专利名称：影响流体流动的方法及其装置和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及影响流体流动的方法及其装置，尤其是涉及低雷诺数条件下影响流体流动的方法及其装置，涉及各种雷诺数条件下用于流体扰动技术中的影响流体流动的方法及其装置；本发明还涉及所述影响流体流动的方法及其装置在异型成型物制备方法中和步进泳动装置中的应用。
二
背景技术：
雷诺数Re=ULv,]]>式中U为特征速度，L为特征长度，为流体的运动粘度。
现有技术用于低雷诺数流动时，在驱动、控制、装置制造难度等方面存在着一系列问题。常见的速度驱动方式，在低雷诺数下因流体动能不足而无法使用。公知的容积驱动方式，其容积变化来源于运动副的运动或材料的变形，在低雷诺数下因泄漏或变形而造成的容积损失速度与特征速度U相近，易出现如下问题1流动处于“经常性地阻断，但有时不可预测、不可控制地突然爆发性导通”的不正常工作状态。细胞微注射针尖内径为1μm，紧凑换热器流道中大量使用形状远远偏离圆形的翅片，这两例的特征长度L都很小，易落入上述不正常工作状态。
2由于“经常性地阻断”现象，大大降低了单位时间流量。在微注射中，造成注射生产率极低；在传热和分离工程中，会在流道中形成“死容积”，极大地降低生产率。3由于“爆发性导通”现象，大大降低了流体物料输送量的分辨率。在微注射中一旦针尖出液往往就把细胞胀破，使得注射成功率极低；在制造业的快速成型的物料输送过程中，就会降低造型精度。4由于“经常性地阻断”现象，流动阻力很大。在微注射中，即使在针筒柱塞处使很大的力，针尖也很难出液；斯特林热机(Stirling engine)的回热器对气体的流动阻力很大，就是它实用化的主要障碍之一。5现有微流体系统即特征长度L很小的流体系统中，往往用静电力驱动，常不足以克服粘性阻力。6现有微流体系统设置于微流道内部的泵和阀，具有很小的可动件，难于制造、成本很高。为避免制造很小的可动件，已出现了用嵌入式功率电路来影响流体流动的方法。但这些方法仍需制造嵌入式电路而且是比信息电路更难的功率电路，当特征长度L小时就更难制造。Narishige公司的型号Programmable Microinjector IM-300的细胞微注射机采用了公知的压力驱动方式，其特征是只在注射用微玻璃针针尖处灌上极少量的注射液，针筒后方经开关通向高压气瓶；开关通时，高压气体推动针尖处注射液移动实现注射；注射剂量由目测气液界面位置来判断，而用手动开关来操纵。这种商品机既不用很小可动件又不用嵌入式功率电路，而且确能实现极小剂量的注射，但它还有以下不足①其液体的驱动力虽是机器提供的，但其控制仍是靠人，因此它只实现了机械化，而并未实现自动化、更谈不上数字化。②它的原理只能用于流体是液体的情况，而不能推广于气体和粉体的微流体系统。③它的原理即使用于液体，也只适合于微注射这一类液量极小的离散作业，而不适合传热、分离、化纤喷丝等流程作业。因此对低雷诺数流动，还须解决或缓解控制中的如下问题7系统对压强、流速、温度等工况要素的响应差，已不能满足日益提高的对于响应的快速、灵敏、线性度的要求。8由于制造工艺的关系、也由于孔非常细非常密，往往不可能在多孔介质内部设置可动件，也不可能设置嵌入式功率电路。9现有技术中细胞微注射的出液工序仍是手工操作的，成功率极低、劳动强度极大。10不能实现流动的脉冲数字化。近年来开始有数字化微流路的研究报道，如Cho SK，Moon H，Kim CJ，Creating，Transporting，Cutting，and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Digital Microfluidic Circuits.J.Microelectromechanical Systems，2003，12(1)70-80。其不足之处是①所用流体种类受到限制，即必须是可极化且可导电的液体，当然也不包括粉体；②液滴步距取决于短电极长度，若要求液滴步距小，则短电极要很短很多，也就是要用嵌入式功率微电路方能实现；③液体与微管道内壁必须是不浸润的，因此微管道内壁材料必须有特殊的物理化学性质。
当低雷诺数流体中有固体微粒时，现有技术有如下问题1、在粉体物料输送中，用现有的气力输送技术，因特征速度U小，故不能用稀相输送；因特征尺寸L小，故不能用负压吸送，又若用正压压送又易产生噎塞。2、流固分离工程用多孔介质的表面易形成滤饼，其尺寸很小的孔又易被固体微粒堵塞。各种雷诺数条件下的流体扰动技术有多方面用途，如传热工程中的对流强化；改变边界层的脱离；促进搅拌、混合和化学反应；增强喷嘴中流体的扰动，以获得更好的喷射、雾化效果等。值得注意，无论何种用途，都希望扰动首先在近固壁处发生。下面说明现有流体扰动技术中待解决的问题。3、在低雷诺数流中，不能有效产生扰动。4、不能同时满足传热、搅拌等工程中关于对流的各项要求，包括①如何使扰动首先在近传热固壁处产生；②如何使流体扰动既有沿固壁切向(即流道纵向)的成分、又有沿固壁法向(即流道横向)的成分，又如何根据情况的需要调整扰动的切向成分与法向成分的比例；③如何使得流体扰动大而流动阻力小。5、不能有效控制流动边界层。现有的边界层控制技术中固壁宏观运动法的例子如乒乓球的削球，这方法要求固壁形状必须为回转曲面、且须作绕其本身回转轴的旋转，故其应用范围不广；边界层吹除或抽吸法中，吹缝或吸缝的制造增加了难度；冷却壁面法主要用于一定的超声速马赫数范围内；使绕流物体流线型化法不能用于内流，即使用于绕流，物体也必须有一定厚度而不能用于换热器翅片等很薄物体的绕流，而且由于物体形状尺寸是一定的，因而不能保证较宽雷诺数Re范围内边界层不失稳。
三
发明内容
本发明的目的在于提供影响流体流动的方法及其装置，特别是在低雷诺数条件下影响流体流动的方法及其装置，提供各种雷诺数条件下用于解决流体扰动技术中影响流体流动的方法及其装置；以及提供所述影响流体流动的方法及其装置在异型成型物制备方法中和步进泳动装置中的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明影响流体流动的方法是使固壁沿其自身切向，或者法向或者切向法向作加速度绝对值变化的运动，使得所述加速度绝对值大时，流体相对于固壁的惯性力大于流体的粘性力，所述加速度绝对值小时，流体相对于固壁的惯性力小于流体的粘性力；以所述惯性力与所述粘性力间相对大小的变化，来影响流体流动。
这种影响流体流动的方法，从流体与固壁的相对包围关系来看，既适用于内流，也适用于外部绕流；从流体本身的形态看，可适用于液体、气体、流变体和粉体。
本发明影响流体流动的方法，进一步还可以使固壁沿其自身切向，或者法向，或者切向法向运动中的加速度绝对值是周期性地变化的；改变所述加速度的方向、波形、幅值、频率、相位差和波的个数，可以改变对于流体流动的影响。
