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什么是动态超高压微射流？

为什么动态超高压微射流均质机比传统高压均质机均质效果更加好？

动态超高压微射流技术（dynamic high pressure microfluidization，DHPM）,是一种*的高压加工技术, 它以超高压理论、流体力学理论、撞击流理论为基础, 集输送、混合、超微粉碎、加压、膨化等多种单元操作于一体, 能对流体混合物料进行强烈剪切、高速撞击、压力瞬时释放、高频振荡、膨爆和气穴等一系列的综合作用, 从而起到很好的超微化、微乳化和均一化效果。动态超高压技术代表着一种重要的创新因为它能被用于改变乳状液或生物高聚物, 并且能应用在工业生产上。

动态超高压微射流技术应用原理

动态超高压微射流是一种特别形式的超高压均质技术,动态超高压微射流均质机是在动态超高压微射流技术基础上发展起来的,以实现物料的乳化、均质为主要目的一种技术装备。动态超高压微射流均质机主要是由液压泵和撞击腔所组成。它利用液压泵所产生的高压,使撞击腔内的流体被分散成两股或更多股细流,并在极小空间内进行强烈的高速撞击。在撞击的过程中瞬间转化其大部分能量,产生巨大的压力降,从而使得液体颗粒高度破碎。它是集输送、混合、超微粉碎、加压、加温、膨化等多种单元操作于一体的一门全新技术。主要适用于流体混合物料液一液相或液一固相的剪切、破碎、均质和膨化。在这种均质过程中, 剧烈的处理条件如液体高速撞击、高剪切、空穴爆炸、高速振荡等作用可能会导致大分子结构的变化, 从而引起物料的物理性质的变化。

1.微射流均质腔均质原理

物料通过柱塞泵吸入，在柱塞和单向阀共同作用下进入微射流均质腔，物料经过特别孔径的微射流腔体，产生超高压破碎效应。在介质选定的情况下，转速越大，流速越大，均质压力高

2.微射流均质腔的原理

由于高压均质腔的内部具有特别设计的几何形状，因此在增压机构的作用下，高压溶液快速的通过均质腔，物料会同时受到高速剪切，高速撞击，空穴现象以及对流撞击等机械力作用和相应的热效应，由此引发的机械力学效应可诱导物料大分子的物理、化学及结构性质发生变化，以达到均质的效果。

3.微射流型号参数

实验室专用型（适合：生物，医药，食品，化工，纳米悬浮液。。。等行业）

技术性能

★ 设计压力0-3500bar(350Mpa/50750psi)
★ 工作压力0～3000bar(300MPa/43500psi)
★ 工作流量2.6L/h
★ 最小处理量：5ml
★ 进料粒径≤300um
★ 进料黏度≤2000cp
★ 工作温度≤ 90℃

★ 均质样品温度可控制 ≤ 4～10℃

★ 均质阀组件为人造金刚石材质，耐压，抗磨
★ 泵体为分体式设计，易拆卸，易清洗
★ 整机为GMP设计，可在线进行SIP/CIP操作
★ 具有超高压设计，压力可达3500bar/50750psi
★ 高压微射流均质阀设计，氧化锆高抗磨材质阀组件
★ 数字式压力显示，计算到1 bar

★ 在线排空，内部可达到零残留，不消耗物料

★ 物料可在高压下暂停，走空，断料后自动关机。
★ 动力端配置大功率电机，保证高压下稳定工作
★ 特别进料阀设计，无需排气，可直接进料
★ 物料残留量为零，特别适合原辅料昂贵的产品研发
★ 整机拥有知识产权保护
★ 通过欧盟CE机械安全认证

