DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘要 为了研究C-xFe 2 O 3 对粉末冶金高锰无磁钢微观组织和力学性能的影响，将高锰预合金粉、电解Cu粉与一定量的C-Fe 2 O 3 混合，随后在烧结气氛为分解氨(N 2 :H 2 = 1:3)的网带炉中进行梯度工艺烧结，最终制得Fe-18Mn-3Cu-C块体合金。后对烧结体进行显微组织表征和力学性能测试。结果表明：烧结合金的组织均由奥氏体基体，铜相，富锰相组成，随着Fe 2 O 3 含量的增加(0~0.8 wt%)，高锰无磁钢的致密度、抗拉强度和总伸长率均呈现先升高后降低的趋势，在Fe 2 O 3 的质量分数为0.4%时，其致密度达到了最高值92.67%，对应的抗拉强度与总伸长率分别为581 MPa和8.1%，经计算可知，0.4wt% Fe 2 O 3 的加入将高锰无磁钢的抗拉强度和总伸长率分别提高了9.4%和66.7%，强韧化效果显著。这说明在烧结过程中Fe 2 O 3 粉与游离态石墨C和分解氨中的H 2 发生了还原反应，通过活化作用加速了合金粉末的烧结过程，并且促进了Mn元素的均匀化，同时促进了孔隙的闭合，提高了合金的致密度。
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user: 1. 引言 高锰无磁钢(Fe-Mn-Cu-C)凭借其在室温下具有稳定奥氏体组织的特性 [ 1 ]，在轨道交通，电力，建筑和国防工业中都有重要的应用，尤其是在一些尖端领域，如大型核聚变装置、超导发电、输电、储能设备以及磁悬浮列车的导向机构等对无磁钢的性能要求更高 [ 2 ] [ 3 ]。由于铸造工艺生产的高锰钢性能相对较好，目前工业上高锰钢的生产方式主要为铸造，然而，铸造工艺能耗高，加工精度低 [ 4 ]，并且在铸造过程中会产生较多的碳化物，碳化物的存在会致使高锰无磁钢的相对磁导率达到2以上，如此将难以满足行业标准对无磁钢相对磁导率应低于1的要求 [ 5 ]。 粉末冶金技术因其具有节能、减排、省材、产品精度高且稳定性好等一系列优点，常被用于大批量生产传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件，因而备受工业界的重视 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]。尤其是，粉末冶金加工过程可避免大量碳化物的形成，保持了无磁钢原有的物理特性，因此在无磁钢制备领域也具有很广阔的应用前景。然而，目前关于粉末冶金制备高锰无磁钢的研究寥寥无几。 以Fe-Mn-Cu-C为目标合金，其中Fe为基体元素，C、Mn为扩大奥氏体区的元素 [ 9 ] [ 10 ]，Cu可提高生坯致密化及烧结过程原子扩散行为，以及成形块体合金的致密度。为了尽可能避免Mn元素的偏聚和氧化，Mn元素以Fe-Mn-C预合金的形式加入 [ 11 ]。此外，综合考虑Fe-Mn-Cu-C合金中活性元素Mn的易氧化性及粉末成形度，设计了新型石墨C-Fe 2 O 3 活化剂，其中微细Fe 2 O 3 粉末在游离石墨和H 2 还原后具有活化作用，可有效降低合金粉末的烧结温度达到节能的作用，并且有助于活性元素Mn的扩散，减少氧化物的形成，降低合金的脆性。通过在目标高锰无磁合金粉中添加少量的C-Fe 2 O3新型活化剂，来探讨Fe 2 O 3 在粉末冶金工艺中的烧结特性，以及Fe 2 O 3 添加量对高锰无磁钢微观组织和宏观机械性能的影响规律，为今后关于高锰无磁钢的粉末冶金工艺优化提供一定的指导意义。