本发明影响流体流动的方法再进一步还可以使固壁沿其自身切向，或者法向，或者切向法向运动中的加速度波形是不对称波形，使得在所述加速度变化的每个周期中，作用在流体上的惯性力和粘性力的合力的总冲量朝向所述切向的正反两个指向中的某一固定指向，从而使得流体具有朝向所述固定指向流动的趋势。
还可以使沿流体流动纵向存在着其他种类的影响流体流动的力，如存在着压力降、重力等；这些所述其他种类的力，与本发明中相对大小变化的惯性力和粘性力的合力，一起影响流体流动。
本发明技术方案中，还包含用以实施上述影响流体流动方法的影响流体流动装置。对于流动是内流的情况，影响流体流动装置是这样的所述流体流动至少有一段是流道中的内流，流道的纵向形成了流动的纵向；有一个流路本体，所述流道是由所述流路本体的内部或外部表面上与流体直接接触的固壁形成的；所述固壁沿其自身的切向运动，是由至少一个整体驱动器驱动整个所述流路本体运动来实现的；所述整体驱动器有两个端，两个端之间有相对运动，其中一个且仅有一个端与所述流路本体相固连；选择所述整体驱动器使得它有良好的动态响应特性、有大的驱动力、能使整个所述流路本体获得瞬时绝对值足够大的加速度；整体驱动器的安装，使得其驱动方向与所述流道固壁的纵向切向基本平行；所述流路本体在安装上有一定的悬浮，使得能保证不妨碍整体驱动器对于流路本体的驱动。
所述整体驱动器的位置，可以安装在流道外部、甚至在所述流路本体外部。这样，就可能采用尺寸较大的整体驱动器，获得足够的驱动力，从而为流路本体及其流道固壁获得绝对值足够大的加速度提供了力的保证。
已有一些措施能产生足够大的加速度。措施之一是选择合适的整体驱动器种类，如压电驱动器、电致伸缩驱动器、磁致伸缩驱动器等，这些驱动器的位移量虽小，但驱动力大、动态响应好，加速度绝对值可达几千g。另一可考虑的措施是，用撞击流路本体的办法使流路本体中流道固壁获得绝对值足够大的加速度。
若所述流路本体所作运动，是在至少2维空间中作至少两个自由度的运动，则所述流路本体在安装上须有一定悬浮。另外，若采用压电驱动器、电致伸缩驱动器一类不能承受拉、弯、剪载荷的驱动器作为整体驱动器，则整体驱动器在安装上须照顾到受力状况。已有一些结构能同时顾及流路本体的悬浮和整体驱动器的受力状况，例如柔性支承结构、多层导轨结构等。
多层导轨结构中，相邻两层导轨间可以是移动副联接、转动副联接或其他运动副联接。为了保证整体驱动器驱动运动的加速度，在传往流路本体的途径中不过分地被衰减，应施加预紧载荷、以消除运动副中间隙并提高接触刚度，另外各构件应设计得具有足够的体刚度。
本发明的影响流体流动装置，其流道纵向可以有各种各样的形状流道纵向是弯曲的或分叉的或交错的，形成了流道纵向占据空间维数至少为2维的流道。这里，“交错”一词指既不平行又不相交的情况。
为了影响纵向至少2维流道中流体的流动，对整体驱动器的个数和安装配置方面，可以所述流路本体由至少两个整体驱动器驱动，使得所述流路本体作至少两个自由度的运动；所述至少两个整体驱动器中的至少一个整体驱动器的安装，使得其驱动方向与所述流道固壁的纵向基本垂直。
为了影响纵向至少3维流道中流体的流动，可以所述流路本体由至少三个整体驱动器驱动，使得所述流路本体作至少三个自由度的运动；所述至少三个整体驱动器中的两个整体驱动器的安装，使得所述两个整体驱动器的驱动方向互相基本垂直、而且均与所述流道固壁的纵向基本垂直。
所述固壁，可以含有、也可以不含有局部可动固壁，与流体直接接触且相对于流路本体可动的固壁称为局部可动固壁。所述流路本体可以含有、也可以不含有嵌入式功率电路。显然，本发明可以提供了既不含有局部可动固壁、又不含有嵌入式功率电路的流体流动影响装置的可能性，这一方面简化了装置结构、降低了制造难度和成本，这方面的效果对于流道特征长度L小的情况尤为显著；另一方面，可以更有效地影响多孔介质中流体的流动，而由于制造工艺的关系、也由于孔非常细非常密，往往既不可能在多孔介质内部设置局部可动固壁、又不可能设置嵌入式功率电路。
若流路本体内部既不含有局部可动固壁、又不含有嵌入式功率电路，则流道各处流动状况是互相关联的。若需对流道的若干处局部流动状况作独立的调整，则需设置局部可动固壁或嵌入式功率电路。
所以本发明的影响流体流动装置还可以有一部分与流体直接接触的固壁是相对于所述流路本体可动的局部可动固壁，具有局部可动固壁的构件称为局部可动件；局部可动件与所述流路本体之间的联接，或是运动副联接、或是变形联接、或是运动副兼有变形的联接。而且至少有一个局部驱动器，用来驱动具有局部可动固壁的局部可动件。
或者也可以使所述流路本体内部有嵌入式功率电路，所述嵌入式功率电路有功率电效应器；所述电效应器或者构成与流体直接接触固壁的一部分，或者位于一部分与流体直接接触固壁的近旁；用所述电效应器产生的场，对与电效应器直接接触的或位于电效应器近傍的流体或流体中的粒子或流体连同粒子的流动施加影响。
当然还可以使所述流路本体内部既含有局部可动固壁、又含有嵌入式功率电路。
本发明的影响流体流动装置，当采用整体驱动器与局部可动件(因之也有局部驱动器)或嵌入式功率电路相结合的方案时，一方面保有了可对流道的若干处流动状况作独立调整的优点；另一方面，较之现有技术不采用整体驱动器的方案，视情况的不同，分别有简化结构、改善流动特性等效果。
对于低雷诺数内流的情况，本发明的影响流体流动装置可以运行在这样的工况下其他各种力对于流动影响是很小的，使得当固壁不作沿其自身的切向运动时，流道中无可见的流体流动。
这样的工况不可能存在于高雷诺数流动中，而只可能存在于低雷诺数流动。在这样的工况下，控制固壁沿其自身的切向运动，就可以进一步控制流道中流动的通断。
对于影响流体流动装置在低雷诺数流的一种特殊情况是微流道使所述流道至少有一段横截面固壁的2维尺寸中，有1维尺寸是微尺寸的。这样的流道称为微流道。微流道可以所述流道至少有一段横截面固壁的2维尺寸中，有且仅有1维尺寸是微尺寸的。这样的流道称为缝状微流道。微流道也可以所述流道至少有一段横截面固壁的2维尺寸均是微尺寸的。这样的流道称为孔状微流道。
本发明的影响流体流动装置，在低雷诺数流条件下，不但可以影响流道中的流动，而且可以影响从微尺寸流道出流口流出的自由射流所述微尺寸流道的一端是暴露于另一种流体氛围中的出流口，使得微尺寸流道中的流体经所述出流口后在另一种流体氛围中形成瞬时流量周期性变化的射流。
对于流体粘度v大的情况，欲从微流道的出流口端形成自由射流，还可以所述流路本体有一个容器，所述微流道的另一端是与所述容器相连通的进流口；被成型材料在所述容器中处于流变状态；有一个压力驱动装置对所述容器中的流变状态的被成型材料施加驱动压力，所述驱动压力对流动起驱动作用，所述微流道固壁沿其自身切向的运动对流动起控制作用。
