压力和/或温度为主要调节参数来控制声学强化腔振动加速度的强化处理方法，适用于处理多种原材料。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种声学强化系统，包括：
声学强化腔，用于使容纳被处理物料，使其产生整场的、能量分布均匀且能量可控的声流运动；
机械共振器，用于耦合声学强化腔发生机械共振，产生较强的振动，并使激振能量直接且几乎完全传递给被处理物料；
所述声学强化腔固定连接在所述机械共振器上；
所述声学强化腔包括圆柱形内腔，所述圆柱形内腔的直径D小于1200mm，圆柱形内腔长度L与直径D比值在0.5-3的范围内，圆柱形内腔底部和顶部均设有圆角，所述圆角的尺寸R与圆柱形内腔直径D比值在0.1-0.5的范围内；声学强化腔的尺寸及形状对一阶声流的形态影响显著，单一的声流形态有助于声学强化腔内不同位置的物料快速发生传质、传热及相互作用/反应。
所述圆柱形内腔壁面均为刚性壁面，且表面光滑，表面粗糙度不低于Ra3.2，壁面刚性不足、表面粗糙均会导致内部一阶声流形态变化，表面粗糙还将增加能耗。
所述圆柱形内腔设置有对外连接的管道接口，可用于增加强化过程的手段或者用于加料或者出料或者测温或者测压。
所述机械共振器为多质体振动系统，机械共振器与声学强化腔构成机械共振系统，使声学强化腔在圆柱形内腔轴线方向产生频率在40Hz-80Hz的范围内，振幅2mm-20mm的范围内的机械共振。多质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。40Hz-80Hz频率范围的对应的波长可与声学强化腔尺寸匹配，并且该频率下振幅达到2mm-20mm时的振动强度(能量)足以产生物料所需的声流运动，物料最大体积装填率可达100％。特别值得注意的是机械共振器工作在共振条件下，输入能量几乎全部传递给物料，是材料处理工艺的关键参数。
经过大量不同密度物料、不同配比、不同填充比、不同振动频率、不同振幅条件以及不同声学强化腔尺寸、形状下的试验，本发明所述声学强化系统可较好地使被处理物料产生极轴对称的单漩涡分布形式的一阶声流，所有物料在同一个漩涡中进行运动，并且能量不断从一阶声流向高阶声流迁移补给，高阶声流的微振动或压缩作用效果得到进一步提高，能量均匀分布在声学强化腔内部，被处理物料的传质换热、相互作用/反应的效率显著提高。
进一步优化本技术方案，所述声学强化系统，还包括：
压力控制系统和/或温度控制系统；
所述压力控制系统通过管道与所述声学强化腔相连，对声学强化腔内压力进行调节，使声学强化腔内的绝对压力在1kPa-60MPa；
所述温度控制系统，通过管道与声学强化腔上设置的换热夹层相连，用于声学强化腔的温度控制。
压力和温度均对被处理材料的声流特性有显著影响。对声学强化腔内部压力进行控制，一方面影响声学强化腔内部流体的压缩性，相当于对内部流体进行了预压，从而影响声学强化腔内部流体的声流特性；另一方面影响固体颗粒之间及与声学强化腔壁面的作用，通过对声学强化腔内部压力的调节控制，可有效控制声学强化腔对被处理物料的作用，从而得到对被处理材料预期的作用；温度同样影响声学强化腔内部流体的压缩性，温度还影响流体的黏度，影响被处理材料的流动性，从而影响声学强化腔内部流体的声流特性。
进一步优化本技术方案，所述压力控制系统为绝对压力可控的真空系统，其绝对压力调节范围为1kPa-标准大气压。通过真空系统可以降低声学强化腔内部气体的压力，使其在1kPa-标准大气压范围内，以降低声学强化腔内部物料之间及物料与声学强化腔壁面相互作用。根据不同物料所需的处理程度，进行压力的调节控制。对力、热敏感的物料如炸药材料或者具有生物活性的细胞或者特殊结构的材料可在1kPa-标准大气压范围内的合适压力下进行处理。
进一步优化本技术方案，所述压力控制系统为配置有调压阀或减压阀的压缩气源，其绝对压力调节范围为标准大气压-25MPa。通过压缩气源及调压阀或减压阀可调节声学强化腔内部气体的压力，使其在标准大气压-25MPa范围内，以增强声学强化腔内部物料之间及物料与声学强化腔壁面相互作用。根据不同物料所需的处理程度，进行压力的调节控制。对纳米材料等易产生团聚的超细材料的处理可在标准大气压-25MPa范围内的合适压力下进行处理。压缩气源可采用参与混合强化腔物料反应的气体如氧气或者氢气等，或是采用具有惰性的氩气或者氮气等。减压阀或者调压阀可采用手动调节形式的或者自动比例阀，与控制系统进行闭环控制调节。
进一步优化本技术方案，所述压缩气源配置有气体压缩机。压缩气源使用后自身压力会降低，需要定期对压缩气源进行补气(补压)，而采用气体压缩机则可以实现随用随补，减小了压力罐的容积，免去离线补气(补压)的步骤。
进一步优化本技术方案，所述压力控制系统为配置有调压阀或减压阀的液体增压泵，其绝对压力调节范围为0.01Mpa-60MPa。通过液体增压泵及调压阀或减压阀可调节声学强化腔内部液体的压力，使其在0.01Mpa-60MPa范围内，以增强声学强化腔内部物料之间及物料与声学强化腔壁面相互作用。根据不同物料所需的处理程度，进行压力的调节控制。对纳米材料等易产生团聚的超细材料且需在液体环境中处理的可在0.01Mpa-60MPa范围内的合适压力下进行处理。
进一步优化本技术方案，所述压力控制系统同时具备权利要求3-6中任一项所述的真空系统、压缩气源以及液体增压泵中的至少两种设备，通过多个开关阀控制其中一个设备工作，其余设备停止工作。针对复杂的工艺状况，根据不同阶段声学强化腔所需的压力、环境进行配置。
进一步优化本技术方案，所述声学强化腔中包括有沿圆柱形内腔轴线方向滑动的活塞及锁紧螺母，通过移动活塞调节声学强化腔的体积，通过锁紧螺母将活塞与声学强化腔刚性固定连接。通过活塞调整声学强化腔的体积，在处理较少量的物料时，使物料在声学强化腔内物料与物料、物料与声学强化腔壁面之间相互作用进行调节优化，达到最佳处理效果。
进一步优化本技术方案，所述活塞的内部设有通道及接头，用于将声学强化腔与外部管道连通。与压力控制系统连接后，可以进一步优化处理效果；还可以与其它加料、出料、测温、测压等接口相连。
进一步优化本技术方案，所述声学强化腔中包含声流运动干扰叶片，所述声流运动干扰叶片刚性固定在声学强化腔内部。对一些特殊的物料如非牛顿流体型，其在声学强化腔内部的声流漩涡结构会受到一定程度的影响。通过在声学强化腔内部设置干扰叶片，增大了声学强化腔内表面面积，可干扰声流分布，可再次形成较好的声流结构，提高被处理物料的传质换热、相互作用/反应的效率。
进一步优化本技术方案，所述声流运动干扰叶片为圆片或者搅拌桨叶形状，所述声流运动干扰叶片位于圆柱形内腔轴线上。通过试验，圆片或者搅拌桨叶形状可产生较好的干预效果，且形式简单，成本低。
进一步优化本技术方案，所述机械共振器为三质体振动系统，包括机架、质体一、质体二、质体三、弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四以及激振器；
