[0001] 本发明涉及摩擦学技术领域，具体涉及一种气液两相润滑油摩擦实验装置。

[0002] 国内外对汽车发动机润滑油的研究方向主要有添加剂的开发、节能性和环保特性的提升、以及润滑油的回收再利用等，对于润滑油中微纳米气泡以及复杂气体成分对润滑性能影响的研究相对较少。发动机在长时间工作工程中，用于润滑的润滑油需要面对由发动机零部件机械运动产生的气泡和燃烧过程产生的复杂气体造成的影响。由于机械运动和油液的循环，油液内部会产生大量的气泡。这些气泡将润滑油油液转变为气液两相状态，对润滑油的润滑性能产生显著影响。与此同时，发动机润滑油在使用过程中，会不断吸收和溶解来自燃烧过程的复杂气体成分，如氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物等。这些气体成分在油液中的存在，会改变润滑油的化学性质和物理状态，影响其润滑性能。

[0003] 通过对含有微纳米级气泡和复杂气体成分的气液两相润滑油进行模拟和检测，可以更准确地评估润滑油的摩擦磨损和润滑性能。目前对于这些微纳米气泡在润滑油中的行为及其对润滑性能的具体影响尚缺乏深入的理解，且缺乏与之相匹配的实验设备来进行系统的研究。

[0004] 因此，需要研发一种能够模拟微纳米级气泡和复杂气体成分二者综合影响的测试设备，对于提高润滑油性能和发动机可靠性具有重要意义。在摩擦学领域的实验研究中，对于环境模拟设备的精确设计至关重要，其核心在于对润滑油中微纳米级气泡的大小与浓度的精确调控与测定。

[0047] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0048] 本发明的目的是为了填补国内外对含有微纳米气泡和复杂气体成分的润滑油润滑特性研究的空白，以满足现代发动机对润滑油性能的不断增长的需求。通过建立气体环境实验舱，然后通过微纳米气泡发生器向舱内通入成分复杂的微纳米级气泡，这些气泡与实验舱内的润滑油融合，从而模拟出含有微纳米级气泡和复杂气体成分的润滑油。该实验舱中使用的微纳米气泡发生器能够在较低的能量输入下产生大量的微纳米气泡，而且可以通过调节气体的流量和液体的流速精确控制气泡的粒径和数量并进行实时检测。因此，该实验设备具备调节微纳米气泡含量的功能，以适应广泛的实验需求，从而为多样化的实验条件和要求提供精确控制。这一特性显著增强了实验装置在科学研究和工程实验领域的应用潜力和实用价值。相较于现有的摩擦实验设备，本发明在模拟含不同气泡浓度的润滑油摩擦学行为研究中具有显著优势，并且还展现出在模拟复杂气体成分的润滑油研究中的应用潜力。

[0049] 本实施例提供了一种气液两相润滑油摩擦实验装置，如图1结构所示，该实验装置包括气体环境实验舱、气体供给装置、微纳米气泡发生器1、排气装置以及控制单元2；

[0050] 气体环境实验舱用于为摩擦副3提供气体环境和气液两相润滑油4；气体环境实验舱可以置于摩擦实验机10的工作台上，并为摩擦副3提供密封的工作空间；摩擦副3包括两个相对移动的实验件，其中摩擦实验机10包括动力输出部件和传动件11，动力输出部件通过传动件11带动上部的实验件相对下部的实验件运动，并施加垂直载荷Fz，以实现两个实验件之间的摩擦。

[0051] 微纳米气泡发生器1安装于气体环境实验舱内，用于产生微纳米气泡，具有进气口、进油口和出油口；气体供给装置与微纳米气泡发生器1的进气口连接，将预定气体环境的气体输送至微纳米气泡发生器1内。微纳米气泡发生器1采用现有的微纳米气泡发生器1，在这里不在赘述。微纳米气泡发生器1通过精确控制气体和润滑油4的流速来控制气泡的尺寸和浓度，并且能够实时检测气泡的粒径和数量。微纳米气泡发生器1采用纳微米气液界面技术，结合机械分散与压力溶气原理，用于将气体供给装置输入的气体碎化成微纳米级的气泡后与润滑油4混合形成气液两相润滑油4。

[0052] 排气装置安装于气体环境实验舱的顶部，用于收集从气体环境实验舱泄漏和排出的气体，在检测到气体泄漏后报警，并将有毒气体排出以保证实验的安全性。

[0053] 控制单元2用于控制气体供给装置、气体环境实验舱、微纳米气泡发生器1以及排气装置，从而控制气体环境实验舱内的摩擦环境。控制单元2为PLC(可编程逻辑控制器)。

[0054] 如图1所示，在气体环境实验舱内，微纳米气泡发生器1采用了全局式对称布置，即，在气体环境实验舱内左右两侧分别布置有一个微纳米气泡发生器1，两个微纳米气泡发生器1对称设置，这种布置优化了气泡与润滑油4的混合效率，并且可以保证微纳米气泡在润滑油4中分布的均匀性和稳定性以提高实验的可靠性和可重复性，该布置还可以使得研究人员能够更便捷的实时观测油池中各处润滑油4中气泡的含量情况。同时，在气体环境实验舱内左右两侧还分别布置有一个加热装置8，两个加热装置8对称设置，以便加热时温度均匀、升温速度快。