上述瞬时流量周期性变化的射流，可以有两种形态射流的第一种形态，是间歇流，主要出现于流体是普通液体、宾汉流体、粉体的情况，可用于纳米粉体制备、快速成型制造中送料、微注射等；射流的第二种形态，是瞬时流量周期性变化的连续流，主要出现于流体是气体、粘弹性、塑弹性体等情况，也出现于流体是普通液体、溶液、乳状液、悬浮液等情况。
本发明的影响流体流动装置，当流路本体中有低雷诺数流道时，即使流路本体既不含局部可动件、又不含嵌入式功率电路，也还可以把装置中的流路本体作为流体流动控制器件来使用。例如，可用作具有“断”、“正向导通”、“反向导通”这三种状态的开关器件来使用当流路本体不作沿低雷诺数流道纵向切向方向的运动时，所述低雷诺数流道中无可见的流体流动，此时流动处于“断”的状态；当流路本体作沿低雷诺数流道纵向切向方向的运动时，对所述纵向切向运动选择一种合适的不对称加速度波形，使得在所述加速度变化的每个周期中，作用在流体上的惯性力和粘性力的合力的总冲量朝向所述纵向切向的正反两个指向中的正向，从而使得流体朝向所述正向流动，此时流体处于“正向导通”状态；对所述纵向切向运动选择另一种合适的不对称加速度波形，使得在所述加速度变化的每个周期中，作用在流体上的惯性力和粘性力的合力的总冲量朝向所述纵向切向的正反两个指向中的反向，从而使得流体朝向所述反向流动，此时流体处于“反向导通”状态；所述装置成为对所述低雷诺数流道中的单维流动具有“断”、“正向导通”、“反向导通”这三种状态的驱动-控制一体化开关装置，所述流路本体就成为具有这三种状态的开关器件。
也可以使本发明的影响流体流动装置，作为低雷诺数流道中不同空间维间流动实现切换的驱动-控制一体化开关装置所述流路本体中至少有2段纵向基本垂直的低雷诺数流道，所述低雷诺数流道可以是相交的、也可以是空间交错的，构成连通的或不连通的占据至少2维空间的流道网；所述流路本体由至少两个整体驱动器驱动，可以在至少2维的空间中作至少两个自由度的运动；使流路本体作平行于所述低雷诺数流道中某一段的运动，则所述该段及与该段平行的各低雷诺数流道中的流动处于“通”状态，而与所述该段基本垂直的各段低雷诺数流道中的流动处于“断”状态；使流路本体作垂直于所述该段、且平行于所述低雷诺数流道中另一段的运动，则所述另一段及与之平行的各低雷诺数流道中的流动处于“通”状态，而与所述另一段基本垂直的各段低雷诺数流道中的流动处于“断”状态；所述装置成为对所述低雷诺数流道中不同空间维间流动实现切换的驱动-控制一体化开关装置。
还可以使本发明的影响流体流动装置，作为纵向弯曲成至少2维的低雷诺数流道中流动的驱动-控制一体化装置至少有一段低雷诺数流道是弯曲的，形成了一段纵向空间维数至少为2维的流道；所述流路本体由至少两个整体驱动器驱动，可以在所述的纵向弯曲的低雷诺数流道所占据的至少2维空间中作至少两个自由度的运动；对所述低雷诺数流道的纵向弯曲形状、所述流路本体所作至少两个自由度的运动的加速度的波形、幅值、频率、相位之间作合适的搭配，使得所述该段整段弯曲低雷诺数流道中流体上所作用的惯性力和粘性力的合力的总冲量朝向所述纵向切向的正反两个指向中的某一固定指向，从而使得流体朝向所述固定指向流动；所述装置成为纵向弯曲成至少2维的低雷诺数流道中流动的驱动-控制一体化装置。
又可以使本发明的影响流体流动装置，作为各支流流量值及流量比可变的合流-分流驱动-控制一体化装置至少有3股低雷诺数流道是汇交的、占据至少2维空间，其中至少有2股低雷诺数流道在汇交处是互相垂直的、称作支流流道，至少有1股低雷诺数流道在汇交处与所述至少2股互相垂直的低雷诺数流道是都不平行的、称作主流流道；所述流路本体由至少两个整体驱动器驱动，可以在至少3股低雷诺数流道所占据的至少2维空间中作至少两个自由度的运动；选择各自由度运动合适的某种加速度波形、幅值、频率、相位，可使每1股支流流道与每1股主流流道所构成的弯曲流道中流体由支流朝向主流流动，所述装置处于“合流”状态；选择各自由度运动合适的另一种加速度波形、幅值、频率、相位，可使每1股支流流道与每1股主流流道所构成的弯曲流道中流体由主流朝向支流流动，所述装置处于“分流”状态；改变各自由度运动的加速度波形、幅值、频率、相位，可以改变各支流流量本身的大小以及各支流流量间的比例；所述装置成为各支流流量值及流量比可变的合流-分流驱动-控制一体化装置。
对于流动是绕流的情况，本发明的影响流体绕流流动装置，可以作为一种边界层控制装置被绕流物体有一个骨架；骨架外有一个蒙皮，蒙皮由多个相间的刚性蒙块和柔性蒙块组成，柔性蒙块除了和刚性蒙块一起构成一个统一的蒙皮以外，柔性蒙块还起到容让刚性蒙块运动的作用；每一个刚性蒙块都由驱动器驱动，作沿该蒙块外表面固壁切向的、加速度绝对值变化的运动；所述驱动器一端固连于骨架、另一端固连于其所驱动的刚性蒙块，驱动器的安装使得其驱动方向基本平行于其所驱动的刚性蒙块的外表面，而且所述驱动器有良好的动态响应特性、有大的驱动力、能使其所驱动的刚性蒙块连同该蒙块的外表面固壁获得瞬时绝对值足够大的加速度；改变各刚性蒙块外表面固壁所述加速度波形、幅值、频率、相位中至少一个，可以控制蒙皮外表面绕流的边界层。
也可以把所述多个刚性蒙块分成两组，其中一组仍作沿其外表面固壁切向的、加速度绝对值变化的运动，另一组则作在其外表面固壁法向的、加速度绝对值变化的运动，对应于这一组的驱动器在安装上要作相应变化、以保证其所驱动的刚性蒙块的运动。
还可以根据各刚性蒙块在整个蒙皮上的特定位置以及该刚性蒙块外表面固壁的特定形状，来特定地安装该刚性蒙块的驱动器，使得该驱动器的驱动运动有特定的方向，从而使得该刚性蒙块连同其外表面固壁所作的加速度绝对值变化的运动中，加速度的切向分量与法向分量间有特定的比例。
本发明的技术方案中，还包含把上述影响流体流动的方法和上述影响流体流动装置应用于别的技术领域中而产生的方法和装置，这些方法和装置如下对于流动是外流的情况，应用本发明的影响流体流动的方法，可以得到一种步进泳动装置至少有一个驱动器，所述驱动器的两端各固连一个有质量的物体；所述两个物体的表面固壁使得当驱动器作驱动运动时，两个物体所受流体粘性阻力的大小有显著的差异；所述驱动器有良好的动态响应特性、有大的驱动力、能使所述两个物体中至少一个获得瞬时绝对值足够大的加速度；令所述驱动器作加速度绝对值不对称变化的周期性驱动运动，使得所述加速度绝对值大时，两个物体所受惯性力均大于各自所受流体粘性阻力、从而各自产生了位移，所述加速度绝对值小时，两个物体所受惯性力均小于各自所受流体粘性阻力、从而受流体粘性阻力大的物体基本上不动而受流体粘性阻力小的物体产生了位移，所述驱动运动中的一个周期中整个装置就作一次泳动；改变驱动器的所述周期性驱动运动的加速度波形、幅值、频率、相位中至少一个，可以改变整个装置的步进泳动。
