分离中性浮力颗粒的流体装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
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2040um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Mil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M3I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。
技术实现思路
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M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 ，和一个用于乘除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，以禾'佣墙壁摩擦力促进撞击流的附着的柯恩达效应来皿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戶/f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 --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M。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M道的中心。在目前所述的实施例的另--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^31ii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。存:y前所述的实施例的另-方面，该方法还包括建立--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。4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。在冃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)表示了微粒提取的衫腿量；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。 具体实施例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)上弓l入一个离心 力，以便于皿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皿道时，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。简单的设计使该縫既易于与其他下游工艺组合应用，也肖滩作为单机、 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l ，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縮效应一由各种 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Fd。应该认识到所述离心力Fef是作为所^ilif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Fef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a: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nG織雷和A.西尔伯贝格，自然，189节209页(1961), G.鎌雷和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，禾BJ.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(I960 ， B.P.侯和L.G.莱亚尔，杂志,流体机械，65节365页 (1974 ) ， P瓦瑟尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，流体在螺旋通道中以使得所述中性浮力颗粒流入偏离所述通道中心的管状带中的方式流动；　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。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MH利恩，J朔，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]