★ PLC自动化智能控制系统，配有数据USB接口,可实时监控曲线图。

特点：

1、关机不用刻意旋动手柄泄压，本设备内部自动泄压。

2、整机使用液压系统作动力，高压稳定。

3、整机采用高压金属密封为主，无泄漏，工作时间长。

4、高压下可暂停，走空，加入物料后无需排气，可正常工作。

4、物料走空后可自动关机。

5、可实时监控，拷贝曲线图。

6、均质过程易产生高热量的部件全程处于低温冷媒控制中（4-10度之间）。

7、可24小时高压开机工作。

8、PLC自动预设调压，无需手动加压。

微射流是在超高压(310MPa)的压力作用下，经过孔径很微小的阀心，产生几倍音速的流体，从而达到分散，均质，乳化，纳米颗粒等等。

工作原理：

物料流经单向阀后，在高压腔泵里加压。通过微米级的喷嘴，以亚音速撞击在乳化腔上，同时通过强烈的空穴，剪切效应，得到足够小而均一的粒径分布。 产品优势： 电液传动，在保证可靠性的同时，特别的腔体构造，使均质压力可达3100bar，可靠解决颗粒的纳米级分散； 并可循环均质。 喷嘴核心材料为金刚石，同时采用金属锥面密封，在承受超高压力的同时，保证密封性，延长使用寿命。 主要应用： 脂肪乳、脂质体、纳米混悬液的制备； 细胞内物质的提取（细胞破碎）； 食品、化妆品的均质乳化； 新能源产品（石墨烯电池导电浆料、太阳能浆料）

概述

微射流特指不需要额外的流源，射流的形成直接来源于周围流体。该项技术早在20世纪70年代提出，但直到90年代才得到充分研究。微射流的形成主要有两种形式，一种是由仅在一个侧面上开有微小孔的封闭腔体形成射流作动器，工作时开孔相对的侧面产生振动，外界流体便会经由开孔不断进入、排出腔体，形成微射流；另一种为直接将振动膜片放入环境流体之中，膜片振动时只要其振幅足够大，也会沿膜片法线方向形成射流。两种形式中，振动的产生又可分为电磁机械式、静电式和压电式。

微射流作动器原理

GlezerA等人研制成功的微射流作动器及其形成的微射流流场示意图。

整个作动器的结构尺寸很小，它采用微电子制造技术，在硅基或其他材料上整体加工而成。作动器腔体深度仅为几十微米，射流出入口处长度为几百微米，开孔平面为0.5mm宽×75mm长的窄缝。腔体的金属振动薄膜由圆状压电陶瓷片驱动。作动器开始工作时，在其上加上周期性变化的电压信号，压电陶瓷片就驱动腔体金属薄膜产生振动。以作动器在空气中工作为例，当薄膜沿x反向振动时，腔体内气体压强降低，外界气体经开孔进入腔体；当薄膜沿x正向振动时，腔体内气体受到压缩，又会经由开孔排出腔体。在此过程中，开孔处气流受到强烈的剪切作用，因而在出口锐缘处发生分离(流动由贴体进入腔体转向为流向环境)，进而卷起形成两列旋涡；而旋涡一经形成，就会向下游迁移。在迁移过程中，旋涡对的能量不断耗散，其相干结构逐渐消失，从而演化为散乱的湍流流动，直至与环境气体融为一体。周期性的薄膜振动不断产生旋涡对，并重复演化过程，从而形成微射流。微射流在x-y平面上的速度分布如图1上方的曲线所示。在旋涡对经过的途中，会伴随产生流动压强降低的区域(卷吸场)。

微射流作动器及其形成的微射流流场的特点

a.微射流作动器结构微小，质量也很小，因而具有很广的用途。但其加工要涉及微电子制造技术，常规机械制造无法完成。

b.与常规的连续射流相比，微射流是有间隔的流动。它的净质量流率为零，动量不为零。其实质是旋涡对的生成、迁移和耗散。只是由于这一系列过程进行的频率很高，宏观表现类似于常规射流而已。

c.微射流流动中伴随有卷吸场产生，这也是其不同于常规射流的特征所在。

d.微射流的能量水平(旋涡对强度)不仅取决于金属薄膜振动所消耗的电能功率，而且还与驱动信号的频率及作动器腔体的结构设计等有关，因此有可能消耗极少量的电能功率来获得很强的微射流强度。