进一步可以得到至少有两个驱动器，所述至少两个驱动器的空间配置，使得它们的驱动运动是至少2维空间的至少两个自由度的运动；所述各驱动器的两端各固连一个有质量的物体，全部所述驱动器和全部所述物体联接成整体装置；整体装置的步进泳动是至少2维空间中的至少两个自由度的泳动。所述步进泳动装置可以用于存在主流流动的情况，也可以用于不存在主流流动的情况。
应用本发明的影响流体流动装置，可以得到制备异型成型物的方法对于被成型材料的性质、所述的对被成型材料所施加驱动压力的大小、所述流路本体沿所述微尺寸流道纵向切向所作运动的加速度绝对值这三者作合适的搭配，使得被成型材料从所述微尺寸流道的出流口流入所述另一种流体氛围中形成的射流是瞬时流量变化的连续流。
所述方法可以用来制备厚度变化的异型膜所述微流道横截面固壁的2维尺寸中，有且仅有1维尺寸是微尺寸的；被成型材料在另一种流体氛围中成型为厚度周期性变化的异型膜；改变流路本体沿所述微尺寸流道纵向切向所作运动的加速度的波形、幅值、频率这三者中至少一个，用以改变异型膜厚度变化的规律。
所述方法也可以用来制备粗细变化的异型丝所述微流道横截面固壁的2维尺寸均是微尺寸的；被成型材料在另一种流体氛围中成型为粗细周期性变化的异型丝；改变流路本体沿所述微尺寸流道纵向切向所作运动的加速度的波形、幅值、频率这三者中至少一个，用以改变异型丝粗细变化的规律。
进一步，所述方法还可用来制备不但粗细变化的、而且盘绕为周期性螺旋的异型丝所述流路本体沿微尺寸流道横向2个维中的每1维作加速度绝对值变化的运动；被成型材料在另一种流体氛围中成型为不但粗细周期性变化的、而且盘绕为周期性螺旋的异型丝；改变流路本体沿所述微尺寸流道横向2个维中至少1个维运动的加速度的波形、幅值、频率、相位这四者中的至少一个，用以改变异型丝螺旋的形状与直径大小。所述螺旋，可以是非圆柱形螺旋。
本发明与现有技术相比，其有益效果是1、流体系统的正常工作范围得到了扩大；2、单位时间流量和生产率都得到了提高；3、流体物料输送量的分辨率得到了提高；4、流动机械阻力大大降低；5、流道中对流体的驱动力得到增大；6、能降低制造难度和成本；7、找到了为提高流体流动特性所需的更有效的控制参量；8、已实现了液体和粉体流动的脉冲数字化；9、已经实现了低雷诺数流动控制的自动化；10、能够影响多孔介质中流体的流动；11、在粉体物料的输送中，能更顺畅地、送料量更精确地把粉体送到指定的地点去；12、在气固分离和液固分离工程中，能减轻和便于消除固体微粒对流道的堵塞；13、从流体扰动技术的角度看，即使雷诺数很低，本发明的影响流体流动的方法仍能产生足够的流体扰动；14、能很好地满足关于对流的各项要求，包括①扰动是首先在近固壁处产生的②能使流体扰动既有沿固壁切向的成分、又有沿固壁法向的成分，而且能容易地调整扰动切向成分与法向成分的比例③固壁运动造成的流体惯性力，既促进了扰动，又减小了压力降消耗，从而又减小了流阻；15、本发明的影响流体绕流流动装置，对被绕流物体外形无特殊要求，而且可在较宽雷诺数Re范围内影响边界层。
四
图1是本发明的影响流体流动方法的示意图。
图2是固壁沿其自身切向周期性运动的位移-时间曲线图。
图3是图2所示的位移-时间曲线图的一个修正图。
图4是固壁沿其自身切向周期性运动的另一个位移-时间曲线图。
图5是图4所示的位移-时间曲线图的一个修正图。
图6是本发明的影响流体流动装置当流路本体作单自由度运动时的结构示意图。
图7是图6所示的示意图中流路本体的细部。
图8是影响流体流动装置中流路本体作两自由度运动的一个机构简图。
图9是影响流体流动装置中流路本体作两自由度运动的另一个机构简图。
图10是影响流体流动装置中流路本体具有相交流道的示意图。
图11是影响流体流动装置中流路本体具有多股汇交流道的示意图。
图12是现有技术的流路本体中含有局部可动件的示意图。
图13是本发明对图12所示现有技术改进的一个示意图。
五
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明影响流体流动方法的实施中，固壁是固连于整体驱动器的输出端的，固壁的运动也就是整体驱动器输出端的运动。要有效地用固壁的运动来影响流体的流动，首先要选择合适的固壁运动波形，其次是要选择整体驱动器本身、选择整体驱动器输入波形以及整体驱动器安装方式，以实现所述的固壁运动。
实施例1在图1中，固壁1与欲影响的流体2直接接触，整体驱动器3的左端固连于机架4，而其右端即输出端固连于固壁1，整体驱动器3的驱动运动方向平行于固壁1的切向，用s表示固壁1沿其自身切向的位移。
固壁1运动中，加速度是否存在着绝对值很大的点，可用位移s-时间t曲线来判断。加速度是s对t的二阶导数，当s-t曲线的切线方向有突变时，就存在着加速度绝对值很大的点，而且进一步可按切线方向突变时转角的正负来判断加速度的正负号。
用位移s-时间t曲线来代替加速度a-时间t曲线来判断加速度绝对值很大的点在何处、以及加速度的正负号有一个好处若整体驱动器采用压电器件、电致伸缩器件一类时，它们的应变-电场曲线很直，可以近似地用器件的输入波形即电压V-时间t波形来代替输出波形即位移s-时间t曲线，这对于如何实现固壁1的运动带来很大方便。本说明书以下就经常用V-t曲线来代替s-t曲线。
不过用V-t曲线代替s-t曲线时，须满足V增大时s也增大这一要求。这时应从V增大时驱动器是伸长还是缩短，以及驱动器的安装方向这两方面来考虑予以保证。在V增大时驱动器是伸长的假设下，图1中驱动器3的左端固连于机架4、右端固连于固壁1，就能满足V增大时s也增大这一要求。
图2中，是固壁1沿其自身切向周期性运动的位移s-时间t曲线的一个实施例。该曲线的一个周期由分别是光滑的两段曲线AB段和BA段组成，其特征是A、B两点处曲线的左、右切线方向都有突变。从而对应于A、B两点，固壁1沿其自身s切向的运动都有绝对值很大的加速度；而对应于曲线上光滑部分的各点，固壁1沿其自身s切向运动的加速度的值都较小。
图2中，在A点，固壁1沿其s切向正向有正的绝对值很大的加速度，这时流体2相对于固壁1的s向切向负向的惯性力大于流体的粘性力，使得流体2有朝固壁1的s切向负向运动的趋势；在AB段曲线，由于流体2相对于固壁1的惯性力小于流体的粘性力，所以流体2跟随着固壁1作沿s切向正向的运动；在B点，固壁1沿其s切向有负的绝对值很大的加速度，这时流体2相对于固壁1的s切向正向的惯性力大于流体的粘性力，使得流体2有朝固壁1的s切向正向运动的趋势；在BA段曲线，流体2跟随着固壁1作沿固壁1的s切向负向的运动。如所述，固壁1按图2曲线沿其自身s切向作周期性运动时，流体2也受到沿固壁1的s切向的周期性影响。但在每个周期中作用在整个流体2上的惯性力和粘性力的合力的总冲量的大小和指向不易掌握。
