骨外科纳米粒子射流喷雾式微磨削温度场理论分析及试验

作     者：杨敏 李长河 张彦彬 王要刚 李本凯 李润泽 YANG Min;LI Changhe;ZHANG Yanbin;WANG Yaogang;LI Benkai;LI Runze

作者机构：青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 南加州大学生物医学工程系美国洛杉矶CA90089-1111 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2018年第54卷第18期

页      面：194-203页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(51575290) 山东省重点研发计划(2017GGX30135,2018GGX103044) 山东省自然科学基金(ZR2017PEE011,ZR2017PEE002)资助项目 

主　　题：外科骨磨削 纳米粒子 喷雾式冷却 对流换热系数 温度场 

摘      要：温度过高是目前临床神经外科骨磨削的技术瓶颈,纳米粒子射流喷雾式冷却(nanoparticle jet mist cooling,NJMC)是解决磨削热损伤的有效措施。建立最大未变形切屑厚度模型及热流密度模型,采用数理统计的方法建立NJMC条件下的对流换热系数模型,并进行喷雾式和NJMC条件下的骨微磨削温度场的数值仿真研究。结果表明:骨表面温度随纳米粒子体积分数的增大而减小。利用与人骨力学性能最相近的新鲜牛股骨密质骨进行微磨削试验,结果显示,以喷雾式冷却(32.7℃)作为对比试验,采用纳米粒子体积分数0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的纳米流体测得的表面温度分别降低了14.1%、17.1%、19.6%、22.9%、33.3%,验证了骨表面温度随纳米粒子体积分数的增大而减小的规律。理论分析与试验结果高度吻合,验证了理论建模的正确性。将机械加工技术用于医疗康复,旨在为降低神经外科临床骨磨削温度提供一种有效方法。