质体一为隔振级，质体二为驱动级，质体三为负载级；质体一通过弹簧一与机架相连，质体二通过弹簧二与质体一相连，质体三通过弹簧三与质体一相连，质体二与质体三通过弹簧四相连；激振器刚性固定在质体二上；质体三与所述声学强化腔刚性固定，共同构成机械共振系统。三质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。偏心块旋转后可产生离心力，通过具有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件可合成输出与声学强化腔振动速度相同相位的交变激振力，驱动机械共振系统产生共振，并将激振力几乎完全作用于声学强化腔内的物料。由于机械共振系统工作在共振条件下，声学强化腔内的物料是系统的唯一外载。物料在机械共振系统中属于耗能元件，但同时具有质量属性。在大量试验基础上，将物料的质量、阻尼与声学强化腔、质体三的质量关联，给出：所述质体三的质量、所述声学强化腔的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍；所述质体二的质量、激振器的质量之和与所述质体三、所述声学强化腔的质量之和的比值A2为2-10倍；所述弹簧二的刚度与所述弹簧三的刚度的比值A3为2-10倍取值条件下，得到最优参数，优化了机械共振器、声学强化腔、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
进一步优化本技术方案，所述机械共振器为三质体振动系统，包含机架、质体一、质体二、质体三、弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四以及激振器，所述激振器包括磁体组件、线圈组件；
质体一为隔振级，质体二为驱动级，质体三为负载级；质体一通过弹簧一与机架相连，质体二通过弹簧二与质体一相连，质体三通过弹簧三与质体一相连，质体二与质体三通过弹簧四相连；所述磁体组件刚性固定在质体二上，所述线圈组件固定在质体三上，通入交流电后可与磁体组件产生相互作用的激振力；质体三与所述声学强化腔刚性固定，共同构成机械共振系统。
三质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。激振器采用电磁激振形式，通入与声学强化腔振动速度相同相位的交变电流后，由线圈组件在磁体组件的磁场中受到的交变安培力来作为激振力，驱动机械共振系统产生共振，并将激振力几乎完全作用于声学强化腔内的物料。由于机械共振系统工作在共振条件下，声学强化腔内的物料是系统的唯一外载。物料在机械共振系统中属于耗能元件，但同时具有质量属性。在大量试验基础上，将物料的质量、阻尼与声学强化腔、质体三的质量关联，给出：所述质体三的质量、所述声学强化腔的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍，所述质体二的质量、磁体组件的质量之和与所述质体三、所述线圈组件、所述声学强化腔的质量之和的比值A2为2-10倍，所述弹簧二的刚度与所述弹簧三的刚度的比值A3为2-10倍取值条件下，得到最优参数，优化了机械共振器、声学强化腔、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
进一步优化本技术方案，所述机械共振器为三质体振动系统，包含机架、质体一、质体二、质体三、弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四以及激振器；所述激振器包含激振力组件、伺服驱动组件，所述激振力组件为含有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件，所述伺服驱动组件为旋转型伺服电机；
质体一为隔振级，质体二为驱动级，质体三为负载级；质体一通过弹簧一与机架相连，质体二通过弹簧二与质体一相连，质体三通过弹簧三与质体一相连，质体二与质体三通过弹簧四相连；激振力组件刚性固定在质体二上，伺服驱动组件刚性固定在质体一上，并通过柔性联轴器与激振力组件连接，可驱动偏心块旋转产生激振力；质体三与所述声学强化腔刚性固定，共同构成机械共振系统。三质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。偏心块旋转后可产生离心力，通过具有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件可合成输出与声学强化腔振动速度相同相位的交变激振力，驱动机械共振系统产生共振，并将激振力几乎完全作用于声学强化腔内的物料。由于机械共振系统工作在共振条件下，声学强化腔内的物料是系统的唯一外载。物料在机械共振系统中属于耗能元件，但同时具有质量属性。在大量试验基础上，将物料的质量、阻尼与声学强化腔、质体三的质量关联，给出：所述质体三的质量、所述声学强化腔的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍，所述质体二的质量、激振力组件的质量之和与所述质体三、所述声学强化腔的质量之和的比值A2为2-10倍，所述弹簧二的刚度与所述弹簧三的刚度的比值A3为2-10倍取值条件下，得到最优参数，优化了机械共振器、声学强化腔、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
进一步优化本技术方案，所述机械共振器为多质体振动系统，包含机架、质体一、质体二、质体三、弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四、弹簧五以及激振器；所述激振器包含激振力组件、伺服驱动组件，所述激振力组件为含有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件，所述伺服驱动组件为旋转型伺服电机；
质体一为隔振级，质体二为驱动级，质体三为负载级；质体一通过弹簧一与机架相连，质体二通过弹簧二与质体一相连，质体三通过弹簧三与质体一相连，质体二与质体三通过弹簧四相连；激振力组件刚性固定在质体二上；伺服驱动组件通过弹簧五与机架连接，并通过柔性联轴器与激振力组件连接，可驱动偏心块旋转产生激振力；质体三与所述声学强化腔刚性固定，共同构成机械共振系统。三质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。偏心块旋转后可产生离心力，通过具有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件可合成输出与声学强化腔振动速度相同相位的交变激振力，驱动机械共振系统产生共振，并将激振力几乎完全作用于声学强化腔内的物料。由于机械共振系统工作在共振条件下，声学强化腔内的物料是系统的唯一外载。物料在机械共振系统中属于耗能元件，但同时具有质量属性。在大量试验基础上，将物料的质量、阻尼与声学强化腔、质体三的质量关联，给出：所述质体三的质量、所述声学强化腔的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍，所述质体二的质量、激振力组件的质量之和与所述质体三、所述声学强化腔的质量之和的比值A2为2-10倍，所述弹簧二的刚度与所述弹簧三的刚度的比值A3为2-10倍取值条件下，得到最优参数，优化了机械共振器、声学强化腔、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
进一步优化本技术方案，所述比值A1、A2、A3均相等时，所述机械共振器、声学强化腔、物料共同构成的共振系统性能得到进一步优化。
进一步优化本技术方案，所述声学强化系统的控制方法为：
设定激振力强度，通过调整频率使机械共振器处于共振工作条件，调整声学强化腔的压力和/或温度来使声学强化腔的振动位移/速度/加速度达到期望值；
所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。
进一步优化本技术方案，所述声学强化系统的控制方法为：
设定声学强化腔的压力和/或温度，通过调整频率使机械共振器处于共振工作条件，调整激振力强度来使声学强化腔的振动位移/速度/加速度达到期望值；
