CN106737203B - 超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统 - Google Patents

超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，该系统由低温气体产生装置、纳米流体微量润滑供给系统、气体分配控制阀、低温油气外混合雾化喷嘴组成。低温气体产生装置采用超音速喷嘴，提高涡流管喷嘴出口速度，涡流管喷嘴流道设置为不同流线线型，提高气体在涡流管喷嘴处涡旋强度，提高能量分离程度，对涡流管热管采用强化换热措施有效提高制冷效率。电动机驱动纳米流体微量润滑供给系统，能够更方便、精确的对供给的纳米流体流量进行控制。本发明具有微量润滑技术的所有优点、并具有更强的冷却性能和优异摩擦学特性，有效解决磨削烧伤，提高工件表面质量，实现高效、低耗、环境友好、资源节约的低碳绿色清洁生产。

Description

超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统
技术领域
本发明涉及制冷与机械加工技术领域，尤其涉及一种超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统。
背景技术
纳米粒子射流微量润滑磨削加工是一种绿色环保、清洁节能的磨削加工技术。基于固体换热能力大于液体，液体换热能力大于气体的强化换热理论，将一定量的纳米级固体颗粒加入到可降解的微量润滑油中生成纳米流体，通过高压空气将纳米流体进行雾化，并以射流的方式送入磨削区。高压空气主要起冷却、除屑和输送流体的作用；微量润滑油主要起润滑作用；纳米粒子增加了磨削区流体的换热能力，起到了冷却作用，同时，纳米粒子具有良好的抗磨减摩性能特性和高的承载能力。但是，纳米流体射流微量润滑虽然能在一定程度上降低磨削温度，但是相对于浇注式磨削仍然有很大的差距，对于难加工材料加工仍然存在这磨削烧伤现象。
因此如何能够降低磨削区的温度避免磨削烧伤现象，又能够保证工件表面完整性，进而提高工件加工质量，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
经检索，李长河发明了低温冷却与纳米粒子射流微量润滑耦合磨削介质供给系统(专利号:201310180218.5)；袁松梅设计了一种低温微量润滑系统(专利号:201010128275.5)；张宝发明了一种低温准干式微量润滑冷却装置(专利号:201620263903.3)。
但是现有技术中，微量润滑系统微量润滑装置和低温气体产生装置都只是在一定的基础上进行组装，没有从制冷原理和结构中进行深入改进。并且，现有技术中，微量润滑泵多采用气动泵，而气动泵需要由气体频率发生器控制，所提供的频率有限，气动泵输出的压力较小，当润滑液中加入纳米粒子之后会导致润滑液粘度增大，流动性变差，出现供气动力不足而导致气动泵无法工作。低温气体产生装置需要巨大的压缩空气消耗量，而在生产实践中，空气压缩机不仅要驱动磨床等大型机床工作，而且还要驱动多个低温气体产生装置和多个气动泵，进一步增加了空气压缩机运行负担。
发明内容
本发明实施例中提供了一种超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，以解决现有技术中的磨削区温度高、工件表面完整性差、工件加工质量低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例发明了如下技术方案：
本发明实施例提供了一种超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，该系统包括：低温气体产生装置、纳米流体微量润滑供给系统、气体分配控制阀和至少一个低温油气外混合雾化喷嘴，其中：所述低温气体产生装置包括依次设置在进气套筒内的涡流管喷嘴、蜗壳导流和涡流管热管；所述进气套筒的一端设置有密封端盖，所述涡流管喷嘴的喷嘴出气管从所述密封端盖穿出；所述涡流管喷嘴的进气端设置有与所述喷嘴出气管气路相通的喷嘴流道槽，以使压缩空气经过所述喷嘴流道槽从喷嘴出气管喷出；所述蜗壳导流的一端与所述进气套筒的压缩空气进气口相连通、另一端与所述喷嘴流道槽相连通；所述涡流管热管从所述进气套筒的另一端的端面穿出，且所述涡流管热管与所述喷嘴流道槽相连通；穿出进气套筒的涡流管热管的一端设置有气路相通的出气口三通，所述出气口三通的一个通口内设置有冷气比例调节阀；所述气体分配控制阀的进气口快速插头与所述涡流管喷嘴的喷嘴出气管通过保温管道相连通；所述气体分配控制阀的出气口快速插头数量与所述低温油气外混合雾化喷嘴的数量相匹配，且所述出气口快速插头分别与相应的低温油气外混合雾化喷嘴通过保温管道相连通；所述纳米流体微量润滑供给系统包括设置在箱体内的凸轮轴、泵体，所述凸轮轴通过凸轮轴键与电磁调速电机相连接；所述泵体内部设置依次设置有相互连通的壳体活塞腔、进油腔和单向阀腔；活塞的一端与所述凸轮轴上的凸轮相抵接、且与泵体的底面通过凸轮弹簧相连接，另一端伸入泵体的壳体活塞腔内，且能够相对于泵体活动；所述进油腔通过进油口与油杯管路相通；所述单向阀腔与出油口相连通；所述出油口的数量与低温油气外混合雾化喷嘴的数量相匹配，且所述出油口分别与相应的低温油气外混合雾化喷嘴管路相通。
可选地，所述低温气体产生装置还包括水箱；其中，所述水箱套设在所述涡流管热管的外壁上；所述水箱设置于所述进气套筒和出气口三通之间，所述水箱的一端的端面通过密封垫片与进气套筒的一端的端面紧密接触，所述水箱的另一端的端面与出气口三通的一端的端面紧密接触、且内壁通过Y型密封圈与涡流管热管的外壁紧密接触。
可选地，所述蜗壳导流的外径与气体套筒的内径相同，所述蜗壳导流的内壁截面线型为阿基米德螺旋线。
可选地，所述超音速喷嘴包括喷嘴凸台、喷嘴圆盘和喷嘴出气管；其中，所述喷嘴圆盘的内部设置有冷气通道；所述喷嘴凸台设置在所述喷嘴圆盘的一端的端面上，所述喷嘴凸台中心设置通孔，所述通孔的内壁上设置有喷嘴流道槽，所述喷嘴流道槽将所述通孔内腔分为多个涡流室，所述喷嘴凸台的外壁上设置所述蜗壳导流；所述喷嘴出气管设置在喷嘴圆盘的另一端的端面上，且所述喷嘴出气管的内径沿气体传输方向逐渐增大；所述喷嘴流道槽、所述冷气通道以及所述喷嘴输气管气路相通。
可选地，所述喷嘴流道槽中心线包括等角螺线、阿基米德螺旋线和矩形线型中的任意一种。
可选地，所述涡流管热管的外壁上设置有螺纹；或者，所述涡流管热管的外壁上均匀设置有多个肋片。
可选地，所述冷气比例调节阀包括螺柱和以及与所述螺柱相匹配的螺母；所述螺柱为平端面锥型螺柱，所述螺柱的锥角介于35°至55度之间；所述螺柱上靠近螺柱锥角的位置设置有弹性挡圈、远离螺柱锥角的位置设置有O型密封圈。
可选地，所述气体分配控制阀包括壳体；所述壳体内部设置有多个相互独立的壳体气体流道，各个所述壳体气体流道均与进气口快速插头和出气口快速插头相连通；每个壳体气体流道管路上均设置有控气阀，所述控气阀能够垂直于所述气体流道活动。
