Способ создания течения в капле жидкости



Способ создания течения в капле жидкости
Способ создания течения в капле жидкости

 


Владельцы патента RU 2577799:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области микрофлюидики и может быть использовано для создания течения в капле жидкости и перемешивания жидкостей в малых объемах. Предложенный способ заключается в том, что каплю жидкости, в которой нужно создать течение, помещают на горизонтально расположенную тонкую упругую пластину со свободными краями, в которой возбуждают изгибные колебания с частотой собственных колебаний в интервале звуковых и ультразвуковых частот пьезоэлектрическим преобразователем. Из-за передачи капле жидкости распределенных колебаний пластины капля перемещается на участок поверхности с пучностью изгибных колебаний в пластине. С увеличением амплитуды колебаний пластины в капле жидкости возникают течения, направленные в нижнем слое капли в сторону центра пучности изгибных колебаний пластины. Течение в капле жидкости возникает за счет градиента давления, создаваемого в капле распределенными колебаниями поверхности пластины, амплитуда которых в центре пучности колебаний пластины оказывается максимальной. Техническим результатом является упрощение и увеличение эффективности способа создания течения в капле жидкости. 2 ил.

 

Изобретение относится к области микрофлюидики и может быть использовано для создания течения в капле жидкости и перемешивания жидкостей в малых объемах.

Известен способ создания течения в капле жидкости [María Luisa Cordero et al. Mixing via thermocapillary generation of flow patterns inside a microfluidic drop //New J. Phys., 11, 2009, 075033]. Каплю жидкости помещают на подложку из предметного стекла с формированным на нем микроканалом, в котором капля занимает фиксированное положение. На участок искривленной свободной поверхности капли направляют сфокусированный луч лазера, который вызывает локальный нагрев капли. Создаваемый при этом градиент температур в капле приводит к возникновению в ней термокапиллярных течений.

Недостатком этого способа является необходимость использования лазера и устройства, фиксирующего положение капли, в которой нужно создать течение.

Известен также способ создания течения в капле жидкости [Патент РФ на изобретение №2403554, G01N 11/00, Бюл. №31, 10.11.2010], заключающийся в том, что каплю жидкости, в которой нужно создать течение, помещают на слой другой жидкости, которая не растворяет жидкость капли, температуру слоя жидкости поддерживают в диапазоне (Тк - 100; Тк - 50)°С, где Тк - температура кипения жидкости капли в градусах Цельсия, объем воздуха над каплей делают незамкнутым, поднимая закрывающую его крышку, при этом течение возникает за счет фестонной нестабильности капли, при которой жидкость течет из центра капли на ее периферию, где из жидкости растут фестоны, периодически инжектирующие в центр капли, а для прекращения течения жидкости в капле объем воздуха над каплей делают замкнутым, закрывая его крышкой. В этом способе в качестве подложки, на которую помещают каплю жидкости, служит слой другой жидкости, не растворяющей жидкость капли.

Недостатком описанного способа является необходимость использования и, соответственно, подбора жидкости, не растворяющей жидкость капли, а также поддерживание необходимой температуры для возникновения фестонной нестабильности капли.

Предлагаемый способ направлен на упрощение и увеличение эффективности способа создания течения в капле жидкости.

Поставленная задача решается путем использования явления возникновения течений в капле жидкости, находящейся на поверхности пластины, в которой возбуждены изгибные колебания с частотой собственных колебаний в интервале звуковых и ультразвуковых частот с помощью пьезоэлектрического преобразователя, при этом участок поверхности пластины, на котором находится капля, приходится на пучность колебаний пластины.

Схема предлагаемого способа показана на Фиг. 1, где 1 - капля жидкости, в которой нужно создать течение, 2 - пластина, совершающая изгибные колебания, 3 - пьезоэлектрический преобразователь, 4 - генератор звуковой частоты.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Каплю жидкости помещают на горизонтально расположенную тонкую упругую пластину со свободными краями, совершающую изгибные колебания с собственной частотой в интервале звуковых и ультразвуковых частот, источником колебаний пластины служит механически соединенный с ней пьезоэлектрический преобразователь, подключенный к генератору звуковой частоты. Распределенные по амплитуде изгибные колебания пластины передаются капле жидкости, которая перетекает на ближайший участок поверхности пластины с пучностью колебаний, а в самой капле создаются внутренние течения.