所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。
一种声学强化方法，基于上述的声学强化系统实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔中，物料装填体积率在50％-100％；在此装填范围内物料与物料之间、物料与声学强化腔壁面之间的相互作用将增强，优选90％-100％。
调整频率使机械共振器处于共振工作条件；系统工作在共振状态下，激振力可几乎完全传递给物料，否则，部分激振力则被用于平衡系统惯性力和弹性力，降低系统效率的同时，无法控制传递给物料的作用力，从而无法保证处理效果。通过调整频率使激振力的相位与声学强化腔的振动速度相位相同即可。
调整激振力强度，使声学强化腔的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2，所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。结合处理目的进行振动加速度设置，一般预混阶段使用较小的加速度，优选10-40g，稳定处理阶段40-150g，随着加速度的增加，物料与物料之间、物料与声学强化腔壁面之间的相互作用将显著增强，处理效率将显著增大。
一种声学强化方法，基于上述的声学强化系统实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔中，物料装填体积率在50％-100％；在此装填范围内物料与物料之间、物料与声学强化腔壁面之间的相互作用将增强，优选90％-100％。
设置声学强化腔的绝对压力和/或温度，其中声学强化腔的绝对压力范围为1kPa-60MPa；设置声学强化腔的绝对压力和/或温度，可有效控制物料与物料之间、物料与声学强化腔壁面之间的相互作用；根据物料处理所需要的压力或者温度进行设置。
调整频率使机械共振器处于共振工作条件；系统工作在共振状态下，激振力可几乎完全传递给物料，否则，部分激振力则被用于平衡系统惯性力和弹性力，降低系统效率的同时，无法控制传递给物料的作用力，从而无法保证处理效果。通过调整频率使激振力的相位与声学强化腔的振动速度相位相同即可。
调整激振力强度，使声学强化腔的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2，所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。结合处理目的进行振动加速度设置，一般预混阶段使用较小的加速度，优选10-40g，稳定处理阶段40-150g，随着加速度的增加，物料与物料之间、物料与声学强化腔壁面之间的相互作用将显著增强，处理效率将显著增大。
一种声学强化方法，基于上述的声学强化系统实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔中，物料装填体积率在50％-100％；在此装填范围内物料与物料之间、物料与声学强化腔壁面之间的相互作用将增强，优选90％-100％。
设置激振力强度，所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。设置激振力强度，可有效控制物料与物料之间、物料与声学强化腔壁面之间的相互作用；根据物料处理所需要的激振力强度进行设置。
调整频率使机械共振器处于共振工作条件；系统工作在共振状态下，激振力可几乎完全传递给物料，否则，部分激振力则被用于平衡系统惯性力和弹性力，降低系统效率的同时，无法控制传递给物料的作用力，从而无法保证处理效果。通过调整频率使激振力的相位与声学强化腔的振动速度相位相同即可。
调整声学强化腔的绝对压力和/或温度，其中声学强化腔的绝对压力范围为1kPa-60MPa,使声学强化腔的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2。结合处理目的进行声学强化腔的绝对压力和/或温度设置，一般预混阶段使用较小的加速度，优选10-40g，稳定处理阶段40-150g，随着加速度的增加，物料与物料之间、物料与声学强化腔壁面之间的相互作用将显著增强，处理效率将显著增大。
进一步优化本技术方案，为了进一步增强对物料的作用，声学强化腔中还添加有研磨珠，研磨珠和物料的总装填体积率在50％-100％；在此装填范围内物料与物料、物料与声学强化腔壁面、物料与研磨珠相互作用将增强，优选90％-100％。
进一步优化本技术方案，在有些应用中，声学强化腔中还添加有液体溶剂，液体溶剂添加量为声学强化腔内部剩余空间体积(包含固体颗粒间隙空间)的50％-100％；在此装填范围内物料与物料、物料与声学强化腔壁面、物料与研磨珠相互作用将增强，优选90％-100％。
进一步优化本技术方案，所述研磨珠的粒径在0.01-2mm的范围内。较小的研磨珠粒径有利用增强物料流动性，保证物料整体声流特性。
进一步优化本技术方案，在有些应用中，至少一种被处理物料与声学强化腔刚性固定连接；被固定的物料作为新的声学强化腔壁面，与其它物料发生相互作用。
进一步优化本技术方案，所述声学强化方法的用途包括但不限于原材料的流化、混合、分散、包覆、打磨、破碎、乳化、萃取、溶解、化学反应强化。
与现有技术相比，本发明提供了一种声学强化系统及方法，具备以下有益效果：
1、可产生具有单一漩涡的声流结构，整场运动、能量分散均匀。
2、物料装填体积率高，最高100％，显著提高生产能力。
3、工作在共振条件下，激振力几乎完全作用于物料，物料作用参数量化，是优化工艺的重要参考。
4、物料与物料、物料与声学强化腔壁面、物料与研磨珠相互作用强度可调可控，适应物料范围广。
5、优化了机械共振器、声学强化腔、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
6、声学强化腔压力和/或温度、激振力强度、振动加速度为主要参数的声学强化方法，适应多种目的原材料处理。
附图说明
图1为本申请实施例的一种声学强化系统示意图；
图2为本申请实施例所述极轴对称的单漩涡分布形式的一阶声流三维及平面示意图；
图3为本申请实施例所述极轴对称的单漩涡分布形式之外的一阶声流平面示意图；
图4为本申请实施例的一种机械共振器结构示意图；
图5为本申请实施例的一种机械共振器结构示意图；
图6为本申请实施例的一种机械共振器结构示意图；
图7为本申请实施例的一种机械共振器结构示意图；
图8为本申请实施例的一种声学强化方法流程图；
图9为本申请实施例的一种声学强化方法流程图。
图中：1、声学强化腔；2、机械共振器；201、机架；202、质体一；203、质体二；204、质体三；205、弹簧一；206、弹簧二；207、弹簧三；208、弹簧四；209、激振器；20901、磁体组件；20911、激振力组件；20902、线圈组件；20912、伺服驱动组件；210、弹簧五；3、压力控制系统；4、温度控制系统。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种声学强化系统，包括：
声学强化腔1；用于使容纳被处理物料，使其产生整场的、能量分布均匀且能量可控的声流运动。
机械共振器2；用于耦合声学强化腔1发生机械共振，产生较强的振动，并使激振能量直接且几乎完全传递给被处理物料。