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user: 2. 试验 2.1. 实验材料 具体的合金的成分如表1所示。目标合金成分为：Fe-18Mn-3Cu-C，由高锰预合金粉(其中C：0.6 wt%；Mn：18 wt%；O：1.15 wt%；S：0.0059 wt%；其余为Fe)与Cu粉组成。其中预合金粉粒径 ≤ 100 μm；电解Cu粉，质量分数大于99.8%，粉末粒径 ≤ 75 μm。新型活化剂成分为：0.3 wt% C-xFe 2 O 3 ，其中石墨C粉，质量分数大于99.8%，粉末粒径 ≤ 50 μm；Fe 2 O 3 粉末，质量分数大于99%，粉末粒径 ≤ 800 nm，质量分数x取0~0.8 wt%范围。此外，添加了0.6 wt%的自制石蜡润滑剂。 Table 1 Chemical compositions of the sintered samples (wt% Base material alloy (wt %) Activation (wt%) Lubricant (wt%) pre-alloyed powder Cu graphite Fe 2 O 3 96.1 3 0.3 0 0.6 95.9 3 0.3 0.2 0.6 95.7 3 0.3 0.4 0.6 95.5 3 0.3 0.6 0.6 95.3 3 0.3 0.8 0.6 表1. 烧结样品成分表 2.2. 样品制备 按表1称量配比后，将称取的粉末先进行手动预混，后在V型混粉机上充分混合2.5 h，然后进行粉末生坯压制，后在气氛为N 2 :H 2 = 1:3的网带炉中进行粉末烧结。烧结工艺具体为：先将样品加热到550℃保温20 min，然后加热到900℃保温20 min，再升到1200℃进行烧结60 min，随后随炉冷却到室温。工艺路线图如下图1。 2.3. 性能测试 将烧结后的合金样品根据国家GB/T7963《烧结金属材料(不包括硬质合金)拉伸试样》标准先加工出拉伸试样，拉伸试样具体尺寸如下图2，后加工出金相试样等，金相试样先用砂纸打磨，后抛光，采用阿基米德排水法测试合金样品的致密度；采用Brucker D8 ADVANCE型X射线衍射仪采集合金样品的物相组成，其中扫描步长为0.02(˚)/s，扫描范围为20˚~120˚；后采用4%的硝酸酒精混合腐蚀液对样品表面进行腐蚀，采用Leica DMI莱卡金相显微镜和NOVA NANOSEM 430型扫描电镜，观察烧结合金样品的微观组织形态。采用CMT5105型万能拉伸试验机测试合金样品的室温拉伸性能，其中加载速率为1 mm/min。 图1. 烧结过程工艺图 图2. 拉伸试样尺寸
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user: 4. 结论 1) 添加C-Fe 2 O 3 对粉末冶金高锰无磁钢物相的组成影响不大，不会对高锰无磁钢材料的磁导率产生影响。微观组织主要由等轴状奥氏体相和富锰相组成，可见少量孔隙。富锰相和孔隙主要分布于等轴状奥氏体晶粒的边界处。 2) C-Fe 2 O 3 中的微细Fe 2 O 3 粉对高锰无磁钢的烧结有一定的活化作用，能够在还原H 2 气氛以及游离碳的作用下，减少粉末冶金高锰无磁钢中的氧含量，减少富锰相区域数量，促进各合金元素的扩散，使材料中的元素分布更加均匀。 3) 随着微细Fe 2 O 3 含量的增多，合金中的孔隙先减少后增加，合金中的富锰相区域数量也呈现出先减少后增加的趋势，合金拉伸力学性能亦呈现出先增加后降低的趋势，当Fe 2 O 3 含量为0.4wt%时，拉伸力学性能有最大值，抗拉强度和断后伸长率分别为581 MPa和8.1%，较未添加Fe 2 O 3 粉的样品分别提高9.4%和66.7%。
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user: 摘要 本文对比中美两国实验室体制发展建设，主要从四个方面加以分析，分别是安全管理制度、实验室试剂药品安全管理、实验室危险废弃物管理、大型仪器管理等四个方面加以比较，随后结合我国实验室建设实际，给出适合我国国情的实验室模式创新意见，即培训、考核、开放、共享的管理模式。