Изгибные колебания пластин в интервале звуковых и ультразвуковых частот могут возбуждаться электромеханическими (электромагнитными, магнитоэлектрическими или пьезоэлектрическими) преобразователями, подключенными к генератору звуковой частоты. Для возбуждения изгибных колебаний пластины достаточно большой амплитуды, составляющей (50÷100) мкм, ее геометрические размеры и упругие свойства должны быть подобраны таким образом, чтобы одна из частот собственных изгибных колебаний была близкой к рабочей частоте электромеханического преобразователя. При закреплении прямоугольной пластины в двух противоположных краях, два других края остаются свободными. В случае консольного закрепления одним из краев прямоугольной пластины остаются свободными ее три края. Если пластина закреплена в центре, то свободными оказываются все края. Использование пьезоэлектрического преобразователя в качестве источника изгибных колебаний тонких пластин является наиболее удобным из-за простой конструкции и малого веса.

Изгибные колебания в пластинах являются двумерными и в пластине со свободными краями пучности изгибных колебаний собственных частот возникают как на краях, так и в центре поверхности пластины. Капле жидкости, помещенной на поверхность пластины, совершающей изгибные колебания, передаются колебания пластины. Так как амплитуда колебаний пластины зависит от координат и в центре пучности колебаний она максимальна, колебания жидкости в капле также оказываются распределенными. В результате внутри капли возникает градиент давления и жидкость в капле движется в сторону, где амплитуда колебаний больше. При малых амплитудах колебаний пластины капля жидкости за счет движения в ней жидкости перемещается на участок поверхности пластины с пучностью колебаний и растекается в форме, близкой к форме колебаний самой пластины. С увеличением амплитуды колебаний пластины в капле жидкости возникает течение, направленное в нижнем слое капли в сторону центра пучности колебаний пластины и направленное в верхнем слое от центра пучности.

При помещении капли жидкости на поверхность пластины к ее краю с пучностью колебаний в капле создается интенсивное течение, преимущественно направленное в верхнем слое капли в сторону от края пластины вследствие несимметричной формы капли.

На Фиг. 2 слева показана капля воды с вихревыми течениями, справа представлены капли приборного масла с установившимися в них течениями. Капли находятся на поверхности вблизи краев стальной пластины размером 32,0×8,0×0,1 мм, сама пластина одним из краев консольно прикреплена к пьезоэлектрическому преобразователю, который создает в пластине изгибные колебания частотой 5,5 кГц. Визуализация течений в смачивающем поверхность пластины слое воды осуществляется добавлением частиц углерода. Для создания симметричных течений в капле жидкости ее помещают на участок поверхности пластины с пучностью колебаний в центре пластины.

В зависимости от свойств жидкости в капле процесс создания течений и изменение их скорости в капле достигается подстройкой частоты и изменением амплитуды колебаний пластины. Техническим результатом изобретения является упрощение и увеличение эффективности способа создания течения в капле жидкости.

Способ создания течения в капле жидкости, включающий помещение капли на подложку, отличающийся тем, что подложка представляет собой горизонтально расположенную тонкую упругую пластину со свободными краями, в которой возбуждают изгибные колебания с частотой собственных колебаний в интервале звуковых и ультразвуковых частот пьезоэлектрическим преобразователем.



 

Похожие патенты:

Изобретение предоставляет датчик для расходомера, который может использоваться в различных устройствах для измерений параметров потока, использующих полупроводниковые либо керамические терморезисторы.

Изобретение относится к технической физике, а именно к способам и устройствам контроля физических параметров: вязкости, электропроводности, плотности, поверхностного натяжения у образцов металлических расплавов.

Настоящее изобретение касается расчета измерительной системой вязкости жидкости, подаваемой с измерительной системы на диагностический анализатор. Способ расчета вязкости жидкости в зонде, предназначенном для аспирации или дозирования, содержащий этапы, на которых: измеряют эталонное давление (Pэт., Pref), представляющее собой давление в измерительном наконечнике при отсутствии дозирования или аспирации.

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ оценки термопластичности углей или спекающих добавок включает набивку угля или спекающей добавки в емкость с получением образца, размещение слоя набивки из частиц на образце, нагрев образца с поддержанием при этом образца и слоя набивки при постоянном объеме или с приложением постоянной нагрузки на слой набивки, измерение расстояния проникновения, представляющее собой термопластичность угля, на которое расплавленный образец проникает в полости слоя набивки, и оценку термопластичности образца с использованием измеренного значения.