微射流之间的相互作用

形成零净质量流率微射流时，在作动器出口附近会产生强烈的卷吸场，这一点可从两相邻的微射流相互作用看出图2。其中两射流雷诺数均为Re=300，正弦电压信号的驱动频率为600Hz，相邻两射流驱动信号的相位差为θ。图2a中，θ=70°，两射流同相，相互作用的结果是两股射流合成为沿x方向加宽的一股。图2b中θ=70°。这样，当一个射流作动器处于排气过程时，另一个尚处于吸气过程；排气过程受吸气过程影响，结果是相位落后的射流发生偏离，流向相位超前的一侧。图2c中θ=130°，两射流的相互作用更为明显，相位落后的射流几乎贴着作动器表面流向相位超前的一方。

微射流技术的应用

气动力控制

微射流技术在气动力控制上的应用结果之一是可提高模型的升阻比。MichaelAmitay等人对2D圆柱体的气动力性能调节进行了全面实验研究。实验在风洞中进行。风洞截面尺寸为0.91m×0.91m；气流雷诺数Re=3×104～1.3×105；流动速度为32m/s。实验模型表面放置零净质量流率的微射流作动器。实验中微射流产生的低压回流区形成一“虚拟面”，使附近的流线偏离未受扰动的边界层，从而使作动器前后模型表面的压强系数显著降低。若在周向放置多个微射流作动器，则使得模型的升力系数提高，阻力系数降低。

气流在薄翼上的分离与再附

应用微射流技术还可完善翼型的失速性能。还是AmitayM等人利用微射流技术对气流在薄翼钝头体上的分离与再附进行了实验研究。薄翼上安放有两个微射流作动器，其出口宽度为0.5mm，两者相距2.5mm。实验结果显示，不使用微射流作动器，当薄翼攻角超过5°时，流动就会分离。而使用微射流作动器对气流进行控制后，在17.5°攻角范围内，气流是附面的，部分地方达到25°附面临界角。由于气流附面区域扩大，使得薄翼的升力提高、压差阻力下降，而且通过控制气流分离点位置，薄翼的失速性能变得更加好。

SeifertA等人还在飞行马赫数下，采用微射流技术，对推迟气流在机翼上的分离点位置进行了实验研究。实验中微射流作动器工作频率为800Hz。结果显示，在低马赫数下(可认为气流不可压缩)，机翼升力系数可提高15%，失速后升力可提高50%，阻力降低50%，而且机翼尾迹区气流变得较为平稳。在高马赫数条件下(要考虑气流的可压缩性)，机翼性能的变化非常复杂。由于微射流的存在，机翼边界层内气流加速，分离点位置退移，这是有利的一面，但对于高速可压缩流微射流的控制效果不理想。对于跨音速流动，虽然微射流对提高机翼升力不明显，但可显著缓和其颤震现象。

增强混合

大量微尺度的微射流旋涡元与射流相互作用还可增强主流的混合。DavisSA等人利用微射流技术对增强喷液射流(主流)的混合过程进行了实验研究。实验中喷液孔直径为25.4mm，出口速度为11.4m/s，雷诺数为ReD=19000。喷液孔周围放置9个微射流作动器，微射流流动方向可调整为平行或垂直喷液孔轴线。微射流作动器开口宽度0.5mm×9mm，工作频率为1.2kHz，微射流出口速度为11m/s。实验结果显示，正是因为微射流作动器的作用，在同样下游位置处，主流剪切边界层沿径向扩展加速；与此同时，沿轴线的流动速度减慢，并且主流近场处的径向波动速度增加了将近10倍；主流较远的下游位置处，径向波动速度减小至低于主流未受控的程度。几方面原因都使得主流的混合程度加强。

控制换热

微射流技术还可应用于冷却之目的并取得显著效果。MarkGillespie研究了使用微射流技术对微电子集成电路进行对流冷却的问题。结果显示，周期性变化的吸入/排出微射流流场显著增强了元器件的冷却效果。在元器件表面温度为100℃时，自然对流散热功率仅为2W，而使用微射流作动器后，功率可达17W。与常规的采用连续射流的散热方式相比，两者消耗同样的能量水平，微射流作动器可增强散热功率200%。鉴于微电子工业领域在元器件生产向小型、微型化发展的同时，其表面的发热热流率变得越来越剧烈，因而微射流技术在此方面的应用具有广阔的前景。