超高壓微(wei)射(she)流(liu)納米均質機

型(xing)號：BY-398MPA

設備簡介：

溫州濱一機械科技有限公司是(shi)專業生(sheng)產超高壓(ya)殺菌設備，主(zhu)要應(ying)用于(yu)食(shi)品、飲(yin)料、醫藥、生(sheng)物技術、化妝品、石(shi)墨(mo)烯(xi)等(deng)材料領域。該設備在國內(nei)許多杰(jie)出(chu)企(qi)業(ye)、大學(xue)以及研究院已得(de)到廣泛應用(yong)。

溫州(zhou)濱一機械科技(ji)有限公(gong)司克服(fu)原(yuan)來材(cai)料(liao)上的瓶頸，制造了目前國(guo)內比較高的壓力微射流設備，最高壓力達到(dao)500mpa，給做(zuo)研究高(gao)科技(ji)工作者施展更(geng)好的(de)空間。

超(chao)高壓(ya)微射(she)流納米(mi)均質機(ji)，BY-398MPA，就是通過增(zeng)壓泵把(ba)液體(ti)輸送到容器里增(zeng)壓到設定(ding)的壓力，瞬間泄(xie)放(fang)經過金剛石均質腔物料以極高(gao)的流速（1200-1800米/秒）噴出(chu)，碰撞在反方(fang)向(xiang)的(de)物料，產生三種效果(guo)①空穴效應(ying)②撞擊效應(ying)③剪切(qie)效應(ying)。經過這(zhe)三種效應(ying)處理(li)后，物料粒徑可均勻(yun)細(xi)化到100nm以下，細胞破碎率大(da)于95%。

技術參數(shu)：

實驗(yan)中試型（可選取金(jin)剛石均質腔，0.05-0.1mm）

工(gong)作壓力：0-500mpa（72500PSI）

工(gong)作流(liu)量(liang)16-36L/N

最(zui)小處理量 100ml

最大進(jin)料物顆粒 300um

最大進料粘度≤2000cps

均(jun)質溫度可控(kong)制6-90℃

電源使(shi)用380V/50HZ 7.5KW

該設備接觸物(wu)料的(de)材(cai)質都是(shi)經FDA &GMP認(ren)可(ke)，以316L和17-4特殊含金鋼(gang)、超高(gao)分子聚乙烯(xi)和PEEK等，支持CIP。

液壓動力傳輸(shu)，結構(gou)經久耐用，系統異(yi)常急停按鈕。

PLC自(zi)動(dong)控(kong)制系統。

特(te)點：

整機使用液壓系統，高壓穩定。

本設備采用高(gao)壓金(jin)屬密封為主，無泄漏，工作(zuo)時間長。高(gao)壓下暫停，走(zou)空，加入物料無需排氣，即可正常工作(zuo)。物料走(zou)空后可自(zi)動關機，安全保證。

實驗室專用型（適合(he)：生物(wu)，醫藥，食品(pin)，化工，納米懸浮液。。。等行(xing)業）
技術(shu)性(xing)能(neng)

★ 設計壓力0-5000bar(500Mpa/77500psi)
★ 工(gong)作壓力0～4500bar(450MPa/65250psi)
★ 工作(zuo)流(liu)量60L/h
★ 最小處理(li)量(liang)：50ml
★ 最大進料粒(li)徑≤300um
★ 最(zui)大進料(liao)黏度(du)≤2000cp
★ 最高工作溫度≤ 90℃

★ 均(jun)質樣品(pin)溫度可(ke)控制 ≤ 4～10℃

★ 均(jun)質(zhi)閥組件(jian)為100%人造金剛石(shi)材質，耐壓，耐磨
★ 泵體為分體式設計，易(yi)拆(chai)卸，易(yi)清洗
★ 整機為GMP設計，可在線進行SIP/CIP操(cao)作
★ 具有超高壓設計，壓力可達4500bar/65250psi
★ 高(gao)壓(ya)微(wei)(wei)射流均質閥設計，氧化鋯高(gao)耐(nai)磨材質閥組(zu)件
★ 數字式(shi)壓力(li)顯(xian)示，精確到1 bar