在图3中，曲线的一个周期只包含一段光滑曲线A*B*A*，其特征是A*处曲线的左、右切线方向不连续。从而一个周期中，只在A*点，固壁1沿其s切向正向有正的绝对值很大的加速度，使得流体2有朝固壁1的s切向负向运动的趋势；而对应于曲线上光滑部分的各点，流体2都随着固壁1作运动。如所述，固壁1按图3曲线沿其自身s切向作周期性运动时，流体2也受到沿固壁1的s切向的周期性影响。不过，与图2情况不同的是，图3中每个周期中作用在整个流体2上的惯性力和粘性力的合力的总冲量的大小和指向较易掌握。图3情况下，这个总冲量的指向是沿固壁1的s切向的负向的，因而每个周期流体2都有一次朝固壁1的s切向的负向运动的趋势。
流体流动影响的指向可以反向，这只需把固壁1周期性运动的位移s-时间t曲线反向即可。对于压电器件一类驱动器，这可以用反向的电压V-时间t波形来实现，也可用改变整体驱动器的安装方向来实现，例如把图1中整体驱动器3与机架4的固连端改为在右、而整体驱动器3与固壁1的固连端改为在左。
实施例2作固壁1切向周期性运动的位移s-时间t的曲线有多种，只要曲线的一个周期中存在着有限个左、右切线方向不连续的点即可。图4中的方波是固壁1周期性切向运动的位移s-时间t曲线的另一个实施例，在每个周期的C点和F点，流体2都有朝固壁1的s切向负向运动的趋势；而在每个周期的D点和E点，流体2都有朝固壁1的切向正向运动的趋势。
图5中，C*D*E*F*是光滑曲线段，F*C*是直线段，在C*点和F*点曲线左、右切线方向都有一个正跳变。从而在每个周期中，流体2都有两次朝固壁1的s切向负向运动的趋势。当然，图5的波形也可以反向，从而在每个周期中可使流体2有两次朝固壁1的s切向正向运动的趋势。
固壁1在其自身法向上周期性运动的位移-时间曲线，其形状的选择可比切向周期性运动的位移-时间曲线更为灵活，比如说还可选为加速度变化较为平缓的正弦波一类曲线；但为了获得更好的法向扰动效果，固壁1在法向上周期性运动的位移-时间曲线上，也应该有左、右切线方向不连续的点存在。
实施例3结合图6，所述装置包括流路本体11、整体驱动器12、块13、驱-控电路14、计算机15、流体压力源16等六个部分，在整体驱动器12与驱-控电路14之间有电连接17，在流路本体11与流体压力源16之间有流体连接软管18，流体压力源16的压强是可调的。
下面结合图7对流路本体11的细部作进一步说明。流路本体11由微注射针21、针夹头22、密封圈23和持针器硬管24组成；微注射针21由玻璃管拉制而成，总长约30-40mm，其中锥部长约15mm、锥部针尖处内径为1μm，因此锥部内孔固壁形成长径比为几千的、特征长度L很小的流道；由图7可看出，流路本体11内部既不含有局部可动固壁(也不含有局部驱动件)、又不含有嵌入式功率电路。
持针器硬管24上有肩部25，整体驱动器12的一端与肩部25固连、其另一端与块13固连，注意使整体驱动器12和块13均不与持针器硬管24的外圆柱相接触；整体驱动器12采用压电器件，其驱动伸缩运动平行于微注射针的纵向。
注射液19为混有DNA片断的悬浊液，由于其粘度大，而且存在着微注射针21内的粘性阻力和针尖处的表面张力阻力，注射液19不会自动从针尖处流出，这时流体系统处于不能正常工作状态。工作时，先把流体压力源16的输出压强调至流体系统能否正常工作的临界值附近，然后再用整体驱动器12经肩部25带动持针器硬管24、微注射针21作沿流道纵向的、也就是沿其固壁切向的周期性运动，并以此产生的、交替起主导作用的流体惯性力和流体粘性力来控制注射液19从针尖的流出。
所述的整体驱动器12采用压电器件。由于压电器件的响应频率高、响应直线性好，故可取其输入波形即电压V-时间t曲线与固壁的s切向运动的位移s-时间t曲线相似。实际试验参数如下①整体驱动器12的输入波形为图3波形，直流偏压Vb＝110伏，电压幅值ΔV＝80伏。在频率0.25～100赫兹范围内，流路基本上不出现“经常性地阻断，但有时突然爆发性地导通”的不正常工作状态。
②电路能保证作为整体驱动器12的压电器件进行高速充放电，通过速率＞2伏/微秒。
③对应于每一个波，微注射针21的针尖26处喷射出液团27，液团27的体积＜100飞升，实现了液体物料输送的高分辨率。由于每一次喷射是对应于整体驱动器输入波形每一个波的，所以表明本装置已实现了喷射流动的脉冲数字化。
图6中微注射装置的控制是自动化的，由计算机15发出指令，经驱-控电路14对整体驱动器12进行驱-控而实现的。
所述微注射装置有两种安装方式。第一种安装方式，是把块13固连于机架(图中未示)，使得微注射针21在原地附近作纵向往复运动。第二种安装方式，是让持针器硬管24的外圆柱面与机架(图中未示)构成移动副；在图6中流路本体11的总质量为M，块13的质量为m；对应于加速度波形中加速度绝对值大的部分，注射液流体19相对于微注射针21内孔固壁的切向惯性力大于注射液流体19的粘性力，同时质量M的惯性力大于持针器硬管24的外圆柱面与机架间的摩擦力，使得流体19从针尖26喷出，同时持针器硬管24带动微注射针21相对于机架做移动；反之，对应于加速度绝对值小的部分，流体19停止从针尖26喷出，同时持针器硬管24连同微注射针21相对于机架静止；以此方式，在加速度波形的一个周期，流体19从针尖26间歇喷射至少一次，同时微注射针21作步进移动至少一次。
当流路本体所作运动是至少2维空间中的至少两个自由度运动时，所述流路本体在安装上须有一定悬浮；又，当采用压电驱动器一类作为整体驱动器时，在安装上须照顾器件的受力状况。
实施例4在图8中，共有四个活动构件和五个低副，即构件31、32、33、和34，以及低副G、H、I、J和K；另有两个整体驱动器，即整体驱动器35和36；构件33固连流路本体37(其内部的流道未示出)，经运动自由度计算可知，流路本体37在2维空间中作两自由度运动，其中一个移动、一个转动；移动副H和J的运动方向，分别平行于整体驱动器35和36的驱动运动方向，照顾到了所述两个整体驱动器的受力状况。
实施例5在图9中，有两个活动机构件和两个低副，即构件41和42，以及低副L和M；另有两个整体驱动器，即整体驱动器43和44；构件42固连流路本体45(其内部的流道未示出)，经运动自由度计算可知，流路本体45在2维空间中作两自由度平动；移动副L和M的运动方向，分别平行于整体驱动器43和44的驱动运动方向，照顾到了它们的受力状况。
以上两个实施例是流路本体在2维空间中作两自由度运动的情况，类似地，不难推广至3维空间中以及至少三个运动自由度的情况。
流路本体内部可以既不含有局部可动固壁(因而也不含有局部驱动器)、又不含有嵌入式功率电路，也就是其内部不含有泵、阀和局部驱动器，而这三者的职能由整体驱动器一身兼任。具有这种结构和功能的流体流动影响装置，尤其适用于低雷诺数内流流动的情况。下面以流路本体内部存在着微尺寸流道的情况为例，并结合纵向至少2维的流道的情况、结合流路本体作为流体流动控制器件来使用的情况，来说明当流路本体内部既不含有局部可动固壁、又不含有嵌入式功率电路条件下的工作原理。