所述声学强化腔1具有圆柱形内腔，圆柱形内腔直径D小于1200mm，在此范围内可以在现有技术可制造范围内无限小，可以处理的样品量无下限限制。圆柱形内腔长度L与直径D比值在0.5-3范围，优选0.8-1.5；圆柱形内腔底部和顶部均设有圆角，圆角尺寸R与圆柱形内腔直径D比值在0.1-0.5范围，对应流动性较好物料优选0.1-0.25，对流动性较差物料或者对声流速度要求较高的物料优选0.25-0.5；声学强化腔1的尺寸及形状对一阶声流的形态影响显著，单一的声流形态有助于声学强化腔1内不同位置的物料快速发生传质、传热及相互作用/反应。声学强化腔1可制作成分体式也可制作成一体式，制作成分体式时应保证结合部位可靠密封耐压，结合面应光滑；制作成一体式时，应增加自动加料和出料的管道接口。
所述圆柱形内腔壁面均为刚性壁面，且表面光滑，表面粗糙度不低于Ra3.2，可采用不锈钢制作，物料由特殊要求的应进行特定的材料，但需保证容器壁面具有一定的厚度或者加强筋版，保证足够的刚性，同时为了保证耐磨性，壁面还应有较高硬度，可进行表面硬化处理，如喷涂碳化钨或者表面渗碳；可对与物料接触的内表面进行打磨抛光，保证内壁光滑；壁面刚性不足、表面粗糙均会导致内部一阶声流形态变化，表面粗糙还将增加能耗。
所述圆柱形内腔设置有对外连接的管道接口。可用于增加强化过程的手段或者用于加料或者出料或者测温或者测压。
所述声学强化腔1固定连接在所述机械共振器2上。
所述机械共振器2为多质体振动系统，与声学强化腔1构成机械共振系统，可使声学强化腔1在圆柱形内腔轴线方向产生频率在40Hz-80Hz范围，振幅2mm-20mm范围内的机械共振。多质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。40Hz-80Hz频率范围的对应的波长可与声学强化腔1尺寸匹配，并且该频率下振幅达到2mm-20mm时的振动强度(能量)足以产生物料所需的声流运动，物料最大体积装填率可达100％。特别值得注意的是机械共振器2工作在共振条件下，输入能量几乎全部传递给物料，是材料处理工艺的关键参数。
经过大量不同密度物料、不同配比、不同填充比、不同振动频率、不同振幅条件以及不同声学强化腔1尺寸、形状下的试验，本发明所述声学强化系统可较好地使被处理物料产生极轴对称的单漩涡分布形式的一阶声流，所有物料在同一个漩涡中进行运动，并且能量不断从一阶声流向高阶声流迁移补给，高阶声流的微振动或压缩作用效果得到进一步提高，能量均匀分布在声学强化腔1内部，被处理物料的传质换热、相互作用/反应的效率显著提高。单漩涡分布形式的一阶声流示意图如图2，其它形式多漩涡分布的一阶声流示意图如图3。
实施例二：
如图1，一种声学强化系统，在实施例一的基础上，还包括：
压力控制系统3和/或温度控制系统4；
所述压力控制系统3通过管道与所述声学强化腔1相连，可对声学强化腔1内压力进行调节，使声学强化腔1内的绝对压力在1kPa-60MPa；
所述温度控制系统4，通过管道与声学强化腔1上设置的换热夹层相连，用于声学强化腔1的温度控制。
压力和温度均对被处理材料的声流特性有显著影响。对声学强化腔1内部压力进行控制，一方面影响声学强化腔1内部流体的压缩性，相当于对内部流体进行了预压，从而影响声学强化腔1内部流体的声流特性；另一方面影响固体颗粒之间及与声学强化腔1壁面的作用，通过对声学强化腔1内部压力的调节控制，可有效控制声学强化腔1对被处理物料的作用，从而得到对被处理材料预期的作用；温度同样影响声学强化腔1内部流体的压缩性，温度还影响流体的黏度，影响被处理材料的流动性，从而影响声学强化腔1内部流体的声流特性。
所述压力控制系统3为绝对压力可控的真空系统，绝对压力调节范围为1kPa-标准大气压。通过真空系统可以降低声学强化腔1内部气体的压力，使其在1kPa-标准大气压范围内，以降低声学强化腔1内部物料之间及物料与声学强化腔1壁面相互作用。根据不同物料所需的处理程度，进行压力的调节控制。对力、热敏感的物料如炸药材料或者具有生物活性的细胞或者特殊结构的材料可在1kPa-标准大气压范围内的合适压力下进行处理。
所述压力控制系统3为配置有调压阀或减压阀的压缩气源，绝对压力调节范围为标准大气压-25MPa。通过压缩气源及调压阀或减压阀可调节声学强化腔1内部气体的压力，使其在标准大气压-25MPa范围内，以增强声学强化腔1内部物料之间及物料与声学强化腔1壁面相互作用。根据不同物料所需的处理程度，进行压力的调节控制。对纳米材料等易产生团聚的超细材料的处理可在标准大气压-25MPa范围内的合适压力下进行处理。压缩气源可采用参与混合强化腔物料反应的气体如氧气或者氢气等，或是采用具有惰性的氩气或者氮气等。减压阀或者调压阀可采用手动调节形式的或者自动比例阀，与控制系统进行闭环控制调节。
所述压缩气源配置有气体压缩机。压缩气源使用后自身压力会降低，需要定期对压缩气源进行补气(补压)，而采用气体压缩机则可以实现随用随补，减小了压力罐的容积，免去离线补气(补压)的步骤。
所述压力控制系统3为配置有调压阀或减压阀的液体增压泵，绝对压力调节范围为0.01Mpa-60MPa。通过液体增压泵及调压阀或减压阀可调节声学强化腔1内部液体的压力，使其在0.01Mpa-60MPa范围内，以增强声学强化腔1内部物料之间及物料与声学强化腔1壁面相互作用。根据不同物料所需的处理程度，进行压力的调节控制。对纳米材料等易产生团聚的超细材料且需在液体环境中处理的可在0.01Mpa-60MPa范围内的合适压力下进行处理。
所述压力控制系统3同时具备上述绝对压力可控的真空系统，配置有调压阀或减压阀的压缩气源，配有气体压缩机、调压阀或减压阀的压缩气源，配置有调压阀或减压阀的液体增压泵中至少2种，通过多个开关阀控制其中一个对声学强化腔1的压力进行控制，其余压力控制系统3停止工作。针对复杂的工艺状况，根据不同阶段声学强化腔1所需的压力、环境进行配置。
实施例三：
所述声学强化腔1中包含有沿圆柱形内腔轴线方向滑动的活塞及锁紧螺母，通过移动活塞可调节声学强化腔1的体积，通过锁紧螺母可将活塞与声学强化腔1刚性固定连接。通过活塞调整声学强化腔1的体积，在处理较少量的物料时，使物料在声学强化腔1内物料与物料、物料与声学强化腔1壁面之间相互作用进行调节优化，达到最佳处理效果。
所述活塞内部设有通道及接头，用于将声学强化腔1与外部管道联通。与压力控制系统3连接后，可以进一步优化处理效果；还可以与其它加料、出料、测温、测压等接口相连。
所述声学强化腔1中包含声流运动干扰叶片，刚性固定在声学强化腔1内部。对一些特殊的物料如非牛顿流体型，其在声学强化腔1内部的声流漩涡结构会受到一定程度的影响。通过在声学强化腔1内部设置干扰叶片，增大了声学强化腔1内表面面积，可干扰声流分布，可再次形成较好的声流结构，提高被处理物料的传质换热、相互作用/反应的效率。
所述声流运动干扰叶片为圆片或者搅拌桨叶形状，刚性固定在声学强化腔1内部，并位于圆柱形内腔轴线上。通过试验，圆片或者搅拌桨叶形状可产生较好的干预效果，且形式简单，成本低。
实施例四：
