【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微混合器领域，涉及一种混合器，尤其涉及一种适用于scco2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，可实现scco2与涂料的高效、均匀、稳定的混合，提高涂料喷涂工艺的效果和环保性能。
技术介绍
1、涂料是一种能够在物体表面形成保护或装饰性的薄膜的材料，广泛应用于建筑、家具、汽车、航空、船舶等领域。涂料的主要组成部分是颜料、树脂、溶剂和助剂，其中溶剂的作用是使涂料具有适当的粘度和流动性，便于喷涂或涂刷。传统的油溶性涂料使用的溶剂主要是挥发性有机物稀料(volatile organic compounds，vocs)，如甲苯、乙酸乙酯、丙酮等。这些溶剂在喷涂后会被直接排放于大气中，对环境产生破坏，影响人们的身心健康。vocs的排放不仅会导致空气污染、温室效应、臭氧层破坏等环境问题，还会引起人体呼吸道、眼睛、皮肤等部位的刺激、过敏、中毒等健康问题。
2、有鉴于此，工业界和科研领域开始探索新的替代技术，以期达到减少或消除vocs排放的目标。超临界co2(supercritical carbon dioxide,scco2)技术因其绿色环保的特性，被认为是有望替代有机溶剂的喷涂新工艺。scco2是指在一定的温度和压力条件下，co2的物理状态介于气态和液态之间，具有高密度、低粘度、高扩散性和高溶解性等特点。scco2可以与油溶性涂料中的树脂和颜料发生互溶作用，形成均匀的涂料溶液，通过喷枪喷涂在物体表面。当涂料溶液接触到空气时，co2会迅速脱溶，使涂料固化成薄膜，而co2则可以回收再利用，实现零排放。scco2喷涂工艺具有节
3、目前，大多数的scco2喷涂系统多采用两股流体直接碰撞的混合腔或搅拌罐将scco2与涂料混合在一起。混合腔是指在喷枪的出口处设置一个小型的混合室，将scco2和涂料分别从不同的管道输送到混合室中，利用两股流体的高速碰撞来实现混合。搅拌罐是指在喷枪的上游处设置一个带有搅拌装置的容器，将scco2和涂料分别从不同的管道输送到容器中，利用搅拌装置的旋转来实现混合，然后再将混合后的涂料溶液输送到喷枪。
4、以上两种方式在实际工作中都存在一些缺陷和不足，混合腔的缺点是，混合时间过短，混合不充分，容易造成涂料的分层、沉淀、凝固等现象，影响涂膜的质量和均匀性。搅拌罐的缺点是，混合时间过长，混合过度，容易造成涂料的分解、氧化、聚合等现象，影响涂膜的性能和稳定性。这些缺陷导致两种混合方式在实际操作中的互溶效果并不理想，成为一项不可控因素，无法通过控制涂料以及超临界co2的温度、压力、混合比等量以获得最佳的喷涂效果。而涂料与scco2的完全混合是影响喷涂质量的关键因素，若混合不充分，则可能导致涂装表面出现色差、光泽不均或者附着力不足等问题。基于上述原因，如何设计一种能够实现scco2与涂料的高效、均匀、稳定混合的混合装置，以确保涂料喷涂工艺的效果和环保性能，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、针对现有技术在超临界二氧化碳(scco2)与油溶性涂料混合过程中的上述缺陷和不足，尤其是涉及混合腔与搅拌罐所带来的在scco2与油溶性涂料互溶效果不理想的技术问题，本专利技术在充分考虑scco2的流动特性及涂料高粘性特点的基础上，提出了一种适用于scco2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，该结构包括涂料通道、多个scco2通道以及连接孔，利用连接孔多级射入且直径逐渐增大的方式，使scco2以小尺度多级的方式射入到涂料通道中，与涂料进行互溶，以获得更好的互溶效果，并可在保持较小流体尺度的同时，避免了因流阻过高而可能导致的堵塞问题。此外，本专利技术微混合器中的折流板设计，确保了涂料在管路中获得相对较高的雷诺数，从而提高了流体混合效率，使得微混合器的尺寸可以相对较小，便于实际生产中根据需要选择合适的管路数量和直径大小，以及根据涂料和scco2的流量范围进行调整。通过这种设计，微混合器不仅能够应对大流量的挑战，还能通过并联或串联的方式进行模块化应用，大大提高了操作的灵活性和适用性。
3、(二)技术方案
4、为实现该专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
5、一种适用于scco2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，至少包括一沿长度方向延伸的柱状结构体，所述柱状结构体的位于长度方向的两个端面中，第一端面形成为入口面，第二端面形成为出口面，其特征在于，
6、所述柱状结构体的中心处设有一沿其长度方向延伸且两端开口的涂料通道，其中，所述涂料通道的入口端形成在所述柱状结构体的第一端面上并至少通过一管路与一外部涂料储存容器流体连通，所述涂料通道的出口端形成在所述柱状结构体的第二端面上并至少通过一管路与一外部喷涂设备流体连通，并且其中，
7、所述涂料通道的内壁上沿其长度方向以离散并交错间隔的方式设置有多个大体上沿径向延伸并向出口方向倾斜的折流板以引入流动干扰，且至少每一所述折流板的迎流面大体上呈光滑的流线形造型以减少流体阻力并促进涂料与scco2的有效混合；
8、所述柱状结构体中还设有若干沿其长度方向延伸且一端开口、另一端封闭的scco2通道，各所述scco2通道沿周向均匀分布在所述涂料通道的外围，每一所述scco2通道的入口端均形成在所述柱状结构体的第一端面上并通过管路与一外部scco2供应源流体连通，每一所述scco2通道的另一端均呈封闭状并在长度方向上延伸至接近所述柱状结构体的出口面的位置，以确保scco2能够大致穿过整个柱状结构体并与涂料进行充分的混合，并且其中，