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user: 1. 引言 随着国内经济飞速发展，中国实验室建设步伐也越发加快，仅针对辽宁省而言，2020年就新增36个辽宁省重点实验室，主要依托省内各高校为建设平台。在实验室建设飞速发展的同时，如何提高实验室的运行效率，保障实验室工作人员的安全，提高实验室产出质量是目前省内实验室亟需解决的问题。本文主要针对实验室体制机制所面临的问题，提出关于辽宁省重点实验室建设的几点建议。实验室建设是一项重要工作，包含国家级重点实验室和省部级重点实验室。体制机制的创新是核心、关键，关系到实验室建设发展的成败好坏，必须解放思想、大胆创新，实施特殊的、更加开放的政策。同时要因地制宜、深入调研并持续总结提升；实验室体制机制创新政策的研究，是后续制订政策措施、为实验室建设发展提供制度保障的基础性工作。 本文对比中美两国实验室管理模式，提出更适合中国国情的可持续发展体制模式，主要从实验室安全管理制度、实验室试剂药品安全管理、实验室危险废弃物管理、大型仪器管理等四个方面进行讨论研究，通过细致分析两国实验室建设实际，将美国实验室建设中符合我国实验室建设的方法与我国实验室建设体制相结合，给出切实可行的实验室建设发展模式，主要建设思路可以归纳为培训、考核、开放与共享、有害废弃物处理。
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user: 2. 中美两国实验室体制机制比较 2.1. 美国实验室安全管理制度 美国实验室有一套系统规范的安全管理制度 [ 1 ]。主要由四个环节组成，分别是线上培训、课堂教学与考试、实验室安全准入门禁、实验室监督与再考核。首先是线上培训环节，在美国所有准备进入实验室工作或者学习的科研人员在进入之前需要经过系统的线上学习和培训。培训时以课题组为单位，每个实验室课题组会有专门人员为本课题组新进实验室的教师或者学生有针对性的制定专门的培训计划，每一个学员有自己的学习账号，可以随时在网络上进行登录、预约等自主学习，只有完成网络学习并通过网络测试的学员才可以有资格进入面对面授课课堂。这样做的优点是，学员在进入实验室之前已经对实验室安全操作有了系统的理解，并形成了自己的一套体系，在面授课堂时，可以有针对性的针对自己存在的问题进行交流，具有个性化，学习效果更显著。线上学习达到优秀的学员可以根据自己的时间有选择性的进入线下实体课堂，面对面授课主要采用小班制形式，每个班级10~20人，授课内容主要是实验室安全案例讲解，通过具体案例，提醒学员注意实验室安全，以及实验室安全的重要性。课堂授课师生互动较多，可以使学员更好的领会实验室安全相关知识，记忆深刻，在实验室中实验的时候可以严格按照安全制度操作，从主观上降低实验室安全事故的发生。课堂教学同样存在考核制度，在完成规定课堂教学任务的时候可以参加考试，考试优秀的学员会得到由课题组授权的实验室门禁卡，根据进入实验室人员工作任务的不同，门禁卡的权限不同，这也在很大的层度上降低了安全隐患。同样线上线下的考核结果也并不是一劳永逸，在学员使用实验室的过程中，如果出现操作事故，按照事故种类和事故大小可以对其权限进行相应调整甚至取消学员进入实验室权限，重新培训，这些都有效的降低实验室中因为人为因素引起的实验安全问题。 学员培训内容体系十分完整，主要包括四方面内容。一是基本内容，例如实验室规章制度、实验仪器基本操作规范、药品使用安全、消防标志、化学废弃物处理等，针对实验室类型不同，基本培训内容也不相同，例如对于生物实验室还包括动物关怀等内容。二是个人防护安全。进入实验室之前必须经过严格的去菌化过程，在实验室中穿戴防护服、佩戴护目镜、不在有毒有害气体实验室中停留、不佩戴首饰等等。每个实验室工作人员都会严格遵守相关规定，确保实验安全。三是废弃物处理流程。实验室中废弃物常常具有一定的污染性，含有强酸强碱药品或是易燃易爆物质，因此废弃物处理需要严格按照物品特性，分类收集，集中处理，目前国内一些实验室存在废弃强酸，强碱直接排入生活下水管道，给生活生产安全带来隐患。四是高精端仪器专项训练。对于某些实验组大型仪器设备采用专人培训，确保操作合理性，规范性，延长仪器使用寿命，使用前严格遵守预约制，做到有据可依，也为仪器检修保养提供依据。 与美国相比，在实验室准入制度上，国内近年来发展的也很迅速，大部分省部级实验室和国家实验室能做到使用岗前培训 [ 2 ]，无论手段是线上或者线下，但是存在的主要问题是培训流于形式，实验室操作人员没有足够重视，因此培训效果不明显。