可选地，所述低温油气外混合雾化喷嘴包括蛇形管、喷嘴气体进入管、保温管、喷嘴锥型管、喷嘴套筒和喷嘴喷针；其中，所述蛇形管的一端与所述喷嘴气体进入管的一端螺纹连接，所述喷嘴气体进入管的另一端与所述喷嘴套筒的一端螺纹连接；所述喷嘴套筒内沿气体喷出方向依次设置有喷嘴锥型管和喷嘴喷针，所述喷嘴喷针的一端与所述喷嘴锥型管的锥型端相连通；所述喷嘴锥型管的平面端外壁上还设有锥形管肋板，所述锥形管肋板上设置有至少一个锥形管肋板通气孔；所述保温管设置在所述喷嘴气体进入管内，且所述保温管的一端与所述喷嘴锥型管的平面端相连通，保温管的另一端压紧在所述喷嘴气体进入管的第二台阶上；输油管的一端穿过所述保温管的管路与所述喷嘴喷针相连通，另一端穿过所述蛇形管的管路与纳米流体微量润滑供给系统的出油口相连通。
可选地，所述喷嘴套管锥型端的角度与喷嘴锥型管锥型端的角度相同，且所述喷嘴套管平直部分的内径大于喷嘴锥型管平直部分的内径。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
(1)该系统装置发挥了纳米流体微量润滑磨削的全部优点，并且改善了纳米流体微量润滑磨削存在磨削温度过高易导致磨削烧伤的缺点，提高被加工工件的表面完整性和加工精度，实现高效、低耗、环境友好、资源节约的低碳绿色清洁生产。
(2)低温气体产生装置基于涡流管制冷原理进行自行设计。涡流管喷嘴为超音速喷嘴，提高了涡流管喷嘴出口速度。进一步地，涡流管喷嘴流道设置为不同流线线型，进而提高了气体在涡流管喷嘴处能量分离程度。更进一步地，对涡流管热管采用不同的强化换热措施，促进涡流管热管管内的能量向外界散失，减少温度较高的自由涡能量向温度较低的强制涡方向进行热传导。
(3)纳米流体微量润滑供给系统与传统的气动式润滑装置不同，该部分装置采用电动机驱动，能够更方便、精确的对供给的纳米流体流量进行控制、并且还能提供更大的动力，解决了因为纳米流体因为粘度过大而导致气动微量润滑装置无法工作的问题。并且该部分装置采用电机驱动更有利于微量润滑装置实现智能自动化控制，通过方便的调节电动机的转速，从而精确控制出油量。进一步地，将电动机和加工设备通过计算机连接构成一种闭环系统，当计算机通过磨削力或者磨削温度等在线信号检测到加工设备需要改变供油流量的时候，自动调节电动机转速，为以后实现微量润滑智能自动调节流量提供一种更方便的途径。
(4)气体分配控制阀基于闸阀原理尽量减少能量局部损失的情况下能够精确控制气体流量，并且能够利用机械结构自锁防止控制阀因气体冲击而出现松动。
(5)低温油气外混合雾化喷嘴能够防止纳米流体因气体温度过低，低于纳米流体的倾点而导致其流动性变差，并且采用外混合方式避免在喷嘴内壁产生结霜冷凝现象。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统的结构示意图；
图2为涡流管系统实施例1爆炸图；
图2(a)为涡流管系统实施例1装配图；
图3为涡流管系统实施例2爆炸图；
图3(a)为涡流管系统实施例2装配图；
图4为涡流管进气套筒主视图；
图4(a)为图4A-A剖视图；
图5为涡流管蜗壳导流主视图；
图6为涡流管超音速喷嘴主视图；
图6(a)为超音速喷嘴实施例1示意图；
图6(aa)为超音速喷嘴实施例1流道示意图；
图6(b)为超音速喷嘴实施例2示意图；
图6(ba)为超音速喷嘴实施例2流道示意图；
图6(c)为超音速喷嘴实施例3示意图；
图6(ca)为超音速喷嘴实施例3流道示意图；
图7为进气套筒、蜗壳导流与蜗壳超音速喷嘴装配图；
图8(a)为涡流管热管实施例1示意图；
图8(b)为涡流管热管实施例2示意图；
图8(c)为涡流管热管实施例3示意图；
图9为涡流管冷流比例调节阀、O型密封圈及弹性挡圈装配图；
图10为MQLSS爆炸图；
图11(a)为MQLSS总装配图主视图；
图11(b)为MQLSS总装配图右视图；
图12(a)为MQLSS部分装配图全剖主视图；
图12(b)为MQLSS部分装配图全剖右视图；
图13(a)为MQLSS泵体俯视图；
图13(b)为MQLSS泵体主视图；
图13(c)为图13(a)A-A剖视图；
图13(d)为图13(b)B-B剖视图；
图14为MQLSS活塞主视图；
图15为MQLSS出油口主视图、俯视图及C-C剖视图；
图16为MQLSS泵体与箱体连接固定板俯视图及主视图；
图17为MQLSS上箱体主视图；
图17(a)为图17D-D剖视图；
图18为MQLSS凸轮轴主视图；
图19为MQLSS凸轮轴与电动机连接所用联轴器示意图；
图20为MQLSS电磁调速电动机示意图；
图21为GDCV实施例1爆炸图；
图22为GDCV控气阀装配图；
图23(a)为GDCV装配仰视图；
图23(b)为GDCV装配左视图；
图23(c)为图23(a)A-A剖视图；
图24为GDCV壳体实施例1俯视图；
图24(a)为图24B-B剖视图；
图24(b)为图24C-C剖视图；
图25为GDCV控气阀接头主视图；
图26为GDCV实施例2爆炸图；
图27为GDCV实施例2装配图主视图；
图27(a)为图27D-D剖视图；
图28为GDCV实施例2装配图；
图28(a)为图28E-E剖视图；
图29为喷嘴爆炸图；
图30为喷嘴部分装配图；
图30(a)为图30的局部放大图；
图31为喷嘴喷针主视图；
图32(a)为喷嘴锥型管轴测图；
图32(b)为喷嘴锥型管主视图；
图32(c)为图32(b)A-A剖视图及轴测图；
图33为喷嘴套管主视图；
图34为喷嘴气体进入管主视图；
图35(a)为喷嘴固定块1主视图；
图35(b)为喷嘴固定块2主视图；
其中，附图的符号表示为：101-进气套筒，102-蜗壳导流，103-涡流管喷嘴，104-第一密封垫片，105-密封端盖，106-第二密封垫片，107-第三密封垫片，108-涡流管热管，109-水箱，110-热气出口三通，111-冷气比调节阀，112-O型密封圈，113-弹性挡圈，114-Y型密封圈，201-箱体螺母，202-箱体垫片，203-箱体螺母垫片，204-箱体螺栓，205-箱体上盖，206-固定板，207-固定板内六角定位螺钉，208-固定板垫片，209-泵体，210-出油口，211-油杯，212-第一快速插头，213-第二带开关的导油管，214-第一带开关的导油管，215-单向阀弹簧，216-单向阀堵头，217-出油口定位螺钉，218-第二快速插头，219-泵体定位螺钉，220-凸轮弹簧，221-第一星型密封圈，222-第二星型密封圈，223-第一Y型密封圈，224-第二Y型密封圈，225-活塞，226-凸轮轴键，227-凸轮轴，228-轴承座螺栓，229-轴承座，230-下箱体，231-电磁调速电动机，232-联轴器，301-GDCV进气口快速插头，302-第一密封垫片，303-第一GDCV壳体，304-第二密封垫片，305-控气阀接头，306-控气阀，307-O型密封圈，308-第三密封垫片，309-出气口快速插头，310-第二GDCV壳体，311-第二进气口垫片，312