如图5，所述机械共振器2为三质体振动系统，包含机架201、质体一202、质体二203、质体三204、弹簧一205、弹簧二206、弹簧三207、弹簧四208、激振器209；所述激振器209包含激振力组件20911、伺服驱动组件20912，所述激振力组件20911为含有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件，所述伺服驱动组件20912为旋转型伺服电机；质体一202为隔振级，质体二203为驱动级，质体三204为负载级；质体一202通过弹簧一205与机架201相连，质体二203通过弹簧二206与质体一202相连，质体三204通过弹簧三207与质体一202相连，质体二203与质体三204通过弹簧四208相连；激振力组件20911、伺服驱动组件20912均刚性固定在质体二203上，通过刚性联轴器连接，可驱动偏心块旋转产生激振力；质体三204与所述声学强化腔1刚性固定，共同构成机械共振系统。三质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。偏心块旋转后可产生离心力，通过具有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件可合成输出与声学强化腔1振动速度相同相位的交变激振力，驱动机械共振系统产生共振，并将激振力几乎完全作用于声学强化腔1内的物料。由于机械共振系统工作在共振条件下，声学强化腔1内的物料是系统的唯一外载。物料在机械共振系统中属于耗能元件，但同时具有质量属性。在大量试验基础上，将物料的质量、阻尼与声学强化腔1、质体三204的质量关联，给出：所述质体三204的质量、所述声学强化腔1的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍，所述质体二203的质量、激振器209的质量之和与所述质体三204、所述声学强化腔1的质量之和的比值A2为2-10倍，所述弹簧二206的刚度与所述弹簧三207的刚度的比值A3为2-10倍取值条件下，得到最优参数，优化了机械共振器2、声学强化腔1、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
如图4，所述机械共振器2为三质体振动系统，包含机架201、质体一202、质体二203、质体三204、弹簧一205、弹簧二206、弹簧三207、弹簧四208、激振器209；所述激振器209包含磁体组件20901、线圈组件20902；质体一202为隔振级，质体二203为驱动级，质体三204为负载级；质体一202通过弹簧一205与机架201相连，质体二203通过弹簧二206与质体一202相连，质体三204通过弹簧三207与质体一202相连，质体二203与质体三204通过弹簧四208相连；所述磁体组件20901刚性固定在质体二203上，所述线圈组件20902固定在质体三204上，通入交流电后可与磁体组件20901产生相互作用的激振力；质体三204与所述声学强化腔1刚性固定，共同构成机械共振系统。三质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。激振器209采用电磁激振形式，通入与声学强化腔1振动速度相同相位的交变电流后，由线圈组件20902在磁体组件20901的磁场中受到的交变安培力来作为激振力，驱动机械共振系统产生共振，并将激振力几乎完全作用于声学强化腔1内的物料。由于机械共振系统工作在共振条件下，声学强化腔1内的物料是系统的唯一外载。物料在机械共振系统中属于耗能元件，但同时具有质量属性。在大量试验基础上，将物料的质量、阻尼与声学强化腔1、质体三204的质量关联，给出：所述质体三204的质量、所述声学强化腔1的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍，所述质体二203的质量、磁体组件20901的质量之和与所述质体三204、所述线圈组件20902、所述声学强化腔1的质量之和的比值A2为2-10倍，所述弹簧二206的刚度与所述弹簧三207的刚度的比值A3为2-10倍取值条件下，得到最优参数，优化了机械共振器2、声学强化腔1、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
如图6，所述机械共振器2为三质体振动系统，包含机架201、质体一202、质体二203、质体三204、弹簧一205、弹簧二206、弹簧三207、弹簧四208、激振器209；所述激振器209包含激振力组件20911、伺服驱动组件20912，所述激振力组件20911为含有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件，所述伺服驱动组件20912为旋转型伺服电机；质体一202为隔振级，质体二203为驱动级，质体三204为负载级；质体一202通过弹簧一205与机架201相连，质体二203通过弹簧二206与质体一202相连，质体三204通过弹簧三207与质体一202相连，质体二203与质体三204通过弹簧四208相连；激振力组件20911刚性固定在质体二203上，伺服驱动组件20912刚性固定在质体一202上，并通过柔性联轴器与激振力组件20911连接，可驱动偏心块旋转产生激振力；质体三204与所述声学强化腔1刚性固定，共同构成机械共振系统。三质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。偏心块旋转后可产生离心力，通过具有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件可合成输出与声学强化腔1振动速度相同相位的交变激振力，驱动机械共振系统产生共振，并将激振力几乎完全作用于声学强化腔1内的物料。由于机械共振系统工作在共振条件下，声学强化腔1内的物料是系统的唯一外载。物料在机械共振系统中属于耗能元件，但同时具有质量属性。在大量试验基础上，将物料的质量、阻尼与声学强化腔1、质体三204的质量关联，给出：所述质体三204的质量、所述声学强化腔1的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍，所述质体二203的质量、激振力组件20911的质量之和与所述质体三204、所述声学强化腔1的质量之和的比值A2为2-10倍，所述弹簧二206的刚度与所述弹簧三207的刚度的比值A3为2-10倍取值条件下，得到最优参数，优化了机械共振器2、声学强化腔1、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
如图7，所述机械共振器2为多质体振动系统，包含机架201、质体一202、质体二203、质体三204、弹簧一205、弹簧二206、弹簧三207、弹簧四208、弹簧五210、激振器209；所述激振器209包含激振力组件20911、伺服驱动组件20912，所述激振力组件20911为含有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件，所述伺服驱动组件20912为旋转型伺服电机；质体一202为隔振级，质体二203为驱动级，质体三204为负载级；质体一202通过弹簧一205与机架201相连，质体二203通过弹簧二206与质体一202相连，质体三204通过弹簧三207与质体一202相连，质体二203与质体三204通过弹簧四208相连；激振力组件20911刚性固定在质体二203上；伺服驱动组件20912通过弹簧五210与机架201连接，并通过柔性联轴器与激振力组件20911连接，可驱动偏心块旋转产生激振力；质体三204与所述声学强化腔1刚性固定，共同构成机械共振系统。三质体振动系统可在共振条件下输出大加速度振动的同时降低驱动机构的振动，保护驱动机构，并将传递给设备基础的作用力降至最小。偏心块旋转后可产生离心力，通过具有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件可合成输出与声学强化腔1振动速度相同相位的交变激振力，驱动机械共振系统产生共振，并将激振力几乎完全作用于声学强化腔1内的物料。由于机械共振系统工作在共振条件下，声学强化腔1内的物料是系统的唯一外载。物料在机械共振系统中属于耗能元件，但同时具有质量属性。在大量试验基础上，将物料的质量、阻尼与声学强化腔1、质体三204的质量关联，给出：所述质体三204的质量、所述声学强化腔1的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍，所述质体二203的质量、激振力组件20911的质量之和与所述质体三204、所述声学强化腔1的质量之和的比值A2为2-10倍，所述弹簧二206的刚度与所述弹簧三207的刚度的比值A3为2-10倍取值条件下，得到最优参数，优化了机械共振器2、声学强化腔1、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