大部分学生在进入实验室之前不能准确的知道那些地方存在安全隐患，如何规范的使用实验仪器。据统计实验室安全事故中，有一半以上是因为人为因素造成的，因此提高实验室人员安全意识，有效的进行实验室安全准入制度尤为重要。在实验室安全管理上，英国同样也有值得借鉴的地方，例如英国化学仿真实验室，其在实验室安全管理上做的也非常突出，实验人员在首次进入实验室之前就需要准确的知道逃生通道位置，逃生路线，实验室每月举行一次安全演练，听到警报声时，所有实验室内师生需要无条件第一时间停止实验，沿着逃生通道到达实验楼外，直到警报解除，这些方法都值得我们借鉴。 2.2. 实验室药品试剂安全管理 与国内相比，美国实验室对试剂药品管理有着严格的要求，试剂药品管理主要看两方面，一方面是保证试剂药品的使用安全，另一方面是如何有效的对试剂药品进行共享和回收利用。首先讨论试剂药品的使用安全。美国联邦职业安全与健康管理局规定，所有实验室都应该备有试剂管理计划，也就是能详细说明安全条款和应急操作步骤的手册。同时要求每个化学品都必须有化学物质安全信息表 [ 3 ]，对于易制毒、易制爆等危险化学品试剂采用统一保管，项目组负责人审批使用的管理模式，如果发生易腐蚀药品泄露事件，则由专门负责人员统一处理。国内各重点实验室都出台适合本实验室药品试剂处理办法，但是大多流于形式，监管不到位。第二方面是对试剂药品的充分使用和共享，在实验室中，大部分试剂药品存在一定使用期限，例如半导体器件中用来固定纳米线的银浆，开封之后其使用期限是六个月，一般来说一个实验组很难在六个月内将其使用完，如何能够物尽其用也是实验室建设中应该考虑的问题，在这一点上，与国外实验室相比，我们可以完善试剂药品购买程序，例如对于每一个实验室进行统一购买试剂药品，购买的经费由各个实验组根据实验经费按比例缴纳，而未用尽的实验药品也可以在学校内进行无偿转让，这样就能做到物尽其用，大大降低了药品试剂的浪费情况。信息化技术高速发展，未来实验室内所有药品试剂也将形成数字化信息，这样就能做到信息公开透明，减少不必要的试剂重复购买，以及长时间存放试剂所造成的试剂污染，同时试剂存放也需要大量的人力物力资本，因此试剂药品数字化工程将是有限的提高实验室工作效率的手段。 2.3. 实验室危险废弃物管理 国内重点实验室数量较多，因此科研实验所产生的危险废弃物也较多，我国在2014年出台了国家标准“实验室废弃化学品技术规范”，并于2015年5月1日开始实施。该标准中明确了废弃化学品的定义，及实验室中废弃化学品的分类处理方法，标准较为详细，但是国内实验中心并没有完全按照该标准进行实验废弃物处理。在该项标准基础上，2017年我国出台了“实验室废弃化学品安全预处理指南”，该指南中明确了对危险废弃物需要先在实验室中进行预处理，由至少两名实验室专业人员负责，对在实验室内不能预处理的危险废弃物则需要分类放置，集中处理 [ 4 ]。美国则是将危险废弃物的处理与环境保护联系，并将具体细则写进联邦法规中，中美对待废弃物的处理既有相同的地方，也有不同的地方，相同的地方在于都注重与危险废弃物的过程管理，像操作人员的培训考核、废弃物的细致分类、物品标签标识、统一处理，特殊处理等；不同点在于我国现实行的标准并没有明确的量化要求，也没有上升到法律法规层面。 2.4. 大型仪器管理模式 美国实验室管理手段非常先进，实验室开放程度非常高，研究人员可以随时进入实验室进行实验研究，设备使用率高。对于大型实验仪器，例如质谱仪、核磁共振设备等一般由学校统一购买，这些仪器对操作人员技术水平要求较高，因此由专门负责人员统一管理维护。而对于各个实验组的小型仪器，则有各实验组的学生负责。在经过网络培训和线下课堂授课培训合格后，进入实验室的学生会根据学生自愿的原则，在每一届的学生中培养一名同学负责仪器的使用与日常维护，这样做的优点在于培养了学生的责任感，使学生能够更加爱护实验仪器，另一方面与实验室工作人员负责维护仪器相比，学生更加了解自己所使用的实验仪器，而且也降低了实验室工作人员的人力成本。更重要的一点是，这些小型实验仪器是免费对外开放的，课题组外的人员如果对仪器有使用需求，则只需要通过预约系统进行预约即可，这也极大的提高了仪器的使用率，只有仪器使用率提高才能提高实验室的成果输出量。