-第二进气口端盖，313-第二螺栓垫片，314-第二螺栓，401-喷嘴针，402-喷嘴套筒，403-喷嘴锥型管，404-喷嘴密封垫片，405-保温管，406-喷嘴气体进入管，407-第一喷嘴密封圈垫片组合，408-第二喷嘴密封垫片组合，409-蛇形管，410-固定块内六角螺钉，411-第一喷嘴固定块，412-第二喷嘴固定块，413-输油管，10101-进气套筒热管出口，10102-压缩空气进气口，10301-喷嘴凸台，10301-喷嘴冷气出气口，10303-喷嘴圆盘，10304-喷嘴出气管，10305-喷嘴流道槽，10306-喷嘴涡流室，10801-第一涡流管热管，10802-第二涡流管热管，10803-第三涡流管热管，11101-冷气比调节阀螺柱，11102-冷气比调节阀螺母，20501-上箱体法兰孔，20502-上箱体螺纹连接孔，20601-第一固定板连接孔，20602-第二固定板连接孔，20901-壳体活塞腔，20902-第一壳体泄气孔，20903-第二壳体泄气孔，20904-第一进油腔，20905-第二进油腔，20906-单向阀腔，20907-定位孔，20908-第二进油口，20909-第一进油口，20910-MQL固定板螺纹孔，20911-第一进油腔流道，21001-出油口流道，21002-单向阀弹簧槽，21003-螺纹定位孔，22501-第一活塞星型密封圈槽，22502-第二活塞星型密封圈槽，22503-第一活塞Y型密封圈槽，22504-第二活塞Y型密封圈槽，22701-凸轮键槽，22702-凸轮，30301-GDCV壳体进气口，30302-GDCV壳体控气阀接口，30303-GDCV壳体出气口，30601-控气阀密封槽，30602-控气阀螺柱，30603-第一控气阀螺母，30604-第二控气阀螺母，40301-锥形管喷针通道，40302-锥形管肋板，40303-锥形管通气孔，40601-第一进气管台阶，40602-第二进气管台阶，40603-进气管通道。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统由低温气体产生装置1(简称涡流管)、纳米流体微量润滑供给系统2(英文：Minimal QuantityLubrication Supply System，简称：MQLSS)、气体分配控制阀3(英文：Gas distributioncontrol valve，简称GDCV)和低温油气外混合雾化喷嘴4(简称喷嘴)四部分构成。
如图2所示，图2为涡流管系统实施例1爆炸图，各部件陈列图中。
如图2(a)所示，涡流管系统实施例1由进气套筒101、蜗壳导流102、涡流管喷嘴103、第一密封垫片104、密封端盖105、第二密封垫片106、第三密封垫片107、涡流管热管108、水箱109、热气出口三通110、冷气比调节阀111、O型密封圈112、弹性挡圈113、Y型密封圈114组成。首先将第二密封垫片106安装在涡流管热管108上再整体安装到进气套桶101里面，接着安装蜗壳导流102安装到喷嘴凸台处10301，将第一密封垫片104安装到涡流管喷嘴冷气出口管处10304，整体安装到进气套筒101内，与涡流管热管108端部贴紧。最后用密封端盖105将进气套筒101及里面装配部分密封。然后在涡流管热管108另一端依次安装第三密封垫片107、Y型密封圈114和水箱109。接着，将冷气比例调节阀111安装到热气出口三通110内，配合弹性挡圈113和O型密封圈112，然后，冷气比例调节阀111、O型密封圈112、弹性挡圈113整体及热气出口三通整体安装到涡流管热管108上，旋紧和水箱109贴合同时将水箱109紧紧压在进气套桶101上。
选用此实施例1时，涡流管热管106内部气体流动速度较大，流体在管内为紊流流动，与壁面发生强制对流换热，换热系数为α1i。涡流管热管106外壁沉浸在冷却水内发生自然对流换热，与壁面对流换热系数为α1w。冷却水与壁面的换热系数要远远大于空气与壁面的换热系数，即α1i<α1w。
如图3所示，为涡流管系统实施例2爆炸图，各部件陈列图中。
如图3(a)所示，与涡流管系统实施例1有所不同，此实施例不安装水箱109及其密封部分第三密封垫片107和Y型密封圈114。此实施例虽然制冷效果有所下降，但是小巧，安装方便可靠，若无特殊要求优先选用实施例1。当选用涡流管系统实施例2时，涡流管热管108内部气体与壁面发生强制对流换热，换热系数为α2i，热管108外与空气发生自然对流换热，换热系数为α2w，此时涡流管热管108内外都为空气，强制对流换热要远远强于自然对流换热，即α2i>α2w。
如图4、图4(a)所示，进气套筒101设有进气口，使压缩空气沿切向进入到蜗壳导流部分103，与蜗壳导流103配合安装对对压缩空气进行导流，气体流量均匀的进入到各喷嘴流道10305中。进气套筒部分设有进气套筒热管出口10101和压缩空气进气口10102。进一步地，压缩空气进气口长度l 11等于喷嘴流道深度。
如图5所示，蜗壳导流102外径直径为d16与气体套筒101内径相同，蜗壳导流102内壁面线型为阿基米德螺旋线。
式中，d15——蜗壳导流内径，m；d13——超音速喷嘴流道外径，m；θ——蜗壳导流各内径各点与最大直径之间角度，rad；M——压缩气体进气流量，kg/s；ρ0——压缩进气密度，kg/m3；l11——蜗壳导流宽度，m；K——阿基米德螺线常数；
如图6、图6(a)、图6(aa)、图6(b)、图6(ba)、图6(c)、图6(ca)所示，为本方案超音速喷嘴涡流管部分三种实施例。图6为三种实施例的主视图的全剖视图。超音速喷嘴分为喷嘴凸台10301、喷嘴圆盘10303、喷嘴出气管10304三部分一体加工。其中，在喷嘴凸台10301上等分加工4～6个喷嘴流道槽10305和涡流室10306，喷嘴涡流室直径为d 12，流道槽10305深与喷嘴凸台10301高度相等为l11，喷嘴圆盘开有冷气孔10302，冷气孔的直径为d 11。喷嘴出气管10304先进行渐扩对高速气体扩压减速，然后再稳定的输出喷嘴出气管10304。其中，流道槽10305应进行抛光处理，减小因为高速高压气体与避免摩擦产生过大的能量损失。喷嘴材料应选用导热系数较小的材料(如304钢)减小喷嘴内低温气体与外界进行换热，渐扩角度应满足2°≤β≤4°。
如图6(a)、6(aa)为涡流管超音速喷嘴第一种实施例。喷嘴流道中心线即压缩空气流线为等角螺线，在中心流线的基础上进一步加工流道槽10305，流道槽的槽深l11保持不变，但其流道壁各点到中心线的距离发生改变，即流道的通流面积发生改变。在压缩气体均匀的进入涡流管喷嘴流道10305中，过程Ⅰ为喷嘴导流段，气体稳定的进入到流道中。在过程Ⅱ段，流道面积逐渐缩小，压缩气体进一步流速提高，在过程Ⅱ结束时即在横截面CC'处，流道的通流面积达到最小，并使气体在此处或此处之前达到音速状态。然后，进入到过程Ⅲ段，流道通流面积逐渐扩大，在保证通流最小面积处上游和下游有足够的压强比条件下，压缩气体继续加速到超音速状态。然后，进入到过程Ⅳ段，气体从涡流管超音速喷嘴流道10305处喷出。
