通过声悬浮技术实现飘浮.docx

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1、图2：粒子在t=.001时的初始分布（左）。粒子在t=0.75时聚集成液滴，以及物理粒子分布的照片（右）。39

2、COMSOLNEWS

3、2014个小型压电换能器之间，液滴间相距几毫米，并轻轻地旋转、悬浮。声波的大小和频率略高于可听范围（160dB阿贡国家实验室正在研究一种方法来更有效地生产和输送医药产品：在化学品旋转和飘浮于空气中时混合它图1：声悬浮器产生使液滴悬浮的驻立声波。悬浮器包含两个换能器，每个换能器均涂有一层薄薄的用于控制波型的泡沫。并形成小球（见图1）。液滴飘浮在两声控制药通过声悬浮技术实现飘浮声音是

4、一种强大的力量。在合适的条件下，它可以操纵和改变物质的形态。制药行业正在借助于声悬浮技术来解决高质量药品输送系统一直存在的需求，特别是作为病患治疗的扩展技术而变得更加个性化。作者：LAURABOWEN在美国能源部的阿贡国家实验室，们。在受控环境中，悬浮器提供了一个KamleshSuthar和ChrisBenmore正在无容器和无污染的空间，用于产生高纯努力实现用于改变药品制造的声学技度的无定形化学品。根据阿贡国家实验术。该团队借助多物理场仿真来改善室的团队介绍，“许多无定形药物与聚他们的声悬浮器—一种通过产生声

5、波合物进行混合，使它们可以长时间地保来提升和操控物质的装置。持稳定。”在Suthar的声悬浮器中，驻波每个波节的中点处，分子聚成液滴，阿贡国家实验室，美国伊利诺州声悬浮

6、无容器处理声悬浮

7、无容器处理和22KHz），产生具有高压带压力腔的声驻波。换能器将电能转换成声压。由Suthar和Benmore设计的方法是一种可用于开发药品的强大技术。人体吸收和处理无定形化学品会更为容易，因为它们的可溶性和生物利用度高于结晶形药品。声辐射力的提升作用设计正好适合控制粒子运动的几何形状对于悬浮器的功能至关重要。在该实验中，几个

8、制衡力共同作用，产图3：频率为22KHz的压力驻波产生的规律声压级（左）和具有交替压力值的生一种以可控方式使粒子飘浮的现象（见图2）。液滴的声辐射力、粒子-粒压力腔（右）。子相互作用、曳力、重力和表面张力都需要考虑在内。由聚苯乙烯制成的高斯形泡沫具有特定的模式，被设计状。通过干涉可以产生的液滴结构，被设计，创新的可能性将是无限的。药用于消除由换能器产生的任何不需要Suthar映射到流固耦合(FSI)仿真。他品开发人员将能够控制浓度、液滴大的声波，沿每个换能器边缘作为滤波使用CFD模块和水平集方法考虑了所小和药品

9、中每种化学品的含量。阿贡器使用时，可产生几乎无干涉均匀反有相关效应；水平集方法是一种在仿真国家实验室的发现在全球医疗界有着射的驻波。过程中追踪不同介质间界面的数值方广泛的应用。新的资源和机器可能意这些参数会导致粒子垂直排列，法。使用水平集方法来控制声学模式中味着真正改变人类生活的进步，这对然后迅速形成液滴。由于液滴会不断各种偏移量下的液滴形状，帮助Suthar于患者来说尤为真切。■地水平运动，所以它们会保持在期望实现了球形液滴并且可以控制液滴相互的垂直位置。作用的方式。当研究人员通过实验来验证他们声学仿真如何与

10、实验相比较的设计时，他们发现仿真结果与他们该团队利用COMSOLMultiphysics®的仿真来证实他们在APS(先进光子源)进行的基于同步加速器的x射线实验，APS是西半球可以以亮度最高的储存环产生x射线束流的设施。他们使用了COMSOL中的声学模块和粒子追踪模块。他们首先考虑的是压电换能器的频率和材料属性，以及任何可能影响悬浮器的热效应。然后，他们用试错方法来确定可以让他们控制各个液滴形成方式的泡沫几何。此外，他们还考虑了改变粘度和表面张力会如何影响它们的形在APS拍摄的高速照片中的液滴行为一致。仿真结

11、果显示声场分布（见图3）也与实验结果相类似。Suthar解释说：“通过压力波的相长干涉，我们可以得到具有正压和负压压力腔的驻波。在这些压力腔内，声音大致达到水滴悬浮的水平。所以如果您喷洒水雾，水滴会被推到中央，并由于平衡力的作用而悬浮。”阿贡国家实验室的研究人员借助多物理场仿真来巩固他们的设计。随着科学家们继续打磨其声波悬浮器的阿贡国家实验室的团队，从左到右：PatricDenHartog、KamleshSuthar和ChrisBenmore。COMSOLNEWS

12、2014

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