实施例6在图10和图11中，都是纵向2维流道的情况，并都已经制成和经实践验证。含有这些流道的流路本体45作2维空间中的两自由度移动，图9中，两个整体驱动器分别是X方向整体驱动器44和Y方向整体驱动器43。
图10中，其中X方向微流道51、52，与Y方向微流道53、54相交于腔55。在其他各种力对微流道中流体流动影响很小的条件下，当含有这些微流道的流路本体不作沿微尺寸流道纵向切向的运动时，所述微尺寸流道中无可见的流体流动。
图10中，可以用作有单维流动的“断”、“正向导通”、“反向导通”这三种状态的开关器件的组成部分。当两个整体驱动器均不作驱动运动时，全体微流道均处于“断”状态；当X方向整体驱动器44按图3中位移-时间曲线作驱动而Y方向整体驱动器43不作驱动时，流动从微流道51向微流道52导通，即沿X轴“正向导通”，而Y轴无流动；当X方向整体驱动器44按与图3中反向的位移-时间曲线作驱动运动、而Y方向整体驱动器43不作驱动时，流动从微流道52向微流道51导通，即沿X轴“反向导通”，而Y轴无流动。以上是沿X方向单维流动的三种状态，同理也可实现沿Y方向单维流动的三种状态。
图10中，还可以用作实现X方向与Y方向之间、即两维之间流动的切换开关器件的组成部分。当X方向整体驱动器44按图3或按图3中反向位移-时间曲线作驱动运动、而Y方向整体驱动器43不作驱动时，X轴有流动而Y轴无流动；当X方向整体驱动器44不作驱动、而Y方向整体驱动器43按图3或按图3中反向位移-时间曲线作驱动运动时，X轴无流动而Y轴有流动。以上就实现了X方向与Y方向两维之间流动的切换。
图10中，又可以实现2维流道中流动的拐弯。若把微流道52和53阻塞，则微流道51、腔55、微流道54一起构成弯曲的2维流道；分别令X方向整体驱动器44和Y方向整体驱动器43按图3中位移-时间曲线作驱动运动，则流动从微流道51经腔55折向微流道54而进行。
实施例7图11的3股汇交微流道中，作为支流流道的X方向微流道61和Y方向微流道62，与作为主流流道的倾斜微流道63汇交于腔64。当X方向整体驱动器44和Y方向整体驱动器43均按图3所示位移-时间曲线作驱动运动时，流动从作为主流流道的倾斜微流道63经腔64分别流向作为支流流道的X方向微流道61和Y方向微流道62，如此就实现了分流功能。实际上，X方向整体驱动器44与Y方向整体驱动器43的位移-时间曲线波形可以不相同，只要两方向上的波形保证各自方向上加速度变化的每个周期中，作用在流体上的惯性力和粘性力的合力的总冲量同时朝向X轴和Y轴正向即可。这样，X方向整体驱动器44与Y方向整体驱动器43可以各自独立地选取合适的位移-时间曲线(也同时选定了加速度曲线)波形、幅值、频率、相位，从而可实现分流中各支流流量及流量比可变的功能。至于合流的相应功能，只要把分流时X方向整体驱动器44和Y方向整体驱动器43的位移-时间曲线反向即能实现。
在图11中，当X方向整体驱动器44单独驱动时，则X方向微流道61的固壁作沿自身切向运动、Y方向微流道62的固壁作沿自身法向运动、倾斜微流道63的固壁同时作自身切向兼法向的运动；同理可分析当Y方向整体驱动器43单独驱动时，以及X和Y两方向整体驱动器44和43同时驱动时，各微流道固壁运动的切向和法向分量情况。
要改变对图11中的汇交流道中各微流道61、62和63内部的流体流动的影响，不但可用改变各整体驱动器44和43的驱动运动来实现，而且可用改变倾斜微流道63的倾角θ来实现。事实上，倾斜微流道也可以有多股，各股具有不同的倾角θ；适当地搭配X方向整体驱动器44与Y方向整体驱动器43的驱动运动，可以使某指定股倾斜微流道的流量比其他股微流道的更大。
把刚性多孔介质作为流路本体来使用，是本发明中流路本体内部既不含局部可动固壁、又不含嵌入式电路情况的又一个实施例。常见的刚性多孔介质有烧结型(陶瓷、粉末冶金等)、丝网型(用于回热器、热管等)、沟槽型(用于紧凑换热器等)。由于多孔介质对流动的动态响应远远不如图10、图11中的相交或多股汇交的流道，故不能作为流动的开关器件来使用；本发明中把多孔介质用作流路本体，主要是发挥其内部流动阻力较现有技术大大降低这一优点。视使用目的不同，实施方法也不同当要向多孔介质内部渗入流体物料时，如粉末冶金制品烧结一类是气体渗入制品并与制品起化学反应，粉末冶金制品渗铜液一类是液体渗入制品的物理工艺，两种情况都希望流体对多孔介质渗得快渗得透。这时把多孔介质浸没在欲渗入的流体氛围中；多孔介质所需的运动自由度数和用以产生所述运动的整体驱动器个数由多孔介质具体形状决定；整体驱动器的安装使得其驱动运动方向尽可能垂直于多孔介质的待渗部分表面；多孔介质固壁运动的加速度不对称波形，选为使所述加速度变化的每个周期中，流体所受惯性力和粘性力的合力的总冲量是由氛围指向多孔介质内部的。
当多孔介质用于换热时，整体驱动器分为两组一组的驱动方向平行于传热工质流体主流纵向、其输出端运动波形选为使得每个周期中流体所受惯性力和粘性力的合力的总冲量指向主流纵向的正向；另一组整体驱动器的驱动方向垂直于工质主流纵向。前一组整体驱动器用于降低传热工质流体的主流纵向流阻，后一组整体驱动器用于强化工质流体在主流横向的对流传热。
当多孔介质用于流固分离时，整体驱动器分为两组一组的驱动方向平行于流体主流纵向、其输出端运动波形分为两种情况，当多孔介质处于正常工作状态时，所述运动波形选为使得每个周期中流体所受惯性力和粘性力的合力的总冲量指向流体主流纵向的正向、以提高分离生产率，当多孔介质处于反洗清堵状态时，整体驱动器输出端运动波形与正常工作状态时反向；另一组整体驱动器的驱动方向垂直于流体主流纵向，以减轻多孔介质表面滤饼的形成和深层的堵塞。
曾以油石作为刚性多孔介质的流路本体，进行了本发明的降低流阻效果的定性实验验证。油石先在有机溶剂中浸泡去油脂，经干燥后作为本发明中的流路本体，对于去离子水作减阻试验。在试验起始阶段，本发明减阻效果不明显，估计原因是这时油石中的空隙中还残留较多气体所致；试验40分钟后，整体驱动器对油石作驱动运动时的流阻，已明显低于不作驱动运动时的流阻。
本发明中，流路本体在有整体驱动器驱动的同时，流路本体内部还可以含有局部可动固壁(因而也需含有局部驱动器)或含有嵌入式功率电路，这种技术方案在保有各局部流动驱-控可以分别调节优点的同时，较之现有技术可以有简化结构或改善流动的驱-控性能之效。
实施8图12示出的是按现有技术设计的一种合流装置，这种合流装置可用于如微量流体的混合等。图12中，支流流道71与72都是从右向左单向导通的，然后在腔73处合流；装置中共有4个单向阀74、75、76和77，有2个泵78和81，2个局部驱动器80和79；独立调节局部驱动器80和79，可以独立调节支流流道71和72的流动。
