SiO_2纳米流体在太阳能集热管中的传热特性

为研究SiO2-水纳米流体在太阳能集热管中的传热特性,该文采用数值模拟与试验结合的方法进行分析。通过高压微射流制备了稳定的SiO2纳米流体,并利用粒度分析表征了其悬浮稳定性,同时试验测试了质量分数为1%~5%的SiO2-水纳米流体的导热系数和透射率。针对纳米流体集热管换热特性,模拟计算了蒸馏水和不同质量分数的纳米流体的温度场和速度场分布,同时,对以SiO2纳米流体和蒸馏水为工质的集热管进行了闷晒试验研究,结果表明,纳米流体具有比蒸馏水高的换热特性且随着其质量分数的增加而增大。在此基础上,该文分析了放置时间对纳米流体换热特性的影响,结果表明,放置时间越长,纳米流体团聚越明显,导致其光热特性降低。该研究为纳米流体在太阳能光热及光伏冷却应用方面提供参考。     

太阳能电池冷却用微通道散热器内纳米流体换热特性

该文基于螺旋式微通道散热器,采用Mixture模型对菲涅尔高倍聚光下纳米流体冷却工质的换热特性进行了研究,并引入强化传热因子η来判定冷却工质的换热能效,结果表明:雷诺数相同时,与蒸馏水相比,Al_2O_3-H_2O和Si O2-H_2O纳米流体具有更高的对流换热系数,并且Al_2O_3-H_2O的传热特性要优于SiO_2-H_2O;纳米流体的强化传热因子随着入口流速的增大呈先升高后降低的趋势,当入口流速为0.82 m/s时,强化传热因子达到最大值,但质量分数为5%的Al_2O_3-H_2O纳米流体的强化换热因子与流体的入口速度成正比,且当流体速度小于0.68 m/s时,其强化传热因子高于其他3种纳米流体;Al_2O_3-H_2O纳米流体的换热特性随着纳米粒子粒径的增加而降低,随着质量分数的增加呈先增后降的二次曲线趋势,当质量分数为5.5%时换热特性最强,该研究为纳米流体在高倍聚光砷化镓太阳能电池冷却方面提供理论参考。     

换热器微细通道纳米流体沸腾混沌特征与强化传热的关系

为探究微细通道内纳米流体流动沸腾系统的传热性能、非线性特性及其相互关系,分别以质量分数为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.30%的Al2O3/R141b纳米流体和R141b纯制冷剂为试验工质,在2 mm×2 mm的矩形微细通道内进行流动沸腾试验,计算得到了不同浓度纳米流体的沸腾传热系数,建立了试验段进出口压差时间序列,运用Hurst指数分析、关联维数、最大Lyapunov数和Kolmogorov熵研究了该时间序列的非线性特征,并比较其与传热系数之间的关系,结果表明:相比纯制冷剂,纳米流体流动沸腾系统的混沌程度更强,传热性能也更好;纳米流体的混沌程度随着浓度的升高先增强后减弱,其沸腾传热系数也随着浓度的升高先增加后减小,试验工况下质量分数为0.1%的纳米流体的各项非线性特征量均达到最大值,混沌程度最强,相应的沸腾传热系数也为最大,其平均沸腾传热系数可达4.25 k W/(m~2·K),而纯制冷剂仅为2.42 k W/(m~2·K)。该文采用非线性分析与试验相结合的方法,更能准确描述微细通道沸腾系统的动力学特征,可为进一步研究微细通道纳米流体相变强化传热机理提供参考。     

电场作用下微细通道内纳米流体流动沸腾传热性能

为探究电场作用下微细通道内纳米流体流动沸腾传热特性,该研究在微细通道几何中心布置线状电极来产生0～800 V不均匀电场,采用两步法配置出不同质量分数的SiO2-R141b纳米流体,在截面为2 mm×2 mm微细通道内开展流动沸腾试验,研究不同质量分数纳米流体在不同电压电场作用下微细通道内平均饱和沸腾传热系数以及有效强化传热热流密度范围。通过可视化研究不同电压电场作用下微细通道中汽泡的脱离速率、受限汽泡运动速度以及长径比的变化,分析电场作用下纳米流体流动沸腾强化传热机理。利用传热综合性能评价方法研究不同强化技术对微细通道的强化传热综合性能的提升。研究结果表明,相较于纯制冷剂,单独电场强化、单独添加纳米颗粒强化、电场与添加纳米颗粒复合强化作用最大饱和沸腾传热系数分别提升44.9%、20.9%、58.0%。电场作用下纳米流体强化传热综合性能最高,平均传热综合性能评价因子为1.34。该研究结果可为微细通道内复合强化传热技术的应用提供参考。     

超临界流体制备超细粉体及纳米胶囊技术研究进展

超临界流体制备微细颗粒和纳米胶囊技术是近10年才发展起来的新技术.该文对超临界流体快速膨胀技术、超临界流体抗溶剂结晶技术和超临界流体包覆技术的概念和原理进行了简要的介绍,并综述了该项技术在食品、生物和医药领域的国内外研究现状和主要成果.     