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ подготовки угля для получения кокса включает набивание угля в емкость для получения образца, на который помещают материал, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, нагревают полученный образец и измеряют расстояние проникновения, на которое расплавленный образец проникает внутрь указанных сквозных отверстий.

Изобретения относятся к измерительной технике, а именно к способам и устройствам для определения различных параметров жидкостей, в частности нефтепродуктов, хранимых или перевозимых в резервуарах, и могут быть использованы в системах определения объема и массы жидкостей.

Настоящее изобретение относится к области металлургии и машиностроения. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение вязкоупругих свойств металлов с помощью зондового акустического метода.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов. Способ оценки технологической эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), по которому осуществляют измерение действительного коэффициента трения в течение 10-20 с применением оцениваемой СОЖ и без нее, максимальную скорость охлаждения температурного датчика в испытываемой СОЖ и на воздухе (без СОЖ) от температуры, возникающей в зоне резания, до комнатной температуры.

Изобретение относится к области приборного исследования строительных материалов путем определения их физических свойств, в частности к исследованию реологических свойств текучих сред (предельного сопротивления сдвига, вязкости, градиента скорости деформирования) и анализа материалов путем определения их текучести и может быть использовано для определения реологических свойств у различных формовочных смесей специальных бетонов, оценки этих свойств и классификации смесей по реологическим свойствам.

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии (физико-химических измерений), а более конкретно - к способам определения точки (момента) потери текучести методом вибрационной вискозиметрии, и позволяет определить точку гелеобразования путем измерения вязкости (механического сопротивления) в сосудах различного размера.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэродинамическим способам контроля поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в химической промышленности и энергетике. Способ измерения поверхностного натяжения жидкости заключается в формировании углубления на поверхности жидкости под действием струи газа, измерении высоты углубления, изменении интенсивности струйного воздействия, измерении высоты полученного углубления и определении поверхностного натяжения по результатам двух измерений высоты углубления. Техническим результатом является обеспечение контроля поверхностного натяжения в производственных условиях с высокой точностью вследствие снижения влияния на результат измерения плотности жидкости, что достигается за счет измерения двух различных значений высоты углубления при двух значениях силы действия газовой струи. 1 ил.

Изобретение относится к области технической физики, а именно к технике определения вязкостных свойств жидких сред. Вискозиметр содержит вертикальный калиброванный капилляр, заполненный исследуемой жидкостью. Внутри капилляра с зазором помещена калиброванная игла. Техническим результатом является повышение точности определения вязкостных свойств жидких сред. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения вязкости текучей среды. Предложены измерительное электронное устройство (20) и способ получения вязкости текучей среды потока при заданной эталонной температуре. Измерительное электронное устройство (20) содержит интерфейс (201), выполненный с возможностью обмена сообщениями, систему (204) хранения, выполненную с возможностью хранения заданной эталонной температуры (211), измеренной вязкости (214) текучей среды, измеренной температуры (215) текучей среды и данных (218) отношения температуры и вязкости, которые связывают температуру с вязкостью в заданном диапазоне температур текучей среды потока, и систему (203) обработки, соединенную с интерфейсом (201) и с системой (204) хранения. При этом система (203) обработки выполнена с возможностью получения измеренной температуры (215) текучей среды, получения измеренной вязкости (214) текучей среды и формирования вязкости (227) при эталонной температуре с использованием измеренной вязкости (214) текучей среды и данных (218) отношения температуры и вязкости, при этом сформированная вязкость (227) при эталонной температуре соответствует заданной эталонной температуре (211). Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области технической физики, в частности к способам измерения вязкости газов, и может найти применение в различных отраслях промышленности и в лабораторной практике. Способ измерения вязкости газов реализуется путем его отбора и заполнения им емкости, пропускания через капилляр при постоянном перепаде давления, измерения времени изменения давления в емкости на заданную величину. При этом дополнительно изменяют объем емкости, измеряют давления до и после дросселя и о вязкости газа судят по произведению давления и времени истечения газа на момент достижения давлением в емкости заданного значения. Техническим результатом является повышение точности и надежности, а также обеспечение возможности проводить анализ газовых сред при давлениях, близких к атмосферному, без использования специальных побудителей расхода газа и регуляторов. 1 ил.
Наверх