图13中，流路本体91有一整体驱动器98驱动，另有2个局部驱动器92和93；支流流道94和95都是微流道，它们流动的“断”、“正向导通”、“反向导通”三种状态的可能性可以用整体驱动器98的运动来控制。而且独立调节局部驱动器92和93的位置，可以独立调节96和97处流道横截面的大小、从而独立调节支流流道94和95的流动。与图12中相比，在图13中，在结构上虽然多了1个整体驱动器98，却节省了4个单向阀74、75、76和77，节省了2个泵78和81。注意到这节省的4个阀和2个泵都是有制造难度的微外形流体器件，因而在经济上、技术上是有意义的。另外，图12示出的装置只能用作合流装置，而图13中的装置不但可作合流装置用，还可作分流装置用。
本发明中流体流动形态有连续流和间歇流两种，可控的间歇流是数字化流动，而能够提供间歇流是本发明较现有技术的进步之一。但间歇流的实现是有条件的，取决于几何要素(如流道的特征长度L等)、运行工况要素(如特征流速U、驱动压力降、固壁加速度变化的波形、幅值、频率、相位等)、物性要素等多种要素。
气体和黏弹性流变体一类流体不易实现间歇流，故一般工作于连续流形态。对于气体，本发明主要用以降低流阻和强化扰动；对于黏弹性体，本发明可用于制备异型成型物。
宾汉流体和粉体一类流体较易实现间歇流，但也可实现连续流。对于连续流本发明主要用以增大流量；间歇流，可用于物料高分辨率输送，如快速成型工艺中粉料输送、微注射等。
普通液体、溶液、乳化液、悬浮液等一类液体实现间歇流的难度介于前述两类流体之间，除了从几何要素、运行工况要素来着手之外，还可令这类液体从微尺寸喷嘴喷入另一种流体氛围中，借助表面张力来促进实现间歇流射流。
自图6至图13中，流路本体所作运动是至多2维空间中至多二自由度的运动；除多孔介质外，所述流路本体内部的流道纵向至多是2维的；而且所述流道是微流道。从机构学知，不难实现流路本体作3维空间中的以及至少三自由度的运动；在制造技术上，流路本体内部的流道是能够实现纵向3维的；从物理学的相似理论知，微流道的雷诺数Re小，而Re是相似准则，发生于微流道的现象应与Re小的其他情况下的现象相似，即与特征长度L小、特征流速U小、流体粘度v大这三种情况至少出现一种的现象相似。容易理解，上述6个实施例不难推广至更普遍的场合。
权利要求
1.一种影响流体流动的方法，其特征在于固壁沿其自身切向，或者法向，或者切向法向作加速度绝对值变化的运动，使得所述加速度绝对值大时，流体相对于固壁的惯性力大于流体的粘性力，所述加速度绝对值小时，流体相对于固壁的惯性力小于流体的粘性力；以所述惯性力与所述粘性力间相对大小的变化，来影响流体流动。
2.根据权利要求1所述的影响流体流动的方法，其特征在于固壁沿其自身切向，或者法向，或者切向法向运动中的加速度绝对值是周期性地变化的；改变所述加速度的方向、波形、幅值、频率、相位和波的个数，可以改变对于流体流动的影响。
3.根据权利要求2所述的影响流体流动的方法，其特征在于固壁沿其自身切向，或者法向，或者切向法向运动中的加速度波形是不对称波形，使得在所述加速度变化的每个周期中，作用在流体上的惯性力和粘性力的合力的总冲量朝向所述切向的正反两个指向中的某一固定指向，从而使得流体具有朝向所述固定指向流动的趋势。
4.一种实施权利要求1至3中任一权利要求所述的影响流体流动的方法的影响流体流动装置，其特征是所述流体流动至少有一段是流道中的内流，流道的纵向形成了流动的纵向；有一个流路本体，所述流道是由所述流路本体的内部或外部表面上与流体直接接触的固壁形成的；所述固壁沿其自身的切向运动，是由至少一个整体驱动器驱动整个所述流路本体运动来实现的；所述整体驱动器有两个端，两个端之间有相对运动，其中一个且仅有一个端与所述流路本体相固连；对于能使整个所述流路本体获得瞬时绝对值足够大的加速度的整体驱动器在安装时，使得其驱动方向与所述流道固壁的纵向切向基本平行；所述流路本体在安装上有不妨碍整体驱动器对于流路本体的驱动的悬浮。
5.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于所述流路本体由至少两个整体驱动器驱动，使得所述流路本体作至少两个自由度的运动；所述至少两个整体驱动器中的至少一个整体驱动器的安装，使得其驱动方向与所述流道固壁的纵向基本垂直。
6.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于所述流路本体由至少三个整体驱动器驱动，使得所述流路本体作至少三个自由度的运动；所述至少三个整体驱动器中的两个整体驱动器的安装，使得所述两个整体驱动器的驱动方向互相基本垂直、而且均与所述流道固壁的纵向基本垂直。
7.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于流道纵向是弯曲的或分叉的或交错的，形成了流道纵向占据空间维数至少为2维的流道。
8.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于具有包含相对于所述流路本体可动的并与流体直接接触的固壁的局部可动件；所述局部可动件与所述流路本体之间的联接，或是运动副联接、或是变形联接、或是运动副兼有变形的联接。
9.根据权利要求4或8所述的影响流体流动装置，其特征在于所述流路本体内部有嵌入式功率电路，所述嵌入式功率电路有功率电效应器；所述电效应器或者构成与流体直接接触固壁的一部分，或者位于一部分与流体直接接触固壁的近旁。
10.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于所述流道至少有一段横截面固壁的2维尺寸中，有且仅有1维尺寸是微尺寸的或者均是微尺寸的。
11.根据权利要求10所述的影响流体流动装置，其特征在于形成瞬时流量周期性变化射流的微尺寸流道的一端是暴露于另一种流体氛围中的出流口。
12.根据权利要求11所述的影响流体流动装置，其特征在于所述流路本体有一个容器，所述微尺寸流道的另一端是与该容器相连通的进流口。
13.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于对于内流是低雷诺数流，当流路本体不作沿低雷诺数流道纵向切向方向的运动时，所述低雷诺数流道中无可见的流体流动，此时流动处于“断”的状态；当流路本体作沿低雷诺数流道纵向切向方向的运动时，对所述纵向切向运动选择一种合适的不对称加速度波形，使得在所述加速度变化的每个周期中，作用在流体上的惯性力和粘性力的合力的总冲量朝向所述纵向切向的正反两个指向中的正向，从而使得流体朝向所述正向流动，此时流动处于“正向导通”状态；对所述纵向切向运动选择另一种合适的不对称加速度波形，使得在所述加速度变化的每个周期中，作用在流体上的惯性力和粘性力的合力的总冲量朝向所述纵向切向的正反两个指向中的反向，从而使得流体朝向所述反向流动，此时流动处于“反向导通”状态；所述装置成为对所述低雷诺数流道中的单维流动具有“断”、“正向导通”、“反向导通”这三种状态的驱动-控制一体化开关装置。