上述通过不小于4的偶数个偏心块进行激振力合成方法可按照成熟方法，偏心块数量可为4个或者6个或者8个或者更多，对称放置，如图5所示，两侧对称位置为一组，组内偏心块选装方向相反，偏心块位置对称，水平方向激振力抵消，仅合成竖直方向激振力；通过控制组与组之间竖直方向的激振力的合成，调节最终合成激振力的大小。
所述比值A1、A2、A3均相等时，所述机械共振器2、声学强化腔1、物料共同构成的共振系统性能得到进一步优化。为了降低总体重量，A1、A2、A3可优选2-5，为了提高提高稳定性，A1、A2、A3可优选5-10.
针对上述声学强化系统，其控制方法在于，设定激振力强度，通过调整频率使机械共振器2处于共振工作条件，调整声学强化腔1的压力和/或温度来使声学强化腔1的振动位移/速度/加速度达到期望值。针对一些物料，激振力强度是影响物料与物料、物料与声学强化腔1壁面相互作用的主导因素，可采取设定激振力强度，调节压力和/或温度的方法进行声学强化腔1振动位移/速度/加速度的调节。激振力强度为机械共振器2所包含的激振器209产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。
针对上述声学强化系统，其控制方法在于，设定声学强化腔1的压力和/或温度，通过调整频率使机械共振器2处于共振工作条件，调整激振力强度来使声学强化腔1的振动位移/速度/加速度达到期望值。针对一些物料，声学强化腔1的压力和/或温度是影响物料与物料、物料与声学强化腔1壁面相互作用的主导因素，可采取设定声学强化腔1的压力和/或温度，调节激振力强度的方法进行声学强化腔1振动位移/速度/加速度的调节。激振力强度为机械共振器2所包含的激振器209产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。
实施例五：
一种声学强化方法，在上述声学强化系统上实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔1中，物料装填体积率在50％-100％；在此装填范围内物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间的相互作用将增强，优选90％-100％，可进一步提高物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间相互作用的频率和作用强度，进一步强化处理过程。
调整频率使机械共振器2处于共振工作条件；系统工作在共振状态下，激振力可几乎完全传递给物料，否则，部分激振力则被用于平衡系统惯性力和弹性力，降低系统效率的同时，无法控制传递给物料的作用力，从而无法保证处理效果。通过调整频率使激振力的相位与声学强化腔1的振动速度相位相同即可。
调整激振力强度，使声学强化腔1的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2，激振力强度为机械共振器2所包含的激振器209产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。结合处理目的进行振动加速度设置，一般预混阶段使用较小的加速度，优选10-40g，稳定处理阶段40-150g，随着加速度的增加，物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间的相互作用将显著增强，处理效率将显著增大。预混阶段和稳定处理阶段所需要的时间与振动加速度、激振力强度、压力和/或温度直接相关，具体针对不同种类的物料可在若干次试验摸索中确定。
上述声学强化方法的用途包括但不限于，原材料的流化、混合、分散、包覆、打磨、破碎、乳化、萃取、溶解、化学反应强化。
实施例六：
如图8，一种声学强化方法，在上述声学强化系统上实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔1中，物料装填体积率在50％-100％；在此装填范围内物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间的相互作用将增强，优选90％-100％，可进一步提高物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间相互作用的频率和作用强度，进一步强化处理过程。
设置声学强化腔1的绝对压力和/或温度，其中声学强化腔1的绝对压力范围为1kPa-60MPa；设置声学强化腔1的绝对压力和/或温度，可有效控制物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间的相互作用；根据物料处理所需要的压力或者温度进行设置。
调整频率使机械共振器2处于共振工作条件；系统工作在共振状态下，激振力可几乎完全传递给物料，否则，部分激振力则被用于平衡系统惯性力和弹性力，降低系统效率的同时，无法控制传递给物料的作用力，从而无法保证处理效果。通过调整频率使激振力的相位与声学强化腔1的振动速度相位相同即可。
调整激振力强度，使声学强化腔1的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2，激振力强度为机械共振器2所包含的激振器209产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。结合处理目的进行振动加速度设置，一般预混阶段使用较小的加速度，优选10-40g，稳定处理阶段40-150g，随着加速度的增加，物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间的相互作用将显著增强，处理效率将显著增大。预混阶段和稳定处理阶段所需要的时间与振动加速度、激振力强度、压力和/或温度直接相关，具体针对不同种类的物料可在若干次试验摸索中确定。
上述声学强化方法的用途包括但不限于，原材料的流化、混合、分散、包覆、打磨、破碎、乳化、萃取、溶解、化学反应强化。
实施例七：
如图9，一种声学强化方法，在上述声学强化系统上实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔1中，物料装填体积率在50％-100％；在此装填范围内物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间的相互作用将增强，优选90％-100％。
设置激振力强度；激振力强度为机械共振器2所包含的激振器209产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。设置激振力强度，可有效控制物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间的相互作用；根据物料处理所需要的激振力强度进行设置。
调整频率使机械共振器2处于共振工作条件；系统工作在共振状态下，激振力可几乎完全传递给物料，否则，部分激振力则被用于平衡系统惯性力和弹性力，降低系统效率的同时，无法控制传递给物料的作用力，从而无法保证处理效果。通过调整频率使激振力的相位与声学强化腔1的振动速度相位相同即可。