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user: 3. 我国实验室管理模式创新研究 通过对比中美两国实验室体制机制，结合我国实验室管理实际，本文给出了几点适合我国实验室建设的意见。主要发展方向为培训、考核、开放与共享、有害废弃物的处理。 3.1. 岗前培训 首先是进入实验室之前的培训工作，目前国家正在大力发展金课建设，随之而来的是数字化课堂的成熟化，实验室建设可以搭乘课程建设的东风，充分利用网络资源，在学生进入实验室之前开展线上培训。线上培训的优点是时间宽松，学习人员可以根据自己的实际情况自由选择培训时间，完成所有必修培训课程后参加线上考试，只有线上考试完全正确的学生才可以进入实体课堂培训，针对不同的课题组，由课题组根据组内实验实际进行有针对性的培训，做到让每个学生重视实验室安全使用，严格按照操作规范进行操作。 3.2. 考核 完善考核制度，不能一次考核代替终身准入。要建立流动考核机制，考核方法多样化，可以是规章条例的笔试考核，可以是实际操作的动手能力考核。考核方法和考核时间的权力交由每个课题组按照自己组内实际，分别进行。考核的目的是督促实验室人员熟悉实验室操作规章制度，做到严格按照实验安全规范操作，最大限度降低人为因素的安全隐患。同时可以利用校园一卡通代替门禁卡，国内较为常用的是校园一卡通，实验室大部分依托高校建立，个别不是高校的实验室也可以制备实验室一卡通。数字化的推广可以使一卡通的用处多种多样，针对不同课题组可以给一卡通不同的使用权限。 3.3. 开放与共享 加快推进实验仪器的开放与共享预约使用，国内较为常用的通讯手段是微信，我们可以利用微信进行实验仪器的使用预约，药剂用品的共买共用，未使用药品的无偿领用预约制度等，做到信息透明，方便查找，也可以利用微信公众号发布药品、仪器无偿使用时间点，充分提高仪器使用效率。 3.4. 有害实验废弃物的处理 目前对我国来说，化学废弃物处理走到立法阶段还需要时间，但是我们可以通过对学生的教育培训，提高学生自觉性和主人翁意识，主动做到有害化学废弃物分类处理，专项处理。另外针对实验室管理，目前国内较为广泛使用的层级管理制度，对于实验室建设来说，层级管理制度效率太低，有效性也差，通常最高层级的管理者并不了解实验室实际，而且审批手续较为复杂，大大浪费时间，因此我们可以采用每个课题组由一位专门负责的老师，其余则由学生负责实验仪器的维护和使用，这样可以提高仪器使用效率，节约时间成本。
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user: 4. 结语与展望 我国的实验室建设已经走上了快速发展的道路，国家投入的大量资金支持实验室可持续发展。本文通过对比中美两国实验室建设发展模式的相同点和不同点，给出了适合我国实验室建设的发展思路。在进入实验室之前要经过严格的安全培训、实验室中流动考核、实验室开放共享、实验室废弃物专项处理的发展模式下，我国的实验室建设会大大提高投入产出比，降低安全事故，做到实验室废弃物无害化可持续发展，在今后的研究中，我们会更加细致地研究实验室高效、安全的发展模式，为我国实验室建设提供切实可行的参考依据。
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user: 摘要 血脑屏障是人脑的一种重要功能性屏障，也是药物治疗脑部疾效果欠佳的重要原因。鼻腔给药作为一种非侵入性的脑部给药方式，联合纳米颗粒能有效透过血脑屏障，提高进入脑内的药物浓度，从而改善脑部疾病的治疗效果。本文章将对适用于经鼻腔给药的纳米颗粒，用于治疗脑部疾病的研究进展进行综述。
