[發明專利]一種基于光聲效應的納米流體防團聚裝置

有效

• 申請號: 201910474925.2
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110193319B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 毛聰;張志康;肖林峰;鐘宇杰;劉子奇;戴家輝;胡永樂
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B01F11/02
• 分類號: B01F11/02;B01F3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種基于光聲效應的納米流體防團聚裝置，用于解決采用納米流體冷卻機械加工過程中納米顆粒的團聚問題。具體包括支承模塊、光聲轉化模塊、運動模塊和控制模塊。其中支承模塊由支架和螺釘組成，用于支撐光聲轉化模塊和運動模塊；光聲轉化模塊是由納秒激光器、透鏡夾持器、透鏡、石英光纖、光纖夾持器、納米金顆粒、納米金溶液罐和螺栓組成，可以實現光聲轉化，從而產生超聲波；運動模塊包括：伺服電機、燕尾導軌、絲杠螺母、固定板、導軌滑塊和深溝球軸承，用于承載光聲轉化模塊，并實現光聲轉化模塊組合運動；控制模塊由承載板和CCD組成，用于適時控制運動模塊。本裝置基于光聲效應能夠有效、快速、精準地解決納米流體的團聚問題。

技術領域

本發明涉及一種防止納米流體團聚的裝置，特別是一種基于光聲效應的納米流體防團聚裝置。

背景技術

納米流體是指把金屬或非金屬納米顆粒分散到水、油等傳統液態換熱介質中，制備成均勻、穩定、高導熱的新型換熱介質。納米流體在能源、化工、汽車、建筑、微電子、信息等領域得到廣泛前景，從而成為材料、物理、化學、傳熱學等眾多領域的研究熱點。

由于納米流體強化傳熱的特性，使之正逐步被應用于機械加工過程中起潤滑冷卻作用。但是當納米流體長期靜置時，其中的納米顆粒容易形成團聚體并出現沉降現象，團聚體直接影響了納米流體的傳熱冷卻效率。公開號為 “CN108499202 A”、發明名稱為“防止換熱系統中納米流體顆粒團聚沉降的裝置”的發明專利公開了一種防止換熱系統中納米流體顆粒團聚沉降的裝置，其原理是在管道內壁設置一些凸起，當流體在管道內流動時會與管道內壁凸起之間產生碰撞，從而防止納米顆粒的團聚與沉降，該裝置在一定程度上解決了納米流體團聚沉降的問題。但是該技術方案仍舊存在以下問題：流體與管壁之間的碰撞力很難改變管道中心區的納米顆粒團聚問題；而且受制于管道內壁凸起的布置密度，納米流體與管壁之間的碰撞頻率很低，管壁附近難免依舊存在納米顆粒團聚。

公開號為“CN103418159 A”、發明名稱為“在超臨界流體快速膨脹過程中防止納米粒子再團聚的新方法”的發明專利公開了一種防止納米粒子再團聚方法，其原理是利用RESS技術在特定的納米粒子表面上沉積一層有機物薄膜，在一定程度上解決了納米顆粒團聚的問題。但是該技術方案仍舊存在以下問題：利用RESS技術所處理的納米粒子種類特定，單次處理納米粒子的數量有限，而且RESS技術的工藝及工藝參數很難控制。

發明內容

為解決現有問題，本發明提出了一種基于光聲效應的納米流體防團聚裝置，用于解決采用納米流體潤滑冷卻機械加工過程中納米顆粒的團聚問題。其基本原理是利用納米金顆粒在脈沖激光的輻照下會產生超聲波，根據光敏元件感知到納米流體的團聚區域及程度，自適應驅動石英光纖及納米金溶液罐到團聚區域，采用激光輻照產生的超聲波驅散納米流體中團聚的納米顆粒，從而有效、快速、精準地解決納米流體團聚問題。

為了實現上述目的，一種基于光聲效應的納米流體防團聚裝置，其特征在于：該裝置是由支承模塊、光聲轉化模塊、運動模塊和控制模塊組成；所述的支承模塊包括：支架和螺釘，支架用于支撐光聲轉化模塊和運動模塊。

所述的光聲轉化模塊包括：納秒激光器、透鏡夾持器、透鏡、石英光纖、光纖夾持器、納米金顆粒、納米金溶液罐和螺栓。納秒激光器固定在固定板上，透鏡夾持器夾住透鏡，光纖夾持器固定石英光纖；由納米金顆粒制成的納米金溶液儲存于納米金溶液罐中，納米金溶液罐通過螺栓固定在石英光纖下端，并且石英光纖末端纖芯插入納米金溶液中。納秒激光器產生的脈沖激光與納米金溶液罐中的納米金顆粒相互作用，納米金顆粒在脈沖激光的輻照下會經歷快速的、周期性的體積膨脹和收縮，從而產生超聲波，實現光聲轉化。在超聲波作用下可以有效防止納米流體中的納米顆粒團聚。