★ 在線排空(kong)，內部可達(da)到零殘留，不消耗物料

★ 物料可(ke)在(zai)高(gao)壓下暫停，走空，斷料后(hou)自動關機。
★ 動(dong)力端配(pei)置大功率電(dian)機，保證(zheng)高壓下(xia)穩定工作
★ 特殊(shu)進料閥(fa)設計，無(wu)需排氣，可直接進料
★ 物(wu)料(liao)殘留量(liang)為零，特別適合原輔料(liao)昂貴的產品研發(fa)

★ PLC自動化智能控制系統，配有數(shu)據USB接口(kou),可實(shi)時監控(kong)曲線圖。

特點：

1、關機不用刻意旋動(dong)手柄泄(xie)壓(ya)，本(ben)設備內部自動(dong)泄(xie)壓(ya)。

   2、整機使用液壓系統作動力，高壓穩(wen)定(ding)。

   3、整機采(cai)用高壓金屬密封為主，無泄漏，工作時間長。

   4、高壓(ya)下可(ke)暫停，走(zou)空，加入物料(liao)后無(wu)需排氣，可(ke)正常工作。

   4、物(wu)料走空(kong)后可自動關機，安(an)全保證。

   5、可實時監控，拷貝(bei)曲線圖。

   6、均質過程易產生高熱(re)量的(de)部件全程處(chu)于(yu)低溫冷(leng)媒控制中（4-10度之間）。

   7、可24小時高壓開機(ji)工(gong)作。

   8、PLC自動預設調壓，無需手動加(jia)壓。

微(wei)射流是在超高壓(310MPa)的壓力作用下，經過孔徑很微(wei)小的閥心，產生幾倍音速的流(liu)體，從(cong)而(er)達(da)到分散，均質，乳化，納米顆粒等等。

工作(zuo)原理：物(wu)料流經單向閥后，在(zai)高壓(ya)腔(qiang)泵里加壓(ya)。通(tong)過(guo)微米級的(de)噴(pen)嘴，以(yi)亞音速撞(zhuang)擊(ji)在(zai)乳化腔(qiang)上，同時通(tong)過(guo)強烈的(de)空(kong)穴，剪(jian)切效應，得到足夠小而均(jun)一(yi)的(de)粒徑分(fen)布(bu)。   產(chan)品(pin)優勢： 電液傳動，在(zai)保證安全(quan)性(xing)的同時，獨特的腔體(ti)構造(zao)，使均質壓力最(zui)高可達3100bar，有效解(jie)決顆粒的納米級分散(san)； 并可循環(huan)均質。 噴嘴(zui)核(he)心(xin)材料為金(jin)剛石(shi)，同(tong)時采(cai)用金(jin)屬錐(zhui)面密(mi)封(feng)，在承受超高壓力的同(tong)時，保證(zheng)密(mi)封(feng)性，延長使(shi)用壽命。    主要(yao)應用(yong)： 脂肪乳、脂質體、納米混懸液的制(zhi)備； 細(xi)胞內物質的提取(qu)（細(xi)胞破碎）； 食品(pin)、化(hua)妝品(pin)的均質乳化(hua)； 新能源(yuan)產品(pin)（石(shi)墨烯(xi)電池導電漿料、太陽能漿料）   

概述

微射流特指不需要額外的(de)流源(yuan)，射流的(de)形成(cheng)直接來源(yuan)于周圍流體。該項技術(shu)最早于20世紀(ji)70年代(dai)提出(chu)，但直(zhi)到(dao)90年代才(cai)得到充分研究(jiu)。微(wei)(wei)射(she)流(liu)的形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)主(zhu)要有兩種(zhong)形(xing)(xing)式(shi)，一種(zhong)是由僅在(zai)一個側面上開(kai)有微(wei)(wei)小孔(kong)(kong)的封閉(bi)腔體(ti)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)射(she)流(liu)作(zuo)(zuo)動(dong)器，工(gong)作(zuo)(zuo)時(shi)開(kai)孔(kong)(kong)相對的側面產(chan)生振(zhen)動(dong)，外(wai)界流(liu)體(ti)便會(hui)經(jing)由開(kai)孔(kong)(kong)不斷進入(ru)、排出(chu)腔體(ti)，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)微(wei)(wei)射(she)流(liu)；另一種(zhong)為直(zhi)接將(jiang)振(zhen)動(dong)膜片放(fang)入(ru)環境流(liu)體(ti)之中(zhong)，膜片振(zhen)動(dong)時(shi)只要其(qi)振(zhen)幅足夠(gou)大，也(ye)會(hui)沿膜片法線方向形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)射(she)流(liu)。兩種(zhong)形(xing)(xing)式(shi)中(zhong)，振(zhen)動(dong)的產(chan)生又可(ke)分為電(dian)磁(ci)機械式(shi)、靜電(dian)式(shi)和壓(ya)電(dian)式(shi)。 [1]