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user: 1. 前言 受血脑屏障的限制，进入脑内的药物往往浓度较低，这是多数药物治疗脑部疾病效果欠佳的原因，所以克服血脑屏障、提高进入脑内的药物浓度成为目前研究的热点。一些侵入性经颅给药和短暂开放血脑屏障的给药方法，虽然可以提高脑内药物浓度，但成功率低且部分属于有创方式。相比之下，鼻腔给药可以通过嗅觉上皮和嗅神经通路绕过血脑屏障将药物运送至大脑，具有非侵入性、易于给药、避免肝脏的首过代谢等优点，有望成为一种可靠且有前途的脑部给药方式。近年来，纳米颗粒被证实可以穿过血脑屏障，具有其粒径小、易于装载药物、可以添加表面黏附剂增强脑靶向性等优势。将纳米颗粒与鼻腔给药联合，有望提高进入脑内的药物浓度，并改善对脑部疾病的治疗效果。 本文将对用于鼻腔给药的纳米颗粒，例如：脂质纳米颗粒(Lipid nanoparticles， LNs)、纳米乳液(Nanoemulsions， NEs)、壳聚糖纳米颗粒等，及其用于治疗脑部疾病的研究进展进行综述。
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user: 2. 利用鼻腔给药治疗脑部疾病的机制 经鼻腔给药后，药物首先暴露于鼻黏膜，鼻黏膜上存在嗅觉上皮，而嗅觉上皮又由嗅神经和三叉神经支配，因此，鼻内给药的主要途径是通过嗅神经和三叉神经通路进入绣球 [ 1 ] [ 2 ]，然后进入脑组织或脑脊液。其中，经嗅觉途径发生的转运常被分为缓慢的神经元内(轴突内)转运和较快的神经元外(神经细胞外间隙)转运 [ 3 ]；入脑后，药物主要通过简单扩散方式进入大脑的其他区域，动脉脉动作用也会参与其中 [ 4 ]。 目前临床可用的脑内给药途径，主要包括：脑室内或脑实质内注射、使用微型泵的颅内递送、导管输注、聚焦超声开放血脑屏障等，但他们常依赖一定的侵入性操作并具有风险 [ 5 ]。相比之下，鼻腔给药部位易于接近、可以避免肝对药物的首过代谢，经鼻腔给药的药量通常比口服剂量低2~10倍 [ 6 ]。近些年，利用鼻腔给药，向中枢神经系统输送多种治疗药物(包括小分子和大分子、肽和蛋白质、合成基因等)，用于治疗阿尔茨海病在内的多种退行性神经疾病 [ 7 ]。
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user: 3. 经鼻腔输送的纳米颗粒及其临床应用 纳米颗粒往往指直径10~100 nm之间的天然或人造聚合物，目前已证明这些物质可有效地穿越血–脑屏障或血–脑脊液屏障，能有效地将搭载的治疗药物输送至脑内靶点 [ 8 ]。尤其小直径的颗粒可以通过(口服和鼻内)粘膜给药，并穿透毛细血管或粘膜表面最后进入脑内 [ 9 ]。 纳米颗粒作为载体，除具有靶向性好和表面积/体积比较高等优势外，还能提高装载药物的生物利用度和药物靶向性。多数情况下，它能够保护被装载的药物免受生物/化学降解、P-gp流出蛋白的细胞外转运作用 [ 1 ]。经过粘附聚合物和吸收促进剂表面修饰后，纳米颗粒能延长药物与鼻粘膜的接触时间，增强药物的渗透性。相比其他类型的制剂，纳米颗粒还能够进行持续、可控地药物释放，相应减少患者所需的给药剂量和给药频率。 3.1. 脂质纳米颗粒(LNs) 因为脂质基质具有良好的生物相容性，脂质纳米颗粒被广泛应用于亲脂性药物输送 [ 10 ]。LNs由多种脂质以及表面活性剂/辅助表面活性剂制成，是一种安全、通用的给药载体，适用于经鼻腔等多种给药途径。主要包括固体脂质纳米粒(Solid lipid nanoparticles， SLNs)、纳米结构脂质载体(Nanostructured lipid carrier， NLC)、脂质–药物缀合物(Lipid-drug conjugate， LDC)和脂质纳米胶囊(Lipid nanocapsules， LNCs)，其次是囊泡、转移体和脂质体。与聚合物或无机纳米颗粒相比，这些脂质纳米颗粒生物相容性更强，且便于大规模生产。除此之外，脂质纳米粒对蒸汽灭菌是稳定的，即使存在不饱和脂质过氧化的风险，也可以使用γ-辐射灭菌 [ 10 ]。由于在环境温度和体温下的低熔点和固体度等优点 [ 11 ]，目前对于鼻腔给药的研究主要集中于SLN。 SLN装载药物后，可用于治疗阿尔兹海默病、亨廷顿病等神经疾病。装载到SLN后，乙酰胆碱酯酶抑制剂(利伐斯的明)显示出更高的药物扩散效率，可用于治疗阿尔兹海默病。在利用绵羊鼻粘膜的离体研究中，SLN作为药物载体未导致鼻纤毛损伤或细胞坏死，表明其用于鼻腔给药是安全的 [ 12 ]。