[发明专利]一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置及其操作方法

权利要求书

1.一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，其特征在于，包括：加热水箱(5)、恒温水泵(6)、空化管和温压控制系统；

所述加热水箱(5)的出口通过第一管道与所述空化管的进口相连通，所述第一管道上设置有恒温水泵(6)；所述空化管的出口通过第二管道与所述加热水箱(5)的进口相连通；加热水箱(5)和恒温水泵(6)用于向空化管输入水流；

所述空化管水平设置；所述空化管内设置有孔板(2)，所述孔板(2)设置有通孔，用于产生空泡，利用空泡溃灭的瞬时激波、局部高压冲击纳米颗粒，使颗粒的晶体结构发生改变，从而引入晶体缺陷；

所述温压控制系统，用于采集孔板(2)上下游的温度信号和压力信号，并将采集的信号转化为电信号，调节装置内水流温度和流量。

2.根据权利要求1所述的一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，其特征在于，所述空化管包括入口段(1)和扩压段(3)；

所述入口段(1)设置有空化管的进口并安装有整流栅；

所述扩压段(3)设置有空化管的出口并安装有样品架；

所述孔板(2)安装在所述入口段(1)和所述扩压段(3)的交界处。

3.根据权利要求2所述的一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，其特征在于，所述空化管为透明的圆管结构；所述空化管的扩压段(3)设置有操作窗。

4.根据权利要求2所述的一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，其特征在于，

所述整流栅包括交错排列的导流叶片；

所述样品架设置有沟槽结构；所述样品架的倾斜角度可调。

5.根据权利要求1所述的一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，其特征在于，所述孔板(2)通流面积，据伯努利方程进行估算：

其中，P₁,P₂分别为进口和孔板处的压力；V₁,V₂分别为进口和孔板处的流速；P₂小于对应温度下的水的饱和蒸汽压；忽略孔板前后高度差，消去z₁，z₂；ρ为水的密度；g为重力加速度；

Δh根据下式估算，

ζ和λ分别为系统的局部阻力系数和沿程阻力系数。

6.根据权利要求1所述的一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，其特征在于，所述孔板(2)为单孔或多孔结构；

所述孔板(2)的通孔加工有内螺纹。

7.根据权利要求1所述的一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，其特征在于，所述温压控制系统包括：

温度传感器(4)，用于采集孔板(2)上、下游的温度信号；

压力传感器，用于采集孔板(2)上、下游的压力信号；

计算机(7)，用于采集的信号转化为电信号，调节装置内水流温度和流量。

8.根据权利要求7所述的一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，其特征在于，温度传感器(4)采用热电偶；压力传感器采用差压传感器。

9.一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置的操作方法，其特征在于，基于权利要求1所述的水力空化装置，包括以下步骤：

通过加热水箱(5)和恒温水泵(6)向空化管输入水流；

通过孔板(2)上的通孔产生空泡，利用空泡溃灭的瞬时激波、局部高压冲击纳米颗粒，使颗粒的晶体结构发生改变，从而引入晶体缺陷；

通过温压控制系统采集孔板(2)上下游水流的温度信号和压力信号，并将采集的信号转化为电信号，调节空化管输入水流的温度和流量。