纳米化阿维菌素悬浮剂的制备及部分性质研究

为了使阿维菌素的分散性、稳定性、适应性更强,利用壳聚糖带阳离子的特性,使其与带阴离子的三聚磷酸钠发生离子交联,包裹部分阿维菌素颗粒后形成纳米载药颗粒,制备了水基纳米阿维菌素悬浮剂。透射电子显微镜、粒度分析仪和紫外分光光度法检测结果显示,在纳米阿维菌素悬浮剂中,悬浮粒子呈不规则圆形,87.46%粒子的粒径位于18～102.2nm之间,平均粒径为28.46nm,阿维菌素的载药量为48.25%,在光照下的稳定性增强,经过16h紫外光照,纳米阿维菌素悬浮剂中阿维菌素降解率为38.41%,比同样条件下制备的纳米化阿维菌素微乳剂降解率低11.46%,比原药的降解率低29.41%。该悬浮剂的分散性、离心稳定性都为优级,对水温、不同水质水的适应能力强。     

玉米醇溶蛋白-壳聚糖纳米营养递送粒子的制备及性质

利用蛋白质和多糖构建纳米营养递送载体,是提高食品活性物质稳定性及利用率的重要手段。为了构建具有缓释特性的纳米营养递送体系,该研究以玉米醇溶蛋白（zein）为基材,构建玉米醇溶蛋白-壳聚糖纳米营养递送体系,以姜黄素（Cur）为营养模型,探究了壳聚糖分子量、zein与壳聚糖质量比对纳米粒子及其负载Cur性能的影响,通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）、傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR）等方法表征其结构,阐明复合纳米粒子形成机制,探讨其稳定性和缓释性能。结果表明：不同分子量的壳聚糖对纳米粒子的粒径、多分散性指数和zeta电位有影响。高分子量壳聚糖的加入可使纳米粒子粒径减小,且更加稳定。在zein与高分子量壳聚糖质量比为8∶1时,制备纳米粒子粒径较小（80.13 nm）,其zeta电位为46.18 mV;在此条件下,当姜黄素添加量为1.0%时,其包封率和负载量分别为82.93%和8.29%;通过SEM观察,纳米粒子呈球形,分布均匀;氢键及静电相互作用是组装该纳米粒子的作用力;壳聚糖的引入提高了纳米粒子的pH值、离子及储藏稳定性,扩展了其应用范围;与游离的姜黄素相比,纳米营养递送粒子呈现明显的缓释特性。研究结果为构建具有缓释特性的营养递送体系提供了理论基础。     

鸡白细胞介素2（IL-2）DNA-壳聚糖纳米粒的制备及体外转染

构建了携带鸡白细胞介素2(IL-2)编码基因的重组真核表达质粒,通过复凝聚法制备了含有该重组真核表达质粒的壳聚糖纳米粒子.对制备的IL-2DNA-壳聚糖纳米粒子(IL-2 DNA-chitosan nanoparticles)进行了表征.纳米粒子呈球形,粒径分布范围为50～500nm,表面带正电,电势为+17.8mV,DNA质量占纳米粒子总质量的40.2%.DNA酶保护性、稳定性和体外释放试验证明,制备的纳米粒子在微酸性(pH 6.0)和微碱性(pH 7.4)环境中稳定性较高,可保护携带的DNA分子不被0.6～0.8U/mL DNA酶的降解.用制备的纳米粒子转染Df-1细胞系,间接免疫荧光检测结果证明,该纳米粒子可携带质粒DNA进入细胞,使携带的外源基因获得表达.流式细胞术检测证明,纳米粒子的转染效率为0.2%,与裸DNA转染对照组相比较,包封入壳聚糖纳米粒子中可提高DNA的转染效率.     