等角螺线极坐标方程：
ρ(θ)＝aebθ
将极坐标方程转化为其参数方程：
x＝ρ(θ)cosθ＝aebθcosθ；y＝ρ(θ)sinθ＝aebθsinθ
式中，θ为极角，ρ(θ)为极径长度
如图6(aa)所示，本实施例以四流道为例，中心流线从O点到达O'点，极径由ρ1变为ρ2，转角为θ1，其中等角螺线的原点O”为喷嘴凸台10301的圆心，也为喷嘴涡流室10306的圆心。中心流线的起点O为喷嘴凸台10301外圆的四等分点，终点O'为涡流室10306外圆的四等分点。由ρ1、ρ2、和转角变化量θ1可以拟合等角螺线极坐标方程，求出常数a，进一步求得等角螺线的参数方程，方便在数控机床加工。在过程Ⅱ段，把流道分成n份，每一份流道的宽度为loi，在过程Ⅲ段，也把流道分成n份，每一流道的宽度为loi'，loi在AA'出达到最大值，在CC'处达到最小值lc。loi'在DD'处达到最大值，同样在CC'处达到最小值lc。内流道进口段BA'部分应与喷嘴凸台10301外圆周内切，外流道出口部分DE段与涡流室壁面外圆周外切。
式中：A1——喉部最小截面CC'通流面积，m2；m——通过流道的气体质量流量，kg/s；k——气体绝热指数；P0——入口滞止压力，MPa；T0——入口滞止温度，K；R：气体常数，J/Kg·K；V——喉部气体速度，m/s；
过程Ⅱ收缩段基于收缩曲线五次曲线设计：
式中loi——过程Ⅱ任意一点流道宽度，m；lai——过程Ⅱ中心流线任意一点到过程Ⅱ始端截面AA'之间弧长，m；lc——喉部最小截面CC'流道宽度，m；lac——过程Ⅱ中心流线总弧长，m；
过程Ⅲ扩张段基于面积比公式进行设计：
式中：loi'——过程Ⅲ任意一点流道宽度，m；lci'——过程Ⅲ中心流线任意一点到喉部CC'之间弧长，m；lc——喉部最小截面CC'流道宽度，m；Moi'——过程Ⅲ任意一点马赫数；Md——过程Ⅲ结束段DD'处马赫数；
如图6(b)、6(ba)为涡流管超音速喷嘴第二种实施例。此实施例工作过程及原理与超音速喷嘴实施例1相同，不同之处在于，此实施例流道中心线采用阿基米德螺线型。
阿基米德螺线方程：
ρ＝a+bθ
将极坐标方程转化为其参数方程：
x＝ρ(θ)cosθ＝(a+bθ)cosθ；y＝ρ(θ)sinθ＝(a+bθ)sinθ
如图6(ba)所示，本实施例以四流道为例，中心流线从M点到达M'点，半径由ρ3变为ρ4，转角为θ2。其中阿基米德螺线的原点M”为喷嘴圆形凸台10301的圆心，也为喷嘴涡流室10306的圆心。中心流线的起点M为喷嘴凸台10301外圆的四等分点。由ρ3、ρ4、和转角变化量θ2可以拟合等角螺线极坐标方程，求出常数a和b，进一步求得等角螺线的参数方程，方便在数控机床加工。终点M'为涡流室10306外圆的四等分点。在过程Ⅱ段，把流道分成n份，每一份流道的宽度为lmi，在过程3段，也把流道分成n份，每一流道的宽度为lmi'，lmi在FF'出达到最大值，在HH'处达到最小值lh。loi'在JJ'处达到最大值，同样在HH'处达到最小值lc。内流道进口部分GF段应与喷嘴凸台10301外圆弧内切，外道出口部分J'K段与喷嘴涡流室10306壁面外圆周外切。流道收缩、扩张曲线、宽度设计和涡流管超音速喷嘴实施例1设计方法相同，不再重复。
如图6(c)、6(ca)为涡流管超音速喷嘴第三种实施例。此实施例3工作过程及原理与超音速喷嘴实施例1、实施例2相同，不同之处在于，此实施例流道中心线采用矩形线型。
如图6(ca)所示，本实施例以六流道为例，中心流线从N点到达N'点，在出口N'点，矩形流线与该点圆弧法线角度为θ3。其中矩形中心流线的起点N为喷嘴凸台10301外圆的六等分点，终点N'为喷嘴涡流室10306外圆的六等分点。在过程1段为圆弧过渡导流，压缩气体进入在过程Ⅱ段，流道逐渐收缩，流道渐缩段长lrq，渐缩角度α应满足5°≤α≤15°；在过程Ⅲ段，流道逐渐扩张，流道渐缩段长lrs，扩张角β应该满足：4°≤β°≤6°。内流道进口部分PQ段应与喷嘴外圆弧内切，内流道出口部分ST段与喷嘴涡流室10306壁面外圆周外切。流道RR'处宽度lr应满足：
喉部面积：
式中：A3——喉部最小截面RR'通流面积，m2；m——通过流道的气体质量流量，kg/s；ρ——压缩气体密度，kg/m3；k——气体绝热指数；P0——入口滞止压力，MPa；T0——入口滞止温度，K；R：气体常数，J/Kg·K；V:喉部气体速度，m/s；
如图7所示，为进气套筒101、蜗壳导流102与蜗壳超音速喷嘴103装配图。
如图8(a)、图8(b)、图8(c)所示，为涡流管热管108的三种实施例。涡流管热管108内部加工精度应较高，减小自由涡与管内壁摩擦产生巨大能量损失。根据Q＝KFΔtm可知，为了使自由涡能量尽可能多的散失到涡流管热管108外侧，可以通过提高涡流管热管108传热系数K、提高换热面积F和提高涡流管管内外侧温差Δtm实现。涡流管热管108外壁可以设置成不同的形状来提高换热面积F，增强热管热气流能量向外界散失。涡流管热管108应优先选用导热系数较高的材料(如纯铜)来提高涡流管热管108传热系数。其中，涡流管热管108内径直径应该满足1.8d11<d18<2.2d11；涡流管热管108长度应该满足20d18<l12<60d18。
如图8(a)所示，涡流管热管108外部为光管，不经过特殊加工，涡流管热管108外侧的换热面积较小，加工工艺简单。
如图8(b)所示，涡流管热管108外部通过加工螺纹来提高热管108外侧的换热面积，加工工艺较为简单。
如图8(c)所示为涡流管热管108实施例3，与涡流管热管108实施例2相同原理，通过在涡流管热管108外加装肋片，增大热管与外界的换热面积。肋片形状可以为直肋、斜肋等，优先加装高肋片。但是安装肋片，虽然在一定程度上增大了换热面积，但是成本要高，工艺较为复杂。
其中当选用带水箱109的超音速喷嘴涡流管系统时，即选用超音速喷嘴涡流管系统实施例1(结合图2)，此时α1i≤α1w，应该优选第一涡流管热管10801和第二涡流管热管10802，因为涡流管热管108外侧换热系数要远远大于管内侧换热系数，增大管外换热面积对涡流管热管108整体传热影响效果不大，此时选用第一涡流管热管10801和第二涡流管热管10802，加工工艺较为简单，热管散热性能达到较佳状态。
涡流管热管108整体传热系数计算以热管内表面积为准：
其中当选用不带水箱109的超音速喷嘴涡流管系统时，即选用超音速喷嘴涡流管系统实施例2(结合图3)，此时α2i≥α2w。此时增大换热系数较小的一侧换热面积，能显著增强涡流管热管109的传热效果。所以此时应该优选第二涡流管热管10802和第三涡流管热管10803。其中第二涡流管热管10802相对比第三涡流管热管10803，换热面积较小，传热效果较差，但加工工业较为简单。
涡流管热管整体传热系数计算以外表面为准：
式中，K——热管整体传热系数,α1——管内侧换热系数，W/(m2·℃)；α2——管外侧换热系数，W/(m2·℃)；rs,1——管内壁的污垢热阻，m2·℃/W；rs,2——管外壁的污垢热阻，m2·℃/W；δw——管壁厚度，m；λw——管材的导热系数，W/(m2·℃)；dm——管子的平均直径，