9、每一所述scco2通道与涂料通道之间沿长度方向分布设置有多个沿径向方向延伸的连接孔，每一所述连接孔的进口端与所述scco2通道的内腔连通，每一所述连接孔的出口端与所述涂料通道的内腔连通，且每一所述连接孔至少在其出口方向与所述涂料通道内流体的主流动方向垂直以促进scco2的均匀分布和有效射入，并且各所述连接孔的直径沿所述scco2通道的入口端至其封闭端的方向而逐渐变大，靠近所述柱状结构体入口面的连接孔直径较小，靠近所述柱状结构体出口面的连接孔直径较大，以优化scco2的注入压力和流量分布。
10、优选地，所述微混合器结构在柱状结构体的出口面附近设置有检测混合均匀性的传感器装置，该传感器装置能够实时监测涂料与scco2混合物的均匀度，以确保最终产品的质量。
11、优选地，所述scco2通道的数量根据下列关系式确定：
12、
13、其中，n为scco2通道数量，为scco2的流量，dc为每个scco2通道的直径，v为scco2在通道中的设计速度，以确保scco2的均匀分布。
14、优选地，在每一所述折流板包含微纳结构表面，所述微纳结构表面的结构设计为在涂料流动过程中产生微观湍流效应，以提高混合效率并减少所需的混合距离。
15、优选地，在所述折流板的表面涂覆一层超疏水或超亲水的纳米材料，并根据涂料的性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，至少包括一沿长度方向延伸的柱状结构体，所述柱状结构体的位于长度方向的两个端面中，第一端面形成为入口面，第二端面形成为出口面，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，所述微混合器结构在柱状结构体的出口面附近设置有检测混合均匀性的传感器装置，该传感器装置能够实时监测涂料与scCO2混合物的均匀度，以确保最终产品的质量。
3.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，所述scCO2通道的数量根据下列关系式确定：
4.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，在每一所述折流板包含微纳结构表面，所述微纳结构表面的结构设计为在涂料流动过程中产生微观湍流效应，以提高混合效率并减少所需的混合距离。
5.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，在所述折流板的表面涂覆一层超疏水或超亲水的纳米材料，并根据涂料的性质调节
6.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，每一所述折流板的迎流面设计基于流体动力学原理，其表面形状经优化以符合以下数学表达式：
7.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，所述多个折流板沿所述涂料通道的内壁的长度延伸方向相互连接并整体呈螺旋状以增加流体的旋转和湍动，螺旋折流板的表面形状经优化以符合以下数学表达式：
8.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，所述连接孔的直径沿scCO2通道的入口端至封闭端方向逐渐变大，其变化率根据涂料与scCO2的具体物性参数通过下述关系式来优化确定：
9.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，所述连接孔的设计采用按流体力学优化的逐级扩散模式以实现scCO2在涂料管路中的有效渗透和混合，每一级的连接孔直径和间距通过以下关系式进行精确计算：
10.根据权利要求1所述的适用于scCO2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，每一所述连接孔的出口端的形状设计为锥形，从而增加流体的射流效应，提高流体与涂料的混合效率并优化涂料的喷涂效果，锥形连接孔的出口端的形状符合以下数学表达式：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于scco2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，至少包括一沿长度方向延伸的柱状结构体，所述柱状结构体的位于长度方向的两个端面中，第一端面形成为入口面，第二端面形成为出口面，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的适用于scco2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，所述微混合器结构在柱状结构体的出口面附近设置有检测混合均匀性的传感器装置，该传感器装置能够实时监测涂料与scco2混合物的均匀度，以确保最终产品的质量。
3.根据权利要求1所述的适用于scco2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，所述scco2通道的数量根据下列关系式确定：
4.根据权利要求1所述的适用于scco2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，在每一所述折流板包含微纳结构表面，所述微纳结构表面的结构设计为在涂料流动过程中产生微观湍流效应，以提高混合效率并减少所需的混合距离。
5.根据权利要求1所述的适用于scco2与涂料互溶的多级射入微混合器结构，其特征在于，在所述折流板的表面涂覆一层超疏水或超亲水的纳米材料，并根据涂料的性质调节流体的润湿性以影响流体的附着和分离而降低流阻和结垢，超疏水或超亲水的表面形状经优化以符合以下数学表达式：
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜宝瑞，张心豪，姚俊，张晓峰，李恺伦，王殿政，李浩，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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