塔伦氟比尔是一种非甾体抗炎药，在治疗阿尔茨海默病方面表现出一定潜力。经SLN搭载和鼻腔给药后，塔伦氟比尔在大鼠中获得了满意的脑内生物分布，优于静脉和口服给药途径 [ 13 ]。在动物亨廷顿病模型中，携带迷迭香酸的SLN，无创性从鼻到脑给药，结果证实这是一种有效且有前途的治疗亨廷顿病的方法 [ 14 ]。此外，抗精神病、抗抑郁、镇静和抗癫痫药物也是LN介导的鼻–脑给药的合适候选者。另外，一种非典型的抗精神病药物——利培酮，由SLN负载后经鼻腔给药，药效学和药代动力学结果表明载有利培酮的固体脂质纳米颗粒在脑靶向方面优于单纯的利培酮 [ 15 ]。 经鼻脑给药的脂质纳米颗粒在治疗脑部疾病中虽有很多优势，但也存在一些不足。脂质纳米颗粒普遍存在药物负载能力较低的问题，SLNs装载的药物量有限且在储存期间会少量排出，与之相比，NLCs能增加药物的装载量。其次，有研究发现在载药量较低时，NLCs释放药物比SLNs更快，并且NLCs在25℃时显示出比SLNs更好的稳定性；但在高载药量时，两种制剂都能持续、长期的释放药物，二者没有显著差异 [ 16 ]。除此之外，用于鼻腔给药的脂质纳米颗粒研究，多数在动物实验中进行，只有很少的几个完成了临床试验，在商业上并太不成功。 3.2. 纳米乳液(NEs) 又称微乳液，是使用适当的表面活性剂、稳定的水包油(O/W)或油包水(W/O)分散体 [ 17 ]，可以通过口服以及鼻腔等不同途径给药 [ 18 ]。制备NEs需要的表面活性剂通常比其他胶体分散体少，需要乳化剂来促进NE的形成并确保其在储存期间的稳定性，乳化剂也可以是蛋白质和脂类。NEs平均液滴直径约为100 nm，但也有文献中报道了高达300 nm的NEs [ 6 ]。因为NEs是小尺寸的液滴，所以它的特征在于比其他制剂具有更高的表面积/体积比，并且具有长期的物理稳定性、小液滴尺寸和最佳溶解性能等优势，因此可以解决药物溶解度和药物稳定性的问题 [ 17 ]。 纳米乳已被用于鼻腔给药和治疗大多数脑部疾病，它可提高药物利用度和减少药物剂量，从而减小一些药物的不良反应。有研究者在小鼠癫痫模型中，对比托吡酯纳米乳剂的鼻腔给药和口服给药效果，结果经鼻腔给药组的脑内药物浓度明显高于经口服给药组 [ 19 ]。对于阿尔兹海默病，有研究者用Tc99m标记的NEs进行大鼠体内实验，观察到装载了盐酸多奈哌齐的NEs经鼻腔给药后脑内药物浓度明显升高，有望成为治疗阿尔茨海默病的一种新方法 [ 20 ]。有研究者经猪鼻腔给予丁苯那嗪纳米乳剂，结果表明这是一种治疗与亨廷顿氏病相关运动亢进的可行替代方案 [ 21 ]。 NEs具有尺寸小、可制成不同剂型、稳定性高、溶解度好、各种途径均可给药(包括鼻腔给药)等优势，但NEs中所使用的脂质数量取决于乳剂的种类和系统中装载药物的溶解度 [ 22 ]，且油相时必须能溶解和维持药物浓度，所以乳剂的增溶能力至关重要。此外，还需要尽可能高的药物溶解度来减少制备NEs时所需的脂质，同时减少表面活性剂用量以减小毒性。尽管在体外和体外都有令人鼓舞的结果，但似乎因为缺乏确定制剂对鼻粘膜和纤毛的影响的详细的毒理学研究以及缺乏广泛的临床试验，而导致纳米乳剂在人鼻中的应用受到阻碍 [ 17 ]。 3.3. 壳聚糖纳米颗粒 壳聚糖(Chitosan， CS)是唯一一种具有良好生物相容性、生物降解性和安全性的天然碱性多糖，也是鼻腔给药中良好的吸收促进剂。由于壳聚糖纳米颗粒表面带正电荷，而细胞膜表面带负电荷，从而增加了在鼻粘膜上的停留时间，有利于药物从鼻腔输送到大脑 [ 23 ]。CS可以增强亲水性药物、核酸、蛋白质和肽渗鼻上皮细胞中的渗透性。作为载体材料而制备的CS纳米颗粒具有防止酶降解、控制药物释放和提高生物利用度的优点，同时毒性低和易制备，是一种极具潜力的药物传递载体。此外，壳聚糖纳米颗粒还具有控制活性剂释放的能力 [ 24 ]，可溶于酸性水溶液，从而避免了在制备中使用一些有害的有机溶剂。 羧甲基壳聚糖纳米颗粒作为载体，经鼻腔给药时能够增加脑内的药物浓度 [ 25 ]。以羧甲基壳聚糖纳米颗粒作为载体，经鼻给药(卡马西平)治疗癫痫，载药量和包封率均得到提高。有研究证明，卡马西平经羧甲基壳聚糖纳米颗粒装载后，通过猪鼻粘膜给药，会使药物生物利用度和脑内靶向性都得到增高 [ 26 ]。沈淼山等人，制备了壳聚糖神经毒素纳米颗粒，对鼠经鼻腔给药后，发现它能显著增加血脑屏障的开放性，提高了脑内神经毒素的浓度，因此，作者认为壳聚糖纳米颗粒是携带大分子药物入脑的良好载体 [ 27 ]。 壳聚糖纳米颗粒易溶于酸性溶液中，但在中性和碱性溶液中溶解度低，制备方法必须根据其要输送的药物而改变。除此之外，目前还没有经鼻腔给予壳聚糖纳米颗粒用于治疗人体脑部疾病的报道，其能否用于临床尚存在一些问题有待研究和证实。