14.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于对于内流是低雷诺数流，所述流路本体中至少有2段纵向基本垂直的低雷诺数流道，所述低雷诺数流道可以是相交的、也可以是空间交错的，构成连通的或不连通的占据至少2维空间的流道网；所述流路本体由至少两个整体驱动器驱动，可以在至少2维的空间中作至少两个自由度的运动；使流路本体作平行于所述低雷诺数流道中某一段的运动，则所述该段及与该段平行的各低雷诺数流道中的流动处于“通”状态，而与所述该段基本垂直的各段低雷诺数流道中的流动处于“断”状态；使流路本体作垂直于所述该段、且平行于所述低雷诺数流道中另一段的运动，则所述另一段及与之平行的各低雷诺数流道中的流动处于“通”状态，而与所述另一段基本垂直的各段低雷诺数流道中的流动处于“断”状态；所述装置成为对所述低雷诺数流道中不同空间维间流动实现切换的驱动-控制一体化开关装置。
15.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于对于内流是低雷诺数流，至少有一段低雷诺数流道是弯曲的，形成了一段纵向空间维数至少为2维的流道；所述流路本体由至少两个整体驱动器驱动，可以在所述的纵向弯曲的低雷诺数流道所占据的至少2维空间中作至少两个自由度的运动；所述低雷诺数流道的纵向弯曲形状、所述流路本体所作至少两个自由度的运动的加速度的波形、幅值、频率、相位之间作合适的搭配，使得所述该段整段低雷诺数流道中流体上所作用的惯性力和粘性力的合力的总冲量朝向所述纵向切向的正反两个指向中的某一固定指向，从而使得流体朝向所述固定指向流动；所述装置成为纵向弯曲成至少2维的低雷诺数流道中流动的驱动-控制一体化装置。
16.根据权利要求4所述的影响流体流动装置，其特征在于对于内流是低雷诺数流，至少有3股低雷诺数流道是汇交的、占据至少2维空间，其中至少有2股称作支流流道的低雷诺数流道在汇交处是互相垂直的，至少有1股称作主流流道的低雷诺数流道在汇交处与所述至少2股互相垂直的低雷诺数流道是都不平行的；所述流路本体由至少两个整体驱动器驱动，可以在至少3股低雷诺数流道所占据的至少2维空间中作至少两个自由度的运动；选择各自由度运动合适的某种加速度波形、幅值、频率、相位，可使每1股支流流道与每1股主流流道所构成的弯曲流道中流体由支流朝向主流流动，所述装置处于“合流”状态；选择各自由度运动合适的另一种加速度波形、幅值、频率、相位，可使每1股支流流道与每1股主流流道所构成的弯曲流道中流体由主流朝向支流流动，所述装置处于“分流”状态；改变各自由度运动的加速度波形、幅值、频率、相位，可以改变各支流流量本身的大小以及各支流流量间的比例；所述装置成为各支流流量值及流量比可变的合流-分流驱动-控制一体化装置。
17.一种实施权利要求1至3中任一权利要求所述的影响流体流动的方法的影响流体绕流流动装置，其特征在于被绕流物体有一个骨架；骨架外有一个蒙皮，蒙皮由多个相间的刚性蒙块和柔性蒙块组成；驱动刚性蒙块作沿该刚性蒙块外表面固壁切向的、加速度绝对值变化的运动的驱动器一端固连于骨架、另一端固连于其所驱动的刚性蒙块，具有良好的动态响应特性、有大的驱动力、能使其所驱动的刚性蒙块连同该蒙块的外表面固壁获得瞬时绝对值足够大的加速度的驱动器安装得使其驱动方向基本平行于其所驱动的刚性蒙块的外表面。
18.一种应用权利要求1或2或3所述的影响流体流动方法的步进泳动装置，其特征在于至少有一个驱动器，所述驱动器的两端各固连一个有质量的物体；所述两个物体有当它们在被驱动时受流体粘性阻力的大小有显著差异的表面固壁。
19.根据权利要求18所述的步进泳动装置，其特征在于至少有两个驱动器，所述至少两个驱动器使得它们的驱动运动是至少2维空间的至少两个自由度的运动的空间配置；所述各驱动器的两端各固连一个有质量的物体，全部所述驱动器和全部所述物体联接成有至少2维空间中的至少两个自由度的泳动的整体装置。
20.一种应用权利要求12所述的影响流体流动装置来制备异型成型物的方法，其特征在于对于被成型材料的性质、所述的对被成型材料所施加驱动压力的大小、所述流路本体沿所述微尺寸流道纵向切向所作运动的加速度绝对值这三者作合适的搭配，使得被成型材料从所述微尺寸流道的出流口流入所述另一种流体氛围中形成的射流是瞬时流量变化的连续流。
21.根据权利要求20所述的制备异型成型物的方法，其特征在于被成型材料在另一种流体氛围中成型为厚度周期性变化的异型膜；改变流路本体沿横截面固壁的2维尺寸中，有且仅有1维尺寸是微尺寸的微尺寸流道纵向切向所作运动的加速度的波形、幅值、频率这三者中至少一个，用以改变异型膜的厚度。
22.根据权利要求20所述的制备异型成型物的方法，其特征在于被成型材料在另一种流体氛围中成型为粗细周期性变化的异型丝；改变流路本体沿横截面固壁的2维尺寸均是微尺寸的微尺寸流道纵向切向所作运动的加速度的波形、幅值、频率这三者中至少一个，用以改变异型丝的粗细。
23.根据权利要求22所述的制备异型成型物的方法，其特征在于所述流路本体沿微尺寸流道横向2个维中的每1维作加速度绝对值变化的运动；被成型材料在另一种流体氛围中成型为不但粗细周期性变化的、而且盘绕为周期性螺旋的异型丝；改变流路本体沿所述微尺寸流道横向2个维中至少1个维运动的加速度的波形、幅值、频率、相位这四者中的至少一个，用以改变异型丝螺旋的形状与直径大小。
全文摘要
本发明公开了一种影响流体流动的方法及其装置和应用，旨在扩大流体工作范围、提高物料输送分辨率、降低流阻、降低制造难度、改善流动动态特性、实现流动的数字化。为了实现这些用途，本发明影响流体流动的方法是使固壁沿其切向作加速度绝对值变化的运动，使流体对于固壁的惯性力与流体粘性力间相对大小的变化来影响流体流动。应用上述方法而得到步进泳动装置的技术方案是至少有一个驱动器，驱动器的两端各固连一个有质量的物体。实现上述方法的影响流体流动装置是由至少一个整体驱动器驱动流路本体固壁作至少一个自由度运动。应用该装置制备异型成型物的方法是把被成型材料的性质及对其驱动压力的大小、流路本体加速度绝对值三者做适当的搭配。
文档编号F15D1/00GK1523239SQ03152948
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月5日 优先权日2003年9月5日
发明者章维一, 侯丽雅 申请人:南京理工大学