如图9所示，为冷流比调节阀111、O型密封圈112及弹性挡圈113装配图，可以通过控制冷流比调节阀111控制热流体通流面积，控制热流体流出的流量，进而控制冷流体返回的流量，控制冷流体与总气体的比例。冷流比调节阀包括螺柱11101、螺母11102两部分组成。其中螺柱上开有两个槽分别安装弹性挡圈113和O型密封圈112。弹性挡圈113是为了防止冷流比调节阀111过度调节旋出热气出口三通110；O型密封圈112有两部分作用，第一，O型密封圈能够有效的阻止气体的外漏；第二，O型密封圈由于受到压缩使螺柱与热气出口三通存在一定的阻尼，能够有效减小控气阀因受气体冲击作用而发生震动从而松动，起到定位作用。冷气比调节阀螺母1102与冷气比调节阀螺柱配合11101使用，起到定位防松作用。其中，冷流比调节阀111为平端面型，有利于强制涡的回流。冷流比调节阀锥角应该满足
如图10所示，为纳米流体微量润滑供给系统(MQLSS)各零件的爆炸图。MQLSS目的是为了将纳米流体变为固定压力、脉冲可变、液滴直径不变的脉冲液滴，通过输油管从外混合喷嘴处喷出，被高速低温气体雾化喷射到磨削区。
如图11(a)、11(b)所示，凸轮轴227通过凸轮键226与联轴器232相连进而与电磁调速电动机231相连，凸轮轴227安装在轴承支座229上，活塞225与凸轮轴通过活塞弹簧220进行力闭合，固定板206与上箱体205通过固定板内六角螺钉207固定，同时与泵体209通过泵体定位螺钉219固定，第二快速插头218与泵体209螺纹连接，第一快速插头212与油杯211螺纹连接，带有开关的导油管213、214两端分别插入到第一快速插头212和第二快速插头218进行导油。进一步地，固定板206与泵体209之间设有固定板垫片208进行减震，上箱体205和下箱体230之间设有箱体垫片202进行紧固密封。泵体209内部安装部分下段进行详细叙述。
如图12(a)、图12(b)所示，活塞225上装有第一星型密封圈221、第二星型密封圈222、第一Y型密封圈223、第二Y型密封圈224及活塞弹簧220。活塞整体安装在泵体209内。泵体209一侧安装单向阀堵头216、单向阀弹簧215。出油口210与泵体209通过出油口定位螺钉217连接定位。单向阀弹簧215一端套在单向阀堵头216上，另一端镶嵌在出油口210弹簧槽内，防止单向阀堵头216径向移动。第一星型密封圈221和第二星型密封圈222密封油腔的油，防止油的泄露。第一Y型密封圈223唇口朝向油腔的方向进一步密封油的泄露，第二Y型密封圈224唇口朝向外界防止外界杂质进入泵体209内。活塞弹簧220始使活塞225与凸轮轴227贴合，能够稳定的供油。当活塞225每进行冲程一次，活塞运动腔20901内空气通过第一壳体泄气孔20902和第二壳体泄气孔20902被排出到界外，第一供油腔20904和第二供油腔20905的中带有一定压力的油，克服单向阀弹簧215的阻力被挤压到单向阀腔20906内，接着通过出油口210经过输油管道413在低温油气外混合雾化喷嘴4外部被低温气体雾化喷射到加工区域。当活塞225每进行一次回程，单向阀堵头216由于单向阀弹簧215的弹力堵住第一供油腔20904和第二供油腔20905，防止油的回流。此时第一供油腔20904和第二供油腔20905内的压强小于外界压强，油被吸入到各供油腔内，完成一次供油。
如图13(a)、图13(b)、图13(c)、图13(d)所示，泵体209设有活塞运动腔20901、泄气孔120902、泄气孔220903、第一供油腔20904、第二供油腔20905、单向阀腔20906、出油口定位孔20907、第二进油口20908、第一进油口20909、泵体固定螺纹孔20910、第一供油腔流道20911。第一泄气孔20902和第二泄气孔20903起到泵体209泄气作用，否则气体排不出来，活塞运动腔20901内气体压强急剧增大，有可能导致泵体209整体脱离固定板206。第一供油腔流道20911将第一供油腔20904和单向阀腔20906联通。泵体第二进油口20908设置在第二供油腔20905上，活塞225回程结束后，直径为d22的活塞段应该在进油口220908下方，留出进油口220908以便吸油。并且，密封圈不应移出各腔，防止密封圈频繁的进出各腔，导致密封性能下降；当活塞225冲程结束后，活塞顶端应该越过第二进油口20908，在第二进油口20908的上方，防止把油压到第二进油口20908中，各台阶不应与泵体209相撞，留出足够的间隙。同理，直径为d21的活塞段与第一进油口20909工作过程相同。
如图14所示，活塞225上设置有4个密封圈槽22501、22502、22503和22504，分别安装第一星型密封圈221、第二星型密封圈222、第一Y型密封圈223、第二Y型密封圈224。第一供油部分活塞杆直径为d22，第二供油部分活塞杆直径为d21，根据活塞杆直径的不同提供不同的供油量。忽略活塞225与泵体209之间的间隙，当电动机231的转速n固定，活塞冲程距离l21时，当只开第一进油口20909的导油管控油开关214，每小时消耗Q1油量。当只开第二进油口20908的第二导油管控油开关213，每小时消耗Q2油量，当两个控油阀213和214全打开时，消耗Q3油量。
如图15所示，出油口210部分包括出油口流道21001、单向阀弹簧槽21002、螺纹定位孔21003。出油口210可以设置多个出油口流道21001，根据实际需要通过拆装出油口定位螺钉217来更换出油口210来选择合适的出油口流道21001的数量。进一步地，出油口流道21001应圆形等距分布，使纳米流体均匀的进入各流道。
如图16所示，固定板206底部开有2个阶梯孔20601，侧面开有1个阶梯孔20602，阶梯孔20601内装有固定板内六角螺钉207来固定固定板206和上箱体204，阶梯孔20602内装有泵体定位螺钉218，来固定固定板206和MQLSS泵体209(结合图11(a))。进一步地，在固定板206底部开有半圆型孔用来穿过活塞225和凸轮弹簧220。进一步地，固定板206需要两个对称配合安装。进一步地，固定板206和上箱体205固定后，在两块固定板206上方安装固定板垫片208，对泵体进行减震。
如图17、图17(a)所示，上箱体设有法兰孔20501和螺纹孔20502，法兰孔20501通过螺栓204、螺母垫片203、螺母201与下箱体230固定。螺纹孔20502通过固定板内六角螺钉207使上箱体205与固定板206固定(结合图11(a))。
如图18所示，凸轮22702直接在轴上铣制，凸轮轴227上设有凸轮键槽22701，通过凸轮键226与232联轴器相连。进一步地，根据实际情况，可以在轴上铣制多个凸轮22702组装多个MQSS，并且每个凸轮的升程l21根据实际工况而定，从而实现在固定转速情况下调节提供多路纳米流体，并且每路纳米流体流量可以不同，满足不同工况需求。