调整声学强化腔1的绝对压力和/或温度，其中声学强化腔1的绝对压力范围为1kPa-60MPa,使声学强化腔1的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2；结合处理目的进行声学强化腔1的绝对压力和/或温度设置，一般预混阶段使用较小的加速度，优选10-40g，稳定处理阶段40-150g，随着加速度的增加，物料与物料之间、物料与声学强化腔1壁面之间的相互作用将显著增强，处理效率将显著增大。预混阶段和稳定处理阶段所需要的时间与振动加速度、激振力强度、压力和/或温度直接相关，具体针对不同种类的物料可在若干次试验摸索中确定。
上述声学强化方法的用途包括但不限于，原材料的流化、混合、分散、包覆、打磨、破碎、乳化、萃取、溶解、化学反应强化。
实施例八：
为了进一步增强对物料的作用，声学强化腔1中还添加有研磨珠，研磨珠和物料的总装填体积率在50％-100％；在此装填范围内物料与物料、物料与声学强化腔1壁面、物料与研磨珠相互作用将增强，优选90％-100％。
在有些应用中，声学强化腔1中还添加有液体溶剂，液体溶剂添加量为声学强化腔1内部剩余空间体积(包含固体颗粒间隙空间)的50％-100％；在此装填范围内物料与物料、物料与声学强化腔1壁面、物料与研磨珠相互作用将增强，优选90％-100％。
研磨珠的粒径在0.01-2mm范围，较小的研磨珠粒径有利用增强物料流动性，保证物料整体声流特性。
在有些应用中，至少一种被处理物料与声学强化腔1刚性固定连接；被固定的物料作为新的声学强化腔1壁面，与其它物料发生相互作用。
上述声学强化方法的用途包括但不限于，原材料的流化、混合、分散、包覆、打磨、破碎、乳化、萃取、溶解、化学反应强化。
本发明的有益效果是：
1、可产生具有单一漩涡的声流结构，整场运动、能量分散均匀。
2、物料装填体积率高，最高100％，显著提高生产能力。
3、工作在共振条件下，激振力几乎完全作用于物料，物料作用参数量化，是优化工艺的重要参考。
4、物料与物料、物料与声学强化腔壁面、物料与研磨珠相互作用强度可调可控，适应物料范围广。
5、优化了机械共振器、声学强化腔、物料共同构成的共振系统的总重量及系统阻尼比，确保机械共振系统可以以最大120g的振动加速度长时间稳定运行。
6、声学强化腔压力和/或温度、激振力强度、振动加速度为主要参数的声学强化方法，适应多种目的原材料处理。
在本申请及其实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“高度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请及其实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请及其实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构或方法。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (26)
1.一种声学强化系统，其特征在于，包括：
声学强化腔；
机械共振器；
所述声学强化腔固定连接在所述机械共振器上；
所述声学强化腔包括圆柱形内腔，所述圆柱形内腔的直径D小于1200mm，圆柱形内腔长度L与直径D比值在0.5-3的范围内，圆柱形内腔底部和顶部均设有圆角，所述圆角的尺寸R与圆柱形内腔直径D比值在0.1-0.5的范围内；所述圆柱形内腔壁面均为刚性壁面，且表面光滑，表面粗糙度不低于Ra3.2；所述圆柱形内腔设置有对外连接的管道接口；
所述机械共振器为多质体振动系统，机械共振器与声学强化腔构成机械共振系统，使声学强化腔在圆柱形内腔轴线方向产生频率在40Hz-80Hz的范围内，振幅2mm-20mm的范围内的机械共振。
2.根据权利要求1所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述声学强化系统，还包括：
压力控制系统和/或温度控制系统；
所述压力控制系统通过管道与所述声学强化腔相连，对声学强化腔内压力进行调节，使声学强化腔内的绝对压力在1kPa-60MPa；
所述温度控制系统，通过管道与声学强化腔上设置的换热夹层相连，用于声学强化腔的温度控制。
3.根据权利要求2所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述压力控制系统为绝对压力可控的真空系统，其绝对压力调节范围为1kPa-标准大气压。
4.根据权利要求2所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述压力控制系统为配置有调压阀或减压阀的压缩气源，其绝对压力调节范围为标准大气压-25MPa。
5.根据权利要求4所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述压缩气源配置有气体压缩机。
6.根据权利要求2所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述压力控制系统为配置有调压阀或减压阀的液体增压泵，其绝对压力调节范围为0.01Mpa-60MPa。
7.根据权利要求2所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述压力控制系统同时具备权利要求3-6中任一项所述的真空系统、压缩气源以及液体增压泵中的至少两种设备，通过多个开关阀控制其中一个设备工作，其余设备停止工作。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述声学强化腔中包括有沿圆柱形内腔轴线方向滑动的活塞及锁紧螺母，通过移动活塞调节声学强化腔的体积，通过锁紧螺母将活塞与声学强化腔刚性固定连接。
9.根据权利要求8所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述活塞的内部设有通道及接头，用于将声学强化腔与外部管道连通。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述声学强化腔中包含声流运动干扰叶片，所述声流运动干扰叶片刚性固定在声学强化腔内部。
11.根据权利要求10所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述声流运动干扰叶片为圆片或者搅拌桨叶形状，所述声流运动干扰叶片位于圆柱形内腔轴线上。
12.根据权利要求1-11任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述机械共振器为三质体振动系统，包括机架、质体一、质体二、质体三、弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四以及激振器；
质体一为隔振级，质体二为驱动级，质体三为负载级；质体一通过弹簧一与机架相连，质体二通过弹簧二与质体一相连，质体三通过弹簧三与质体一相连，质体二与质体三通过弹簧四相连；激振器刚性固定在质体二上；质体三与所述声学强化腔刚性固定，共同构成机械共振系统；
所述质体三的质量、所述声学强化腔的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍；所述质体二的质量、激振器的质量之和与所述质体三、所述声学强化腔的质量之和的比值A2为2-10倍；所述弹簧二的刚度与所述弹簧三的刚度的比值A3为2-10倍。