微射流作動器原理(li)

GlezerA等人(ren)研制成功的(de)微射(she)流作動器及其形(xing)成的(de)微射(she)流流場示意(yi)圖。

整(zheng)個作動器(qi)的結構尺寸很小，它采用微(wei)電子制造技(ji)術(shu)，在硅基(ji)或(huo)其他材料上整(zheng)體加工而成。作動器(qi)腔體深度僅為幾(ji)十(shi)微(wei)米，射流出入口處(chu)長(chang)度為幾(ji)百(bai)微(wei)米，開孔平(ping)面為0.5mm寬(kuan)×75mm長的窄縫。腔(qiang)體的金(jin)屬振動(dong)薄(bo)膜由圓狀壓電(dian)陶瓷片驅(qu)動(dong)。作動(dong)器(qi)開始(shi)工(gong)作時，在其上加上周期性變化(hua)的電(dian)壓信(xin)號(hao)，壓電(dian)陶瓷片就驅(qu)動(dong)腔(qiang)體金(jin)屬薄(bo)膜產生振動(dong)。以作動(dong)器(qi)在空氣中工(gong)作為(wei)例，當薄(bo)膜沿x反向振(zhen)動時，腔體內氣體壓強降低，外界氣體經開孔進入腔體；當薄(bo)膜沿x正(zheng)向振(zhen)動時，腔(qiang)體內(nei)氣(qi)體受到(dao)壓(ya)縮，又會經由(you)開孔(kong)排出腔(qiang)體。在此過程(cheng)中，開孔(kong)處(chu)(chu)氣(qi)流受到(dao)強(qiang)烈的剪切作用，因而在出口銳緣處(chu)(chu)發生(sheng)分離(流動由貼體進入腔體轉向(xiang)為流向(xiang)環境(jing))，進而卷起(qi)形成兩列旋渦；而旋渦一經(jing)形成，就會向(xiang)下游遷移(yi)。在遷移(yi)過程中，旋渦對的(de)能量不斷(duan)耗散(san)，其相干結構逐漸消失，最終演(yan)化為(wei)散(san)亂的(de)湍流流動，直至(zhi)與(yu)環境氣體融為(wei)一體。周期性(xing)的(de)薄膜振動不斷(duan)產生旋渦對，并重復(fu)演(yan)化過程，從而形成微(wei)射流。微(wei)射流在x-y平(ping)面上的速度分布(bu)如圖1上(shang)方(fang)的(de)曲線(xian)所示。在旋渦對經(jing)過的(de)途中，會伴隨產生一流動壓強降低的(de)區域(卷吸(xi)場)。 [2]

微射流作(zuo)動(dong)器(qi)及其形成(cheng)的微射流流場的特點

a.微射(she)流作動器結構微小(xiao)，質量也(ye)很小(xiao)，因而具有很廣的用途(tu)。但其加工要涉及微電子制造(zao)技術，常(chang)規機(ji)械制造(zao)無法(fa)完成。

b.與常規的(de)連(lian)續射流(liu)相比，微(wei)射流(liu)是有間隔的(de)流(liu)動。它(ta)的(de)凈質(zhi)量(liang)流(liu)率為零，動量(liang)不為零。其實質(zhi)是旋渦(wo)對的(de)生成、遷移和耗散。只是由于(yu)(yu)這(zhe)一系列過(guo)程進行的(de)頻(pin)率很高，宏觀表現類(lei)似于(yu)(yu)常規射流(liu)而已。

c.微射(she)流(liu)流(liu)動中伴隨有卷(juan)吸場產生，這也是其不同于(yu)常(chang)規射(she)流(liu)的特(te)征所在(zai)。

d.微射流的能量水平(旋(xuan)渦(wo)對(dui)強度)不僅(jin)取決于(yu)金屬(shu)薄(bo)膜振動(dong)所消(xiao)耗(hao)的電能功率(lv)，而且(qie)還與驅(qu)動(dong)信(xin)號的頻率(lv)及(ji)作動(dong)器腔(qiang)體的結構設計(ji)等(deng)有關，因此有可能消(xiao)耗(hao)極(ji)少量的電能功率(lv)來(lai)獲得很強的微射(she)流強度。