如图19和图20所示，MQLSS整体(结合图11(a))由电磁调速电动机231驱动，通过控制电动机231的转速来控制MQLSS供油的频率，进而从一方面控制MQLSS单位时间的供油量。其中MQLSS整体和电磁调速电动机231通过联轴器232相连。
图21为GDCV实施例1爆炸图，各零件陈列其中。图22、图24和图25均为GDCV实施例1示意图。气体分配控制阀(GDCV)是利用改变流道通流面积原理来控制气体流量，从而不可避免的造成局部损失，本方案基于闸阀能量局部损失较小原理设计，
GDCV壳体设置2个或4个出气口，同时对应2个或4个控气阀。本方案以分配4个控气阀为例。
如图22所示，控气阀部分又有螺柱30602，第一控气阀螺母30603、第二控气阀螺母30604组成，其中控气阀螺柱30602一端设置有细螺纹，另一端设置有与螺柱同直径球径为d31的半球，并且螺柱30602上开有密封圈槽30601。其中，螺柱30602的螺纹旋向与第二控气阀螺母30604、第一控气阀螺母30603旋向相同。第一控气阀螺母30603能起到定位防松的作用，第二控气阀螺母30604与螺柱30602利用一定的方式(如胶接)固定，防止在调整控气阀306时第二控气阀螺母30604与螺柱30602产生松动。控气阀螺纹均用细牙螺纹，细牙螺纹由于螺距小能够实现微调的作用，并且能够更好的起到气体密封作用；细牙螺纹螺旋升角小更有利于控制阀306的自锁。
如图23(a)、图23(b)、图23(c)所示，首先将控气阀螺柱30602从控气阀接头305旋入，再依次旋入第一控气阀螺母30603和第二控气阀控气阀螺母30604，然后在控气阀螺柱30602上安装O型密封圈307，最后将控气阀接头305、O型密封圈307和控气阀整体306旋入到第一GDCV壳体303内，控气阀接头305和GDCV壳体303之间装有密封垫片2304。最后分别将进气口快速插头301、出气口快速插头309旋入到第一GDCV壳体303中。其中，进气口快速插头301与第一GDCV壳体303之间装有第一密封垫片302,出气口快速插头309与第一GDCV壳体之间装有第三密封垫片308。其中O型密封圈307有三部分作用，第一，O型密封圈307能够有效的阻止气体的外漏；第二，O型密封圈307由于受到压缩使得控气阀螺柱30602与GDCV壳体303存在一定的阻尼，能够有效减小控气阀306因受气体冲击作用而发生震动从而松动，起到定位作用；第三，当控气阀306外旋的时候，O型密封圈307移动到控气阀接头305处，O型密封圈外径大于控气阀接头305内径，不能继续向外移动，防止GDCV控气阀306过度旋出而脱离控气阀接头305。
如图24、图24(a)、图24(b)所示，第一GDCV壳体303的上设置有壳体进气主流道30301、壳体控气阀接口30302、壳体出气口30303、壳体气体分流道30304。其中，壳体气体分流道30304直径为d31，与控气阀螺柱30602半球部分球径d31相等，从而当全部旋紧控气阀306时，使得控气阀306与壳体气体分流道30304紧密结合，防止气体泄露。
进一步地，壳体进气口主流道30301为圆形通道，气体分流道30304沿中心等分均匀圆形布置，使进入的气体均匀的进入到各流道30304；控气阀306分布在壳体的左右两个面上。
如图25所示，控气阀接头305上设置外螺纹30501和内螺纹30502，外螺纹30502与GDCV壳体303连接，内螺纹30502与GDCV控气阀螺柱30602连接。
如图26所示，图26为GDCV实施例2爆炸图，各零件陈列其中。图22、图25、图27、图27(a)、图28和图28(a)均为GDCV实施例2示意图。其中控气阀部分306(图22)、控气阀接头305(图25)与实施例1结构相同。
如图27、图27(a)所示，将进气口端盖312和出气口快速插头309安装到第二GDCV壳体310上。其中，出气口快速插头309和第二GDCV壳体310为螺纹连接，之间有第三密封垫片311。进气口端盖312与第二GDCV壳体310用螺钉314连接，之间有进气口端盖密封垫片311和螺钉垫片313。进一步地，壳体进气口主流道为矩形通道，气体分流道在矩形主流道上等距分布；控气阀306集中分布在壳体的一个面上。
如图28、28(a)所示，控气阀部分306和控气阀接头305安装和实施例1图23(c)安装方法相同。不做重复赘述。
如图29所示，为低温油气外混合雾化喷嘴(简称喷嘴)爆炸图，各零件陈列如图。
如图30、图30(a)所示，喷嘴气体进入管406和蛇形管409螺纹连接，喷嘴套筒402与气体进入管406螺纹连接，输油管413与喷嘴喷针401过盈连接，锥形管403与保温管405间隙配合连接，喷嘴喷针401与锥形管403间隙配合连接。保温管405在气体进入管406和喷嘴套筒402内部，输油管在保温管内405部。保温管405和气体进入管406之间设有第一喷嘴密封垫片组合407和第二喷嘴密封垫片组合408，保温管405与喷嘴锥型管403设有喷嘴密封垫片404，蛇形管409通过喷嘴固定块411、412进行固定安装到加工区域。
如图31所示，喷嘴喷针401中间设置有台阶，来使喷嘴喷针401和喷嘴锥型管403定位。
如图32(a)、图32(b)、图32(c)所示，喷嘴锥型管403设置有喷针通道40301、锥形管肋板通气孔40302、锥形管肋板40303。其中，锥形管肋板40303与喷嘴套筒402连接对保温管405起到一定支撑作用。锥形管肋板通孔40202使低温气体通流。为了使锥形管肋板40303能够更稳定支撑应至少设置3个。锥形管角度γ1应满足3°≤γ1≤15°。
如图33所示，喷嘴套筒锥形部分角度应与喷嘴锥型管403角度相同。其中喷嘴套筒平直部分内径d42>d41，更好的对喷嘴套筒402进行装配。
如图34所示，进气管设置有第一进气管台阶40601、第二进气管台阶40602、进气通道40603。第一进气管台阶40602用于第一喷嘴密封垫片组合407的定位，第二进气管台阶40601用于第二喷嘴密封垫片组合408的定位。进一步地，20°<γ2<40°。
如图35(a)、图35(b)所示，第一喷嘴固定块412和第二喷嘴固定块413中间都有半六边形孔，并且第二喷嘴固定块413设有螺纹孔。第一喷嘴固定块412和第二喷嘴固定块413两个半六边形孔组合来装夹六边形蛇形管螺母，并用固定块内六角螺钉410夹紧固定蛇形管409，从而固定喷嘴4整体。喷嘴固定块可以采用金属等磁性材料，够吸附在加工区域附近磁盘上。
本方案具体工作过程如下：
超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统由低温气体产生装置1、纳米流体微量润滑供给系统2、气体分配控制阀3和低温油气外混合雾化喷嘴4四部分构成。