超声波对微细通道内纳米制冷剂流动沸腾传热影响

为探究有无超声波作用下微细通道内纳米流体流动沸腾传热特性,该研究设计了一种可以放置超声波换能器的微细通道试验段,运用超声波振荡法制备了纳米颗粒质量分数为0.1%、0.2%、0.3%的均匀稳定TiO2/R141b纳米制冷剂。在设计系统压力为152 kPa,有效热流密度的范围为10.8～22.7 kW/m2,超声功率为50 W,超声频率为23 kHz,质量流率为121.1 kg/(m2·s),入口温度为35 ℃的工况下,在截面宽度为2 mm的矩形微细通道内进行流动沸腾试验。研究结果表明：纳米颗粒质量分数为0.2%时的传热系数较高,强化传热效果较好,超声波作用下仍是质量分数为0.2%的纳米流体强化传热效果较好,相对于无超声情况下R141b平均饱和沸腾传热系数最大提高了89.9%。热流密度对超声波强化传热效果有很大影响,不同热流密度下强化效果有明显差距,声场作用下纳米制冷剂的平均饱和沸腾传热系数随有效热流密度的增大呈先增后降的趋势。通过COMSOL软件对通道内汽液界面的声场进行了模拟,模拟结果表明超声波在汽泡中的传播较弱。对于质量分数为0.2%的纳米制冷剂,进出口超声作用下超声强化因子最大为1.46。该研究结果可为通过施加超声波提高微细通道换热性能提供新思路。     

纳米酶催化机理及其在农产品检测中的应用研究

天然生物酶是一类极为重要的生物催化剂,但由于其自身的缺陷,导致其催化作用极其不稳定,限制了其在农产品检测中的应用。而制备过程简单、成本低、稳定性高的纳米酶,在农产品检测领域中具有良好的应用前景,逐渐成为了天然生物酶替代品。本文系统地介绍了纳米酶的种类,着重阐述纳米酶催化机理,总结了其在农产品领域中的应用进展,并展望了纳米酶的未来发展方向。     

采用不同监测数据组合反演饱和均质石英砂水热运移参数

土壤及含水层的水力参数与热参数对于定量描述土壤水、地下水迁移规律及其伴生的热运移过程十分重要。为探讨不同监测数据类型组合对多孔介质水热参数估计的影响,该研究基于热示踪方法,开展了3种不同粒径条件下的饱和均质石英砂的热示踪试验,并结合HYDRU-2D模型对介质的饱和导水率、导热系数和纵向、横向热弥散度进行反演。参数估计时分别设置3种情景对介质水热参数进行估计：仅采用观测点温度（R1）、观测点温度+水流通量（R2）、观测点温度+水流通量+热量损失（R3）。并对R1情景设置3种不同参数反演组合,即同时对2组参数（饱和导水率和导热系数）、3组参数（饱和导水率、纵向和横向热弥散度）和4组参数（饱和导水率、导热系数、纵向和横向热弥散度）进行估计。研究结果表明：同时对介质饱和导水率、导热系数与热弥散度进行估计,有利于提高介质水热参数的估计精度;对导热系数的合理估计可减小R1情景中介质饱和导水率的估计误差。4组参数中饱和导水率是敏感性最高的参数,增加用于参数反演的水流运动和热量传递信息时,粗砂、中砂、细砂的累积流量相对误差分别减少了9.74、6.65和12.53个百分点,显著提高了介质饱和导水率的反演精度。饱和导水率的估计值随介质粒径增大而增大,而纵向热弥散度随粒径的变化则呈相反的变化规律,横向热弥散度估值基本不变。增加水流和热量传递信息还能显著提高中砂的导热系数反演精度,导热系数的估计值随着介质孔隙度增大而逐渐降低。研究可为基于不同数据类型的均质介质参数反演提供。     

基于颗粒缩放的小麦粉离散元参数标定

为获得小麦粉离散元仿真精确的接触参数,将不规则形状的小麦粉简化成软质球形颗粒,利用颗粒接触缩放原理和量纲分析进行颗粒缩放,将平均粒径0.212 mm的小麦粉放大至1.2 mm,选择"Hertz–Mindlin with JKR"接触模型,利用休止角对接触参数进行标定。首先通过Plackett-Burman试验筛选出对休止角影响显著的参数:表面能JKR(Johnson Kendall Roberts)、小麦粉-小麦粉滚动摩擦系数、小麦粉-不锈钢静摩擦系数;然后根据Box-Behnken试验建立并优化休止角与显著性参数的二阶回归模型,得到显著性参数的最佳组合为JKR为0.157、小麦粉-小麦粉滚动摩擦系数为0.25、小麦粉-不锈钢静摩擦系数为0.58;最后用标定参数仿真所得休止角大小与真实试验值进行对比,二者相对误差为0.61%。结果表明标定所得的接触参数可用于小麦粉放大颗粒的离散元仿真,为定量供送螺杆的设计提供参考。     