微(wei)射(she)流(liu)之間的相互作用

形成(cheng)零(ling)凈質量流(liu)率(lv)微射流(liu)時，在作動(dong)器出口附近會產生強烈(lie)的卷吸場，這一點(dian)可(ke)從兩(liang)相鄰的微射流(liu)相互(hu)作用(yong)看出圖2。其中兩射(she)流(liu)雷諾數均為Re=300，正弦(xian)電壓信號的驅動頻率為600Hz，相(xiang)(xiang)鄰兩(liang)射流(liu)驅動信號的相(xiang)(xiang)位(wei)差(cha)為θ。圖2a中，θ=70°，兩(liang)射流(liu)同相，相互作用的結(jie)果是兩(liang)股射流(liu)合成為沿(yan)x方向加寬的一股。圖2b中θ=70°。這樣，當一個(ge)射流作動器處于排(pai)氣過程(cheng)時，另一個(ge)尚處于吸氣過程(cheng)；排(pai)氣過程(cheng)受吸氣過程(cheng)影(ying)響(xiang)，結果是相(xiang)(xiang)位(wei)落后(hou)的(de)射流發(fa)生偏離，流向相(xiang)(xiang)位(wei)超前的(de)一側(ce)。圖2c中(zhong)θ=130°，兩射流的相互作用(yong)更(geng)為明顯(xian)，相位落后的射流幾乎貼著(zhu)作動器表面流向(xiang)相位超前(qian)的一(yi)方。

微射流技術(shu)的應用

氣動力控制

微(wei)射流技(ji)術在氣動力控(kong)制(zhi)上的(de)應用結果之(zhi)一是可提高模型(xing)的(de)升阻比。MichaelAmitay等人對2D圓(yuan)柱體的氣(qi)動力性能調節進行了全面實(shi)驗研究。實(shi)驗在風(feng)洞(dong)中進行。風(feng)洞(dong)截面尺寸為(wei)0.91m×0.91m；氣(qi)流雷諾數(shu)Re=3×104～1.3×105；流動(dong)最大速度為(wei)32m/s。實驗(yan)模(mo)型(xing)表面放置零凈質(zhi)量(liang)流(liu)(liu)率(lv)的(de)(de)微(wei)射(she)流(liu)(liu)作(zuo)動器。實驗(yan)中微(wei)射(she)流(liu)(liu)產(chan)生的(de)(de)低(di)壓回流(liu)(liu)區形成一“虛擬面”，使附近(jin)的(de)(de)流(liu)(liu)線(xian)偏離未受擾動的(de)(de)邊界層，從而使作(zuo)動器前后模(mo)型(xing)表面的(de)(de)壓強系數(shu)顯著降低(di)。若在周向放置多個(ge)微(wei)射(she)流(liu)(liu)作(zuo)動器，則使得模(mo)型(xing)的(de)(de)升力(li)系數(shu)提高(gao)，阻力(li)系數(shu)降低(di)。