当使用该系统对工件进行磨削时，首先打开电磁调速电动机231。因为MQLSS出油口210与低温油气外混合雾化喷嘴喷针401之间通过长长油输送管道413相连，所以先打开MQLSS进行供油充满输油管道413，在此操作过程中，应同时开启MQLSS带开关的导油管213和214，提高电动机231的转速，加快供油节约供油预备时间，提高加工效率。MQLSS由电磁调速电动机231驱动，电动机231每转动一圈带动凸轮轴227旋转一圈，凸轮进行一次冲程回程运动，完成一次供油。MQLSS通过调节电动机转速231和开启关闭MQLSS带开关的导油管213、214实现油量的控制。优先调节MQLSS带开关的导油管213、214对供油量实现3级调节，若不能满足供油要求，则调节电动机231转速，改变供油频率。MQLSS系统优先选用电动机低频工作，这样不仅能节约电动机的电能而且还能够有效的减小凸轮轴227和MQLSS活塞225之间的磨损、密封圈与MQLSS泵体209之间的磨损。
在MQLSS提供的纳米流体从喷嘴4喷出之后，打开空气压缩机，经过普通降温、过滤、干燥后的纯净气体进入涡流管内，经过涡流管1能量分离后，温度迅速降低，从涡流管1内喷出，通过保温管道输送到气体分配阀3中，通过调节气体分配阀3的控制阀部分306来改变气体流通面积起到控制气体流量的作用。
低温冷气从喷嘴4的进入管406通入，MQLSS供给的纳米流体通过输油管413从喷嘴喷针401排出，与低温气体在喷嘴4外部混合，喷嘴成锥形喷射气体，在气体聚焦处使纳米流体雾化，低温气体携带雾化后的细小油滴穿过砂轮楔形气障层喷射到磨削区。
涡流管制冷机理：
涡流管，是一种将压力能转变为速度能，再通过涡流变化将进气流分为总温不等的冷热两股气流的分离装置。高压气体经过涡流管气体温度分离实现制冷，主要分为两个部分：一是喷嘴制冷，二是涡流室制冷。
高压气体在涡流管进行的是三维可压缩紊流流动，气体在经过喷嘴绝热膨胀，温度降低，达到热力学温度最低点。在这个过程喷嘴制冷看看做是动态节流过程。节流过程可以忽略气体速度的影响，因为涡流管内气体速度很高，不可忽略，所以认为是动态节流过程。
经过喷嘴制冷之后，气体分为两部分：短路流和循环流。气流沿切向进入涡流室，由于惯性和虹吸作用，分离孔板壁面的部分气流不经过能量分离口直接进入冷端出口，形成短路流。中心处的气旋气流在向冷端出口运动到涡流室附近时，由于入口分离板的孔径影响不能完全通过，部分气流向外层反流形成循环流。循环流促进了涡流能量的分离，短路流具有较低的温度使制冷效果增强。
循环流在向热端口流动的过程中，分离室又分离成两个区域：自由涡流区和强制涡流区。在外侧为自由涡流气体，由于离心力和管内压力差作用，自由涡气体沿着管壁轴向做类似阿基米德螺旋线运动，气体旋转速度特别高，气流为紊流流动。在管壁面流速为0，所以在管壁处速度梯度较大，动能迅速损耗与管壁摩擦生热，沿轴向速度越来越小，温度越来越高。自由涡在调节阀附近，由于在分离过程中，管壁摩擦阻碍及其调节阀阻碍，在热端出口气体几乎停止旋转，只存在轴向的流动。
在内层强制涡流内，由于冷孔端与调节阀存在压力差，部分气流经过调节阀阻挡开始沿中心轴向逆流，在外层自由涡强烈的摩擦力作用下产生强制涡(此时能量由外部向内部流动)。强制涡需要克服离心力，气体分子从低位能向高位能运动，使气体分子的平均动能转化成分子的位能。气体平均动能减少，温度降低
由于离心力作用，自由涡在轴向膨胀径向压缩，自由涡径向压缩，导致强制涡径向膨胀，对自由涡做功，温度降低。此外，强制涡在轴向因为流动方向相反，对自由涡起到制动作用，强制涡对自由涡做功，温度降低，强制涡在轴向膨胀，温度降低。
综上可述，提高涡流管的制冷性能可以通过提高涡流管喷嘴出口速度、涡旋强度和涡流室能量分离程度实现。但是在实际实验中发现，当喷嘴出口马赫数达到0.9之后，涡流管整体制冷效果不会再有很大变化，分析是因为气体在高马赫数下造成气体的拥塞现象，在普通的渐缩型流道，气体一直处于亚音速状态，速度最高可实现音速即马赫数为1，出现气体拥塞现象，增大了能量的损失。
本方案设计为超音速喷嘴涡流管，使涡流管喷嘴出口速度达到超音速，避免了压缩气体发生拥塞现象。此外，气体中心流线设计为不同的基础线型，进一步提高涡旋强度，从而使气体在喷嘴部分更高效的实现温度的分离。然后，本方案在涡流管热管也进行了改进，通过多种措施强化涡流管热管的换热能力，促进自由涡能量向外界散失，减少自由涡向强制涡的热传导，从而强化涡流室能量分离能力。
纳米流体微量润滑供给系统供油及流量调节机理：
纳米流体微量润滑供给系统主要是靠电动机带动凸轮轴旋转，进而驱动凸轮活塞实现活塞与MQLSS泵体产生相对运动，当MQLSS活塞冲程时把MQLSS泵体各供油腔里的油排出去，当MQLSS活塞回程时在MQLSS泵体各供油腔形成真空将进油口的油吸到供油腔以备下一次供油。
忽略MQLSS活塞与MQLSS泵体之间的间隙，当电动机的转速n固定，活塞冲程距离l21时，当只开进油口1的导油管控油开关1，每小时消耗Q1油量。当只开进油口2导油管控油开关2，每小时消耗Q2油量，当两个控油阀和全打开时，消耗Q3油量。其中：
式中，Q——单位时间内供油量，ml/h；n——电动机转速，r/min；d——活塞杆直径，mm；l21——凸轮升程，mm。

Claims (8)

1.一种超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，其特征在于，包括低温气体产生装置、纳米流体微量润滑供给系统、气体分配控制阀和至少一个低温油气外混合雾化喷嘴，其中：
所述低温气体产生装置包括依次设置在进气套筒内的涡流管喷嘴、蜗壳导流和涡流管热管；所述进气套筒的一端设置有密封端盖，所述涡流管喷嘴的喷嘴出气管从所述密封端盖穿出；所述涡流管喷嘴的进气端设置有与所述喷嘴出气管气路相通的喷嘴流道槽，以使压缩空气经过所述喷嘴流道槽从喷嘴出气管喷出；所述蜗壳导流的一端与所述进气套筒的压缩空气进气口相连通、另一端与所述喷嘴流道槽相连通；所述涡流管热管从所述进气套筒的另一端的端面穿出，且所述涡流管热管与所述喷嘴流道槽相连通；穿出进气套筒的涡流管热管的一端设置有气路相通的出气口三通，所述出气口三通的一个通口内设置有冷气比例调节阀；
所述气体分配控制阀的进气口快速插头与所述涡流管喷嘴的喷嘴出气管通过保温管道相连通；所述气体分配控制阀的出气口快速插头数量与所述低温油气外混合雾化喷嘴的数量相匹配，且所述出气口快速插头分别与相应的低温油气外混合雾化喷嘴气路通过保温管道相连通；
所述纳米流体微量润滑供给系统包括设置在箱体内的凸轮轴、泵体，所述凸轮轴通过凸轮轴键与电磁调速电机相连接；所述泵体内部依次设置有相互连通的壳体活塞腔、进油腔和单向阀腔；活塞的一端与所述凸轮轴上的凸轮相抵接、且与泵体的底面通过凸轮弹簧相连接，另一端伸入泵体的壳体活塞腔内，且能够相对于泵体活动；所述进油腔通过进油口与油杯管路相通；所述单向阀腔与出油口相连通；所述出油口的数量与低温油气外混合雾化喷嘴的数量相匹配，且所述出油口分别与相应的低温油气外混合雾化喷嘴管路相通；
所述蜗壳导流的外径与进气套筒的内径相同，所述蜗壳导流的内壁截面线型为阿基米德螺旋线；