[0055] 上述气体环境实验舱包括舱体5、柔性密封薄膜6、加湿装置7、加热装置8以及传感装置9；舱体5可以由铝合金制成；柔性密封薄膜6密封安装于舱体5的顶部，在舱体5与柔性密封薄膜6之间形成摩擦实验用的密封空腔；柔性密封薄膜6可以采用塑胶薄膜等具有弹性的薄膜构成；用于驱动摩擦副3运动的传动件11穿过柔性密封薄膜6并密封，柔性密封薄膜6的中心穿过用于驱动摩擦副3运动的传动件11并密封，通过柔性密封薄膜6在保证气体环境实验舱的密封性的同时不影响摩擦副3的运动；加湿装置7与气体环境实验舱连通，用于调节气体环境实验舱内湿度；加湿装置7可以为置于舱体5外侧的超声波加湿器，并通过管道与舱体5内部连通；加热装置8固定安装于舱体5内，用于调节气体环境实验舱内温度；加热装置8可以为电加热片；传感装置9安装于舱体5内，用于监测气体环境实验舱内气体环境的温度、压力、湿度以及不同气体成分的气体浓度；传感装置9包括安装于气体环境实验舱内侧壁的温度传感器、压力传感器、气体浓度传感器和湿度传感器。温度传感器用来检测舱体5内气体环境的温度；压力传感器用于检测舱体5内气体环境的压力；气体浓度传感器用来检测舱体5内气体环境中不同气体成分的浓度；湿度传感器用于检测舱体5内气体环境的湿度。气体供给装置与舱体5连通，用于向舱体5内提供设定成分、压力、浓度的气体以模拟各种气体环境；控制单元2与加湿装置7、加热装置8以及传感装置9连接，用于根据传感装置9的检测信息控制气体供给装置、加湿装置7和加热装置8，以对气体环境实验舱内气体环境进行实时监控和精确控制。

[0056] 上述气体供给装置包括多个气瓶12、减压阀13、截止阀14、单向阀15、回火阀16、压力表17、质量流量控制器18以及输气管19；每个气瓶12内存储有摩擦实验所需的一种气体，如：氢气、氯气、氮气、氧气、二氧化碳、硫化氢等；输气管19连接于气瓶12与微纳米气泡发生器1的进气口之间，用于将气瓶12内的气体输送至微纳米气泡发生器1；当需要多种气体时，每个气瓶12的输气管19中均可以安装有减压阀13、截止阀14、单向阀15、回火阀16、压力表17和质量流量控制器18，各个输气管19在连接微纳米气泡发生器1的进气口之前汇合；减压阀13、截止阀14、单向阀15、回火阀16、压力表17以及质量流量控制器18依次安装于输气管
19；减压阀13用于降低气瓶12流出气体的初始压力；截止阀14、单向阀15和回火阀16用于保障气体通入质量流量控制器18中的稳定性；压力表17用于实时监测初始气体的压力；质量流量控制器18用于控制气体的质量流量以控制气体的浓度；控制单元2与截止阀14、压力表
17和质量流量控制器18信号连接。为了模拟不同的气体环境，可以通过更换存储有不同气体的气瓶12来改变气体环境的成分，同时可以通过质量流量来控制气体流量的大小以模拟不同气体的浓度。

[0057] 上述排气装置包括排气罩20、声光报警器21、燃气感应器22、防暴风机23以及排气管24；排气罩20安装于气体环境实验舱的顶部，用于收集逸散的气体；燃气感应器22和声光报警器21均安装于排气罩20；燃气感应器22用于检测气体泄漏；声光报警器21与燃气感应器22相连，用于在燃气感应器22检测到气体泄漏以后进行声光报警；排气管24的一端与气体环境实验舱的排气口密封连接，另一端与防暴风机23连接；防暴风机23通过排气管24与排气罩20相连，提供安全的通风和空气循环，用于在气体泄漏时将有毒气体排出，保证实验的安全性。排气装置还可以集成有废气处理装置，能够有效处理实验过程中产生的废气，实现对实验气体的无害化处理，符合环保要求。

[0058] 上述气液两相润滑油摩擦实验装置具有气体环境实验舱、气体供给装置和微纳米气泡发生器1，通过气体供给装置和安装于气体环境实验舱内的微纳米气泡发生器1能够制备含有微纳米级气泡和复杂气体成分的润滑油4，能够在气体环境实验舱内精确模拟各种气体环境条件，包括不同的混合比例和特定气体浓度，能够满足多样化的摩擦实验需求，提高了摩擦实验的效率和适用性。

[0059] 上述气液两相润滑油摩擦实验装置具有实现实时监控功能，使用PLC控制单元2实现对气体环境的实时监控和精确控制，通过PLC不仅提高了自动化程度，还能及时响应和调整环境参数，确保实验过程中的稳定性和安全性。

[0060] 上述气体供给装置包括多个气瓶12，可以通过替换气瓶12来改变气体环境的成分，同时也可以通过质量流量来控制气体流量的大小以模拟不同气体的浓度，能够高效且低成本的模拟不同的气体环境。

[0061] 上述气液两相润滑油摩擦实验舱的工作原理为：

[0062] 在摩擦实验开始之前，首先需要仔细检查各设备，确保它们正常运行和连接良好，包括检查加热装置8、加湿装置7、传感装置9以及气体环境实验舱的密封状态；打开传感装置9和控制单元2，以便监测和记录舱内的温度、湿度等重要参数。随后，依次打开气体供给装置和微纳米气泡发生器1，同时根据需要启动加湿装置7和加热装置8；这些步骤需要逐步调节，确保润滑油4中的气泡浓度和大小以及气体环境实验舱内的气体环境符合实验的要求和设定。

[0063] 在实验达到所需的预定条件后，可以开始正式进行实验操作。在实验结束后，使用排气口进行排气，通过抽真空的方式去除掉润滑油4中的微纳米级气泡以及安全有效地去除舱内可能积聚的废气或排泄物。通过以上步骤，可以保证实验过程中舱内环境的稳定性和实验数据的准确性，确保实验顺利进行并得出可靠的结果。

[0064] 显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。