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。

关键词：外科骨磨削 纳米粒子 喷雾式冷却 对流换热系数 温度场 

单位：青岛理工大学机械与汽车工程学院; 南加州大学生物医学工程系