所述喷嘴流道槽中心线包括等角螺线、阿基米德螺旋线和矩形线型中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，其特征在于，所述低温气体产生装置还包括水箱；其中，所述水箱套设在所述涡流管热管的外壁上；所述水箱设置于所述进气套筒和出气口三通之间，所述水箱的一端的端面通过密封垫片与进气套筒的一端的端面紧密接触，所述水箱的另一端的端面与出气口三通的一端的端面紧密接触、且内壁通过Y型密封圈与涡流管热管的外壁紧密接触。
3.根据权利要求1所述的超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，其特征在于，所述涡流管喷嘴包括喷嘴凸台、喷嘴圆盘和喷嘴出气管；其中，所述喷嘴圆盘的内部设置有冷气通道；所述喷嘴凸台设置在所述喷嘴圆盘的一端的端面上，所述喷嘴凸台中心设置通孔，所述通孔的内壁上设置有喷嘴流道槽，所述喷嘴流道槽将所述通孔内腔分为多个涡流室，所述喷嘴凸台的外壁上设置所述蜗壳导流；所述喷嘴出气管设置在喷嘴圆盘的另一端的端面上，且所述喷嘴出气管的内径沿气体传输方向逐渐增大；所述喷嘴流道槽、所述冷气通道以及所述喷嘴出气管气路相通。
4.根据权利要求1所述的超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，其特征在于，所述涡流管热管的外壁上设置有螺纹；或者，所述涡流管热管的外壁上均匀设置有多个肋片。
5.根据权利要求1所述的超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，其特征在于，所述冷气比例调节阀包括螺柱和与所述螺柱相匹配的螺母；所述螺柱为平端面锥型螺柱，所述螺柱的锥角介于35°至55°之间；所述螺柱上靠近螺柱锥角的位置设置有弹性挡圈、远离螺柱锥角的位置设置有O型密封圈。
6.根据权利要求1所述的超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，其特征在于，所述气体分配控制阀包括壳体；所述壳体内部设置有多个相互独立的壳体气体流道，各个所述壳体气体流道均与进气口快速插头和出气口快速插头相连通；每个壳体气体流道管路上均设置有控气阀，所述控气阀能够垂直于所述气体流道活动。
7.根据权利要求1所述的超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，其特征在于，所述低温油气外混合雾化喷嘴包括蛇形管、喷嘴气体进入管、保温管、喷嘴锥型管、喷嘴套筒和喷嘴喷针；其中，所述蛇形管的一端与所述喷嘴气体进入管的一端螺纹连接，所述喷嘴气体进入管的另一端与所述喷嘴套筒的一端螺纹连接；所述喷嘴套筒内沿气体喷出方向依次设置有喷嘴锥型管和喷嘴喷针，所述喷嘴喷针的一端与所述喷嘴锥型管的锥型端相连通；所述喷嘴锥型管的平面端外壁上还设有锥形管肋板，所述锥形管肋板上设置有至少一个锥形管肋板通气孔；所述保温管设置在所述喷嘴气体进入管内，且所述保温管的一端与所述喷嘴锥型管的平面端相连通，保温管的另一端压紧在所述喷嘴气体进入管的第二台阶上；输油管的一端穿过所述保温管的管路与所述喷嘴喷针相连通，另一端穿过所述蛇形管的管路与纳米流体微量润滑供给系统的出油口相连通。
8.根据权利要求7所述的超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统，其特征在于，所述喷嘴套筒锥型端的角度与喷嘴锥型管锥型端的角度相同，且所述喷嘴套筒平直部分的内径大于喷嘴锥型管平直部分的内径。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018126521A1 (zh) * 2017-01-04 2018-07-12 青岛理工大学 超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统
CN107263203A (zh) * 2017-08-02 2017-10-20 上海金兆节能科技有限公司 一种冷气微量润滑系统
CN108182333A (zh) * 2018-01-22 2018-06-19 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 用于尾气后处理的通孔式载体阻力系数计算方法
CN109482380B (zh) * 2018-12-24 2023-11-21 亿川科技(成都)有限责任公司 一种混流式多级蒸汽雾化喷嘴
CN112555237A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 中国石油大学(华东) 一种涡流管诱发激波水合物抑制装置
CN113043163A (zh) * 2021-03-08 2021-06-29 天津职业技术师范大学(中国职业培训指导教师进修中心) 纳米流体连续可控内喷低温烧结砂轮磨削系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3790334B2 (ja) * 1997-08-21 2006-06-28 三菱重工業株式会社 管内面処理装置及び管内面処理方法
CN2502211Y (zh) * 2001-10-29 2002-07-24 裕祥精机工业股份有限公司 热交换器
CN2884054Y (zh) * 2006-02-13 2007-03-28 王传松 涡流管制冷器
CN201102158Y (zh) * 2007-11-02 2008-08-20 熊伟强 干式切削冷却器
RU2355548C1 (ru) * 2007-11-07 2009-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Устройство для охлаждения зоны резания металлорежущего станка
CN102275088B (zh) * 2010-06-12 2013-07-24 成都三洪商贸有限公司 低温雾化润滑冷却系统
CN102501132B (zh) * 2011-12-26 2014-04-16 东莞市安默琳节能环保技术有限公司 一种低能耗的低温复合喷雾切削系统
CN204818954U (zh) * 2015-07-30 2015-12-02 浙江流遍机械润滑有限公司 一种刀具切削用微量油气润滑冷却装置
CN206484426U (zh) * 2017-01-04 2017-09-12 青岛理工大学 超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统

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Assignee: Shenyang Hongyang Precision Ceramics Co., Ltd.

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