[发明专利]纳米流体切削液热物理性质参数集成在线测量系统

说明书

本发明公开了一种纳米流体切削液热物理性质参数集成在线测量系统由气路系统、液路系统、纳米流体导热系数测量装置、纳米流体切削液对流换热系数及流体/工件能量比例系数测量装置以及磨削力及磨削温度测量装置铣削力或铣削温度测量装置组成；所述的纳米流体导热系数测量装置位于所述的液路系统中；气路系统为液路系统中的纳米流体提供压力，且液路系统引出两个喷嘴，喷嘴I喷出的纳米流体气雾喷到工件I表面，组成纳米流体对流换热系数及流体/工件能量比例系数测量装置；喷嘴II喷出的纳米流体气雾喷到工件II表面，组成磨削力及磨削温度测量装置。

技术领域

本发明涉及纳米流体切削液热物理性质参数测量系统，具体是一种纳米流体导热系数、对流换热系数及流体/工件能量比例系数集成在线测量系统。

背景技术

在机械加工中，传统浇注式冷却由于使用大量切削液，对环境造成了严重的污染，已不适用于当前绿色生产的时代要求；干式切削和微量润滑满足环保的要求但冷却润滑效果较差，难以获得较好的工件表面质量；在微量润滑基油中添加一定比例的纳米粒子，改善射流整体的换热能力，同时提高油膜在切削区的润滑效果的纳米粒子射流微量润滑(Nano-particle jet Minimum Quantity Lubrication，简称Nano-MQL)进入了人们的视线。所谓的纳米粒子是指三维尺寸中至少有一维尺寸小于100nm的超细微小固体颗粒。纳米粒子射流微量润滑，在微量润滑的基础上，向切削液中添加纳米级固体粒子，将纳米粒子、切削液与压缩空气混合经雾化后以射流的形式喷入切削区进行冷却润滑。根据固体强化换热理论，基于固体粒子导热系数远大于液体和气体的事实，在相同粒子体积含量下，纳米粒子的表面积和热容量远大于毫米或微米级的固体粒子，将纳米粒子与切削液混合后形成纳米流体切削液的导热能力将大幅度增加。表1列出了常用的纳米粒子的导热系数。纳米流体质量分数一般为2％-8％，将一定比例的纳米粒子添加到基液中，形成纳米粒子悬浮液，再根据基液的种类和理化属性，添加相应的表面分散剂并辅以超声波振动，便可以获得悬浮稳定的纳米流体切削液。

表1常用纳米粒子的导热系数

纳米粒子射流微量润滑优异的润滑冷却效果已得到大量研究者的证实。在机械加工中，用导热系数(k)、对流换热系数(h)及纳米流体/工件能量比例系数(R)衡量纳米流体切削液在切削区的换热性能。导热系数是纳米流体切削液的固有性质，一旦纳米流体配置完成，其导热系数就确定了。

经检索，青岛理工大学李长河等发明了一种纳米流体导热系数及对流换热系数测量装置(专利号：ZL 201110221334.8)，在同一台设备上既能完成纳米流体导热系数的测量，又能完成对流换热系数的测量，而且用液压泵模拟磨削加工的磨削液供液系统，用镍铬合金电阻丝给纳米流体加热来获得和磨削工况相同的热流边界条件，不仅设备集成率高、利用率高，而且测量精度高，可靠性好，解决了目前纳米流体导热系数和对流换热系数分别用不同设备测量的难题。

经检索，温州大学张宽等(专利号：ZL 201320422680.7)公开了一种纳米流体导热系数测量装置，放置纳米流体的容器为可导热容器，两侧分别设置有供热装置和吸热装置，容器将供热装置提供的热量完全传递至吸热装置，吸热装置上设置有吸热量测量装置。通过对容器外侧进行加热来测量纳米流体导热系数，避免了对容器内侧进行加热测量时液体中的颗粒有可能分布部不均匀导致测量数值不准确的情况，通过吸热装置和吸热量测量装置对经容器及纳米流体传导后的热量进行测量，最终通过计算公式得出纳米流体的导热系数。

经检索，郑化安等发明了一种纳米流体传热传质监测装置及方法(专利号：ZL201610333181.9)，通过记录测量点处非牛顿流体为基液的纳米流体超声衰减幅值和测量探头与反射板之间的距离，重复调节探头与测量点的位置关系，通过计算机数据处理系统将声波频率信号获得纳米流体的导热系数增量和纳米流体扩散系数，可对流动状态下纳米流体导热系数增量和扩散系数进行实时高精度监量。