病死猪酶解及超声波预处理工艺优化

病死畜禽资源化利用是解决病死畜禽污染的一条重要途径。为探索病死猪肉酶解工艺条件,该文以猪肉为原料,以胰蛋白酶为试验用酶,以水解度为指标,选取加酶量、底物浓度、pH值、温度作为试验因素,通过单因素试验初步确定了胰蛋白酶的水解条件,并分析了各因素对酶解反应的影响规律。应用Box-Behnken中心组合设计建立数学模型,以水解度为响应值,进行了四因素三水平的响应面优化试验,确定了最佳酶解工艺条件,并通过响应面模型的曲面图直观地分析了各影响因素之间的交互作用。在此基础上,探索频率为20 k Hz,功率为500 W的超声波预处理猪肉20 min对酶解效果的影响,并应用扫描电子显微镜在微观结构上对其原因进行了分析。结果表明,各因素对酶解反应的影响大小依次为:加酶量温度pH值底物浓度,在试验范围内得到的酶解最佳工艺条件为:加酶量为1.15%(质量分数)、底物质量浓度为80.5 g/L、pH值为7.96、温度为40.6℃,酶解1 h的预测水解度可达16.74%,验证试验水解度为16.77%,表明试验结果与软件分析结果相符,最佳水解时间为6 h,此时的水解度为28.91%。超声波预处理后,最佳水解时间为4 h,水解度达到32.86%,因此超声波预处理能缩短水解周期2 h,提高水解度4个百分点。由此可见,应用超声波预处理可以提高酶解效率,缩短工作时间。     

超声处理对牦牛乳酶促凝胶流变特性的影响研究

为探究超声牦牛乳的酶促凝胶流变特性,并进一步分析超声后牦牛乳的蛋白疏水性和脂肪球粒径如何影响凝胶网络的形成,本研究以牦牛乳为原料,进行超声处理(时间5 min和10 min,功率300、400和500 W)后,编号为US1(300 W,5 min)、US2(300 W,10 min)、US3(400 W,5 min)、US4(400 W,10 min)、US5(500 W,5 min)和US6(500 W,10 min),以未处理的牦牛乳作为对照(CK),通过小振幅振荡时间扫描获取凝胶形成的流变信息。结果表明,超声处理后牦牛乳的脂肪含量、蛋白质含量以及pH值无显著变化(P>0.05),而均质效率和乳液稳定性显著提高(P<0.05);超声处理能够增加凝胶的储能模量,使得牦牛乳酶促凝胶的弹性增加。US5和US6的储能模量增幅最多(分别为6 824和7 189 Pa),但凝胶时间长。与CK相比,超声牦牛乳US1、US2、US3和US4的凝胶时间分别缩短了1.78、3.72、5.75和4.74 min;超声处理在改变乳蛋白表面疏水性的同时减小了脂肪球尺寸。与CK相比,US3最大荧光强度显著增加了51.22%(P<0.05),脂肪球粒径分布范围为0.300~4.002 μm,集中在1.974 μm处。US4最大荧光强度显著降低了5.31%(P<0.05),脂肪球粒径呈双峰分布,范围为0.131~4.502 μm。综上所述,经过不同时间和不同功率的超声处理后,US1~US6乳蛋白表面疏水性和脂肪球尺寸受到影响的程度不同,使得凝胶网络体系存在差异,从而表现出不同的凝胶特性。本研究为超声技术在牦牛乳凝胶类制品加工中的应用提供了理论基础。     

油脂预乳化提高大豆拉丝蛋白素食香肠品质

为了提高大豆拉丝蛋白（Textured Fibril Soy Protein,TFSP）素食香肠的品质,该研究将油脂预乳化工艺应用于TFSP素食香肠的加工,利用响应面试验设计优化了预乳化工艺条件,采用质构分析仪测定分析了产品的质构特性,并进行了感官评价。结果表明优化后的最佳预乳化工艺条件为菜籽油含量445 g/L、大豆分离蛋白浓度105 g/L、乳化机剪切速率9.0×103 r/min。与对照组相比,此条件下制作的预乳化-TFSP素食香肠的凝胶强度、硬度和咀嚼性分别提高了约1倍、10%和26%,且产品口感鲜嫩、富有汁液感,感官评价得分显著提高。采用激光共聚焦显微镜观察分析了不同工艺制作的TFSP素食香肠在煮制前后微观结构的变化,结果发现油脂预乳化工艺可大大提高乳化油脂的稳定性和在香肠凝胶基质中的均匀分布,从而使乳化油脂的'填充作用'得以发挥,不仅增强了TFSP素食香肠的保水保油能力,降低了蒸煮损失率,而且对香肠的质构和感官特性产生了重要影响。因此油脂预乳化工艺是一种辅助提高素食香肠整体品质行之有效的方法。     

