在金屬加工中切削熱主要來(lái)源于金屬的塑性變形，切削區(qū)的冷卻過程就是固體與流體之間的傳熱過程。低溫微量潤(rùn)滑的冷卻作用是通過低溫油霧與加工區(qū)進(jìn)行復(fù)雜的熱交換，將全部或大部分切削熱帶走而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力冷卻降溫。加工區(qū)的切削熱，若忽略微小的損失，可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為加工過程中輸入的總能量全部轉(zhuǎn)化為切削熱，輸出的總能量即為主運(yùn)動(dòng)消耗的功率。      
  Q_切=F_z·V=P_m（1）
公式中：Q_切為單位時(shí)間內(nèi)切削區(qū)產(chǎn)生的切削熱量（J/s）；
F_z為主切削力（N）；V為切削速度（m/s）；
P_m為切削功率（N·m/s）。雖然切削加工時(shí)換熱方式比較復(fù)雜，但仍可認(rèn)為遵守牛頓換熱公式，即

q=h（T_w－T_f）（2）
公式中：q為熱流密度（W/m2）；
h為換熱系數(shù)（W/m2 K）；
T_w為壁面溫度（K）；
T_f為流體溫度（K）。
牛頓冷卻公式中，換熱系數(shù)h包括所有影響換熱的因素，而油霧冷卻在加工區(qū)的實(shí)際換熱過程比較復(fù)雜，因此，換熱系數(shù)h難以確定。建議按照沸騰中的Rohsenow經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算加工區(qū)換熱的平均熱流密度，即
q_s=μ_L·h_fg [g（ρ_L－ρ_r）/ g_L·σ ] ^1/2 [G_PL·ΔT /C_sf·h_hg·P_1.7 ·r_L ]（3）
式中：q_s為換熱的平均熱流密度（W/m2 ）；μ_L為流體動(dòng)力粘度（N·s/m2 ）；h_fg為流體汽化潛熱（J/kg），g為重力加速度（m/s2 ）；ρ_L和ρ_r分別為流體和蒸汽密度（kg/m3）；g_L為比例常數(shù)（kg·m/N·s2 ）；σ為液體表面張力（N/m2 ）；G_PL為液體定壓比熱（J/kg）；C_sf為鋼表面與液體都組合系數(shù)（無(wú)量綱）；P_rL為液體的普朗特常數(shù)（無(wú)量綱）；ΔT為過yw度（K），ΔT=T_w－T_s；T_w為壁面溫度（K）；T_s為液體飽和溫度（K）。
整個(gè)當(dāng)量平面上的換熱量為
Q_換=q_s·A_{當(dāng)量}（4）

由于流體與固體分子之間的吸引力和流體粘度作用，在固體表面就有一個(gè)流體滯流層，從而增加了熱阻。滯流層越厚，熱阻越大，而滯流層的厚度主要取決于流體的流動(dòng)性即粘度。固體-流體的傳熱過程見圖

根據(jù)Rohsenow的熱流密度經(jīng)驗(yàn)公式，潤(rùn)滑油粘度較大，平均熱流密度較大，但是流動(dòng)性差，循環(huán)速度慢，從摩擦表面帶走的熱量的速度也就慢，故冷卻效果一般；氣體粘度較小，流動(dòng)性強(qiáng)，換熱速度快，換熱面積大，但平均熱流密度小，帶走的熱量較少，冷卻效果也不好。氣液兩相流體的動(dòng)力粘度可表示為
μ=μ_f－（μ_f－μ_g）·x （5）
式中：μ_f為流體的動(dòng)力粘度；μ_g為氣體的動(dòng)力粘度；x為質(zhì)量系數(shù)，x=w_f/（w_f·w_g），w_f為液相質(zhì)量流量，w_g為氣相質(zhì)量流量。

顯然式中，μ_g<μ<μ_f，即氣液兩相混合流體的粘度μ介于單相液體的粘度與氣體粘度之間。故油霧的熱流密度介于潤(rùn)滑油與氣體之間，但流動(dòng)性比潤(rùn)滑油好，換熱速度快，故油霧的冷卻效果較好。因此，油霧冷卻實(shí)際上綜合了氣液兩種流體的降溫效果的優(yōu)點(diǎn)。而對(duì)于傳統(tǒng)切削液，低速時(shí)由于較好的換熱及流動(dòng)性可以起到良好的冷卻作用，但是在高速加工下，傳統(tǒng)切削液已經(jīng)無(wú)法發(fā)揮本身的作用。低溫微量潤(rùn)滑通過降低油霧的溫度，增大金屬表面和油霧之間的溫差ΔT，進(jìn)一步提高換熱的平均熱流密度q_s，從而達(dá)到更有效的冷卻效果。同時(shí)，高壓高速流動(dòng)的油霧能夠及時(shí)將切屑沖走，并帶走大量的熱量，進(jìn)一步增強(qiáng)了降溫效果。