13.根据权利要求1-11任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述机械共振器为三质体振动系统，包含机架、质体一、质体二、质体三、弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四以及激振器，所述激振器包括磁体组件、线圈组件；
质体一为隔振级，质体二为驱动级，质体三为负载级；质体一通过弹簧一与机架相连，质体二通过弹簧二与质体一相连，质体三通过弹簧三与质体一相连，质体二与质体三通过弹簧四相连；所述磁体组件刚性固定在质体二上，所述线圈组件固定在质体三上，通入交流电后可与磁体组件产生相互作用的激振力；质体三与所述声学强化腔刚性固定，共同构成机械共振系统；
所述质体三的质量、所述声学强化腔的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍；所述质体二的质量、磁体组件的质量之和与所述质体三、所述线圈组件、所述声学强化腔的质量之和的比值A2为2-10倍；所述弹簧二的刚度与所述弹簧三的刚度的比值A3为2-10倍。
14.根据权利要求1-11任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述机械共振器为三质体振动系统，包含机架、质体一、质体二、质体三、弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四以及激振器；所述激振器包含激振力组件、伺服驱动组件，所述激振力组件为含有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件，所述伺服驱动组件为旋转型伺服电机；
质体一为隔振级，质体二为驱动级，质体三为负载级；质体一通过弹簧一与机架相连，质体二通过弹簧二与质体一相连，质体三通过弹簧三与质体一相连，质体二与质体三通过弹簧四相连；激振力组件刚性固定在质体二上，伺服驱动组件刚性固定在质体一上，并通过柔性联轴器与激振力组件连接，可驱动偏心块旋转产生激振力；质体三与所述声学强化腔刚性固定，共同构成机械共振系统；
所述质体三的质量、所述声学强化腔的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍；所述质体二的质量、激振力组件的质量之和与所述质体三、所述声学强化腔的质量之和的比值A2为2-10倍；所述弹簧二的刚度与所述弹簧三的刚度的比值A3为2-10倍。
15.根据权利要求1-11任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述机械共振器为多质体振动系统，包含机架、质体一、质体二、质体三、弹簧一、弹簧二、弹簧三、弹簧四、弹簧五以及激振器；所述激振器包含激振力组件、伺服驱动组件，所述激振力组件为含有不小于4的偶数个偏心块的偏心块组件，所述伺服驱动组件为旋转型伺服电机；
质体一为隔振级，质体二为驱动级，质体三为负载级；质体一通过弹簧一与机架相连，质体二通过弹簧二与质体一相连，质体三通过弹簧三与质体一相连，质体二与质体三通过弹簧四相连；激振力组件刚性固定在质体二上；伺服驱动组件通过弹簧五与机架连接，并通过柔性联轴器与激振力组件连接，可驱动偏心块旋转产生激振力；质体三与所述声学强化腔刚性固定，共同构成机械共振系统；
所述质体三的质量、所述声学强化腔的质量之和与物料质量的比值A1为2-10倍；所述质体二的质量、激振力组件的质量之和与所述质体三、所述声学强化腔的质量之和的比值A2为2-10倍；所述弹簧二的刚度与所述弹簧三的刚度的比值A3为2-10倍。
16.根据权利要求12-15任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述比值A1、A2、A3均相等。
17.根据权利要求1-16任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述声学强化系统的控制方法为：
设定激振力强度，通过调整频率使机械共振器处于共振工作条件，调整声学强化腔的压力和/或温度来使声学强化腔的振动位移/速度/加速度达到期望值；
所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。
18.根据权利要求1-16任一项所述的一种声学强化系统，其特征在于，所述声学强化系统的控制方法为：
设定声学强化腔的压力和/或温度，通过调整频率使机械共振器处于共振工作条件，调整激振力强度来使声学强化腔的振动位移/速度/加速度达到期望值；
所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。
19.一种声学强化方法，基于权利要求1所述的声学强化系统实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔中，物料装填体积率在50％-100％；
调整频率使机械共振器处于共振工作条件；
调整激振力强度，使声学强化腔的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2，所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。
20.一种声学强化方法，基于权利要求2-18任一项所述的声学强化系统实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔中，物料装填体积率在50％-100％；
设置声学强化腔的绝对压力和/或温度，其中声学强化腔的绝对压力范围为1kPa-60MPa；
调整频率使机械共振器处于共振工作条件；
调整激振力强度，使声学强化腔的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2，所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值。
21.一种声学强化方法，基于权利要求2-18任一项所述的声学强化系统实施以下步骤：
将被处理物料放置在声学强化腔中，物料装填体积率在50％-100％；
设置激振力强度，所述激振力强度为机械共振器所包含的激振器产生的激振力或者与激振力为数学关系的、代表激振力大小的强度值；
调整频率使机械共振器处于共振工作条件；
调整声学强化腔的绝对压力和/或温度，其中声学强化腔的绝对压力范围为1kPa-60MPa,使声学强化腔的振动加速度达到10-150g，1g＝9.8m/s2。
22.根据权利要求19-22任一项所述的一种声学强化方法，其特征在于，所述声学强化腔中还添加有研磨珠，研磨珠和物料的总装填体积率在50％-100％。
23.根据权利要求22所述的一种声学强化方法，其特征在于，所述声学强化腔中还添加有液体溶剂，液体溶剂添加量为声学强化腔内部剩余空间体积的50％-100％，所述声学强化腔内部剩余空间包含固体颗粒间隙空间。
24.根据权利要求22-23任一项所述的一种声学强化方法，其特征在于，所述研磨珠的粒径在0.01-2mm的范围内。
25.根据权利要求22-24任一项所述的一种声学强化方法，其特征在于，至少一种被处理物料与声学强化腔刚性固定连接。
26.根据权利要求19-25所述的一种声学强化方法，其特征在于，所述声学强化方法的用途包括但不限于原材料的流化、混合、分散、包覆、打磨、破碎、乳化、萃取、溶解、化学反应强化。
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