氣(qi)流在薄翼上的分(fen)離與再附

應用微射流技術還可(ke)改善翼型(xing)的失(shi)速(su)性能。還是AmitayM等人利用微射流技術對氣流在(zai)薄(bo)翼鈍頭體上(shang)的(de)分離與再附(fu)進行了實(shi)驗研究。薄(bo)翼上(shang)安放有兩個微射流作動器，其出口寬(kuan)度為0.5mm，兩(liang)者相距2.5mm。實驗結(jie)果(guo)顯示，不使用微(wei)射流作動器，當薄翼(yi)攻角(jiao)超過5°時(shi)，流(liu)動就會分離。而使用微射(she)流(liu)作動器對氣(qi)流(liu)進行控制后，在(zai)17.5°攻角(jiao)范圍內(nei)，氣流完全是附(fu)面的，部分(fen)地方達到25°附面臨界(jie)角。由(you)于氣(qi)流(liu)附面區域擴大，使得(de)薄(bo)翼(yi)的升力提(ti)高、壓差阻力下降(jiang)，而且通過控制氣(qi)流(liu)分離(li)點位置，薄(bo)翼(yi)的失速性(xing)能變得(de)更好。SeifertA等人還在飛行(xing)馬赫數下(xia)，采用微射(she)流(liu)技術，對(dui)推遲氣流(liu)在機翼(yi)上的分離點位置進行(xing)了實驗研究(jiu)。實驗中微射(she)流(liu)作(zuo)動器工作(zuo)頻(pin)率為800Hz。結(jie)果顯示，在低馬赫數(shu)下(可認為氣流不可壓(ya)縮)，機翼(yi)最(zui)大升力系(xi)數(shu)可提高15%，失速后升力最大可提高50%，阻力降低50%，而(er)且機翼尾跡區氣流變得(de)較(jiao)為平穩。在高馬赫數條件下(必(bi)須(xu)考慮氣流(liu)的可壓縮性(xing))，機翼(yi)性能的變(bian)化非常復雜。由(you)于(yu)(yu)微射(she)流的存在，機翼(yi)邊(bian)界層內氣流加速(su)，分離(li)點位置退移，這是有利的一(yi)面，但對(dui)(dui)于(yu)(yu)高(gao)速(su)可壓縮流微射(she)流的控制效(xiao)果不(bu)(bu)理想。對(dui)(dui)于(yu)(yu)跨音速(su)流動，雖(sui)然微射(she)流對(dui)(dui)提(ti)高(gao)機翼(yi)升力(li)不(bu)(bu)明顯(xian)，但可顯(xian)著緩(huan)和(he)其顫震現象。 [4]

增強混合

大量微尺度的微射(she)流(liu)旋渦(wo)元與射(she)流(liu)相互作用還可增強主流(liu)的混合。DavisSA等人利用微射流技術對(dui)增強噴液射流(主(zhu)流)的混(hun)合過(guo)程進行了實驗(yan)研究。實驗(yan)中(zhong)噴液(ye)孔直徑(jing)為25.4mm，出口速度(du)為11.4m/s，雷(lei)諾數(shu)為ReD=19000。噴液(ye)孔周(zhou)圍放(fang)置9個微(wei)射流(liu)(liu)作(zuo)動(dong)器，微(wei)射流(liu)(liu)流(liu)(liu)動(dong)方向(xiang)可調整為(wei)平行或垂直噴(pen)液(ye)孔軸線。微(wei)射流(liu)(liu)作(zuo)動(dong)器開口(kou)寬度(du)0.5mm×9mm，工(gong)作頻(pin)率為1.2kHz，微射流出口速度為11m/s。實驗結果顯(xian)示，正是因為微射(she)流作動(dong)器的作用，在同樣下游位(wei)置處，主流剪切邊界層沿徑向(xiang)(xiang)擴展加速(su)；與(yu)此同時(shi)，沿軸線(xian)的流動(dong)速(su)度(du)減慢，并且主流近(jin)場處的徑向(xiang)(xiang)波動(dong)速(su)度(du)增加了(le)將(jiang)近(jin)10倍；主流(liu)較遠的下游位置處，徑向波動速度(du)(du)減小至低(di)于主流(liu)未受控的程度(du)(du)。幾方面(mian)原因都(dou)使得主流(liu)的混合程度(du)(du)加(jia)強。

控制(zhi)換熱

微射流技術還可(ke)應用于冷卻之目(mu)的并取得顯著(zhu)效(xiao)果。MarkGillespie研究了使用微射流技術對微電(dian)子集成(cheng)電(dian)路(lu)進行對流冷(leng)卻(que)的問題。結果顯示，周期性(xing)變化的吸入/排出微射流流場顯(xian)著增(zeng)強了(le)元器件的冷(leng)卻效果。在元器件表面溫度為100℃時(shi)，自然對流(liu)散熱(re)功率僅(jin)為2W，而使用微射流作動器后，最大功率可達17W。與常規的(de)采用連續射(she)流的(de)散熱方式相比，兩者(zhe)消耗同(tong)樣的(de)能量水平，微(wei)射(she)流作動器可增強散熱功率(lv)200%。鑒于微(wei)電子工業領域在(zai)元(yuan)器件生(sheng)產(chan)向小型(xing)、微(wei)型(xing)化發(fa)展的(de)同時，其表面的(de)發(fa)熱熱流率變(bian)得越(yue)來越(yue)劇烈，因而微(wei)射流技術在(zai)此方面的(de)應(ying)用具有廣闊的(de)前景。