土壤源热泵非稳态热流热响应试验中岩土热物性参数的确定

在土壤源热泵系统现场热响应试验时,复杂的现场状况会影响热响应试验中恒加热功率的实现,结合测试现场的实际状况,该文提出了非稳态热流工况下确定岩土热物性参数的方法。通过建立非稳态热流热响应试验系统模型,实施系统优化,使地埋管换热器进出水平均温度计算值和实测值的平方和最小,确定最优的岩土导热系数和容积比热容2个参数。对比同一测试地点的恒热流和非稳态热流热响应试验确定的2个热物性参数的结果,非稳态热流工况系统优化方法确定的岩土导热系数的相对误差为1.2%,容积比热容的相对误差为0.7%。同时,在非稳态热流工况下,利用系统优化方法确定热物性参数可适当缩短热响应试验的测试时间,降低了测试成本,为土壤源热泵系统热响应试验的实施和岩土热物性参数的确定提供了重要参考。     

基于响应曲面法的非道路用高压共轨柴油机设计点优化标定

针对柴油机采用高压共轨系统带来标定与优化工作量显著增加的问题,基于Box-Behnken设计与响应面法对处于标定阶段的一款非道路用高压共轨柴油机进行了研究。以该柴油机设计点为例,在最大转矩转速1 600 r/min与额定功率转速2 600 r/min的全负荷工况下,选取主喷油量、预喷油量、主喷正时以及喷油压力4个标定变量为因子,在满足设计指标与相关约束的条件下进行了优化标定。试验结果表明:基于响应曲面法建立的柴油机各二阶响应面回归模型具有良好的准确性和预测能力,决定系数R2、调整决定系数R2 adj以及预测决定系数R2 pred均在0.92以上,试验值与预测值的最大偏差不超过3.07%;优化之后得出的标定变量组合使得该非道路用高压共轨柴油机的最大转矩达到200.7 N?m,额定功率达到40.1 k W,满足其设计指标,同时有效燃油消耗率、空燃比、最高气缸压力以及最高排气歧管气体温度均在许可的约束范围之内,表明将响应曲面法用于非道路用高压共轨柴油机设计点的优化标定是可行的。     

酶解制备鱼鳞蛋白降血压肽的工艺优化

为有效利用鱼鳞制备降血压肽,以罗非鱼鱼鳞为原料,在121℃条件下进行热预处理15 min后,运用响应面分析法优化酶解制备鱼鳞蛋白ACE抑制肽的工艺条件。结果表明,以水解度和ACE抑制率为评价指标,筛选出碱性蛋白酶为最优酶。在单因素试验的基础上,根据Box-Behnken中心组合试验设计原理,最终确立最优的酶解工艺参数为:酶解时间2 h、酶解温度56.3℃、pH值8.0,酶底比1.1%,此条件下ACE抑制率理论值为87.95%,实际值为88.26%。最优条件下制得的酶解产物相对分子质量集中在300～3 000 Da之间,水解效果较好。本研究结果对酶解法制备鱼鳞蛋白降血压活性肽具有一定的实践参考价值。     

反渗透膜削减沼液氨氮工艺优化

为确定反渗透膜系统削减沼液氨氮的最佳反应条件,以氨氮去除率为评价指标,采用Plackett-Burman试验从影响氨氮去除率的4因素中筛选出运行压力、pH值和回收率3个显著影响因素,通过最陡爬坡试验逼近最大氨氮去除率区域,在此基础上,利用Box-Behnken响应面法对显著因素进行优化。结果表明:结合试验的可操作性,最优反应条件为:运行压力5.50 MPa,回收率76.00%,pH值7.70,氨氮的实际去除率可达96.13%。对去除率影响主次顺序为运行压力回收率pH值。运行压力和回收率、pH值和回收率,二者的交互作用均极显著,运行压力和pH值的交互作用显著。模型失拟项P=0.54410.05,表明失拟不显著,二次回归模型与实际情况拟合得很好,该研究可为深入了解反渗透膜削减沼液氨氮性能提供理论依据。