[发明专利]一种气液固三相均匀混合纳米流体低温喷雾射流产生装置、方法及其应用

说明书

本发明公开了一种气液固三相均匀混合纳米流体低温喷雾射流产生装置、方法及其应用，该发明采用高压喷雾射流和气粉混合系统，采用的纳米粒子质量比重0.5%‑10%，将纳米粒子通过气粉混合系统将一定质量的纳米粒子与低温气体混合均匀送入气动雾化喷嘴的气流输入端口，并与高压喷雾射流形成系统压出的一定温度切削液在气动雾化喷嘴喷口外部混合，产生气液固三相均匀混合的纳米流体低温喷雾射流。该方法和装置的优势在于大大提高了纳米粉末在冷却润滑中的比重，避免了纳米流体在传统使用方法中因比重较高或因为放置时间长而发生团聚带来的冷却润滑效果不理想的问题，提高了冷却和润滑效率，显著提高刀具耐用度和加工表面质量。

技术领域

本发明涉及一种气液固三相均匀混合纳米流体低温喷雾射流产生装置、方法及其应用，适用于切削磨削中难加工材料的加工制造，属于加工制造中的冷却润滑技术领域。

背景技术

目前，公知的喷雾射流方法都是采用气液混合方法，但是该方法在难加工材料加工过程中面临着冷却和润滑效率不足的问题；随着技术的发展，人们发现在冷却液中加入纳米颗粒能显著提高其冷却及润滑效果，但是纳米流体在制成的过程中往往都是将纳米颗粒与液体直接进行混合，往往导致纳米颗粒在液体中混合不均匀和纳米颗粒在纳米流体中的比重严重受限，以及因放置时间长或由于纳米粒子的浓度过高，悬浮液中的纳米粒子在运动过程中发生碰撞和聚集而导致纳米粒子发生团聚问题^[1-2]。目前，普遍采用加入一些表面活性剂或pH值调节剂的方法来解决这个问题，但是效果也不是特别理想^[1-2]。因此，目前纳米流体在喷雾射流的应用中还面临着一些技术难题。同时，目前采取的喷雾射流技术，气压和液压都在0.1-0.6MPa范围内，压力偏低，不能满足某些难加工材料的高效冷却润滑需求。

[1] Yanbin Zhang, Li C , Jia D , et al. Experimental evaluation ofMoS2 nanoparticles in jet MQL grinding with different types of vegetable oilas base oil[J]. Journal of Cleaner Production, 2015.

[2] Demas N G , Timofeeva E V , Routbort J L , et al. TribologicalEffects of BN and MoS2 Nanoparticles Added to Polyalphaolefin Oil in PistonSkirt/Cylinder Liner Tests[J]. Tribology Letters, 2012, 47(1):91-102。

发明内容

为了克服现有纳米流体冷却润滑技术中存在的不足，避免常规纳米流体制备方法在使用中带来的一系列问题，如混合不均匀、凝聚成团等，同时进一步提高气液固三相喷雾射流冷却润滑能力，本发明提供一种将纳米粒子与气体、液体进行均匀混合并形成喷雾射流的装置和方法，通过将一定量的纳米颗粒在喷雾过程中形成气液固三相均匀混合的高压低温喷雾射流，解决了常规纳米流体喷雾射流方法中纳米粒子发生团聚及其纳米颗粒在纳米流体中的比重严重受限带来的冷却、润滑效果不理想的问题，实现纳米流体在难加工材料加工过程中切削刀具、砂轮等精密工具的高效冷却和润滑的良好应用效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明第一方面提供一种气液固三相均匀混合纳米流体低温喷雾射流产生装置，包括空气压缩机（1），空气压缩机（1）的输出口依次连接气体干燥过滤器（2）、气压调节阀（3）、气体增压器（4），并连接至四通后分为三个支路，分别为固体输送支路、气体输送支路、液体输送支路；

所述固体输送支路经管道连接至气压调节阀（5），气压调节阀（5）的出口连接纳米颗粒螺旋式送粉装置，送粉装置出口连接粉气混合腔（17）的固体入口端；