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user: 4. 经鼻腔纳米颗粒给药治疗脑部疾病的局限性 经鼻腔给药是药物进入脑内的可行途径，作为载体的纳米颗粒必须是无毒的，且不会损害初级嗅觉神经元和嗅觉、不破坏鼻粘膜或破坏程度轻微；但一些纳米颗粒的材料以及制备中所使用的表面活性剂，可能存在一定毒性，因此制备适合鼻腔给药的纳米颗粒尚存在一定挑战，应减少一些可能确定毒性问题的表面活性剂的用量。关于表面活性剂毒性问题，有文献报道二氧化硅颗粒可以降低表面活性剂溶液的毒性，并且已经确定二氧化硅颗粒可以被认为是无毒的；尽管如此，活性剂毒性降低也要取决于表面活性剂的离子特性 [ 28 ]。一般而言，多数纳米制剂是安全的，因为据目前所知，文献中还未有明确报道其致突变的作用，并且仅使用一些相对安全的药物制剂进行制备 [ 6 ]。此外，纳米颗粒与鼻粘膜长期接触后，可能会导致鼻粘膜刺激、组织损伤、上皮/亚上皮毒性或纤毛毒性，还可能影响鼻腔内的微生物环境 [ 29 ]。在设计合适的鼻-脑给药配方时，尽量考虑低剂量有效、有良好的水溶性或者必须能够使用增溶剂进行配制的药物，除此之外减少药物与鼻黏膜的接触时间 [ 30 ]。纳米颗粒的物理特质对其穿过血脑屏障进入中枢神经系统有显著影响，所以选择时应综合考虑载体的尺寸、表面积、表面电荷、生物降解性、无毒、生物相容性、成本效益和靶向性等问题 [ 31 ]。
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user: 5. 结论和展望 鼻腔给药是很有前途的脑部给药方式，结合纳米颗粒载体的优势可以更好将药物靶向性地运送至脑内，提高进入中枢神经系统的药物浓度，这将可能是一种极具潜质的脑部疾病治疗方式。虽然目前多数研究尚停留在动物实验阶段，但一旦成功运用于人体，经鼻腔给药的纳米颗粒将有可能解决目前脑部疾病药物治疗中的许多棘手问题。
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user: 摘要 钢丝绳是船用克令吊重要配套件之一，除了满足正常的破断力、长度及捻向外，扭转性能也是一项重要机械特性。对于某些用途钢丝绳，扭转特性是选择钢丝绳时首先要考虑的因素。部分船用克令吊在交船后出现起升钢丝绳打扭故障，影响克令吊的正常使用，对起升钢丝绳打扭的原因进行分析并找出其解决方法是非常必要的。
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user: 1. 引言 以H300160-300型船用克令吊为例，主要参数为额定载荷30吨，最大回转半径30米，最大起升高度35米。在最小回转半径时，吊臂头部到舱底的距离约为60米。该型克令吊在实船使用时均出现不同程度的起升钢丝绳打扭问题，如图1所示。为了解决该问题，降低用户的损失，保证船用克令吊的正常使用，有必要研究船用克令吊起升钢丝绳打扭的原因和相应的解决方法。 图1. 起升钢丝绳打扭现象照片
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user: 2. 船用克令吊起升钢丝绳打扭的原因分析 为了找出船用克令吊起升钢丝绳打扭的主要原因，通过理论计算、有限元分析及起升钢丝绳安装三个方面进行分析。 2.1. 理论计算 目前船用克令吊起升钢丝绳采用的型号为35W*K7。参考文献 [ 1 ] 中提供的常用钢丝绳扭转系数，35W*K7的钢丝绳扭转系数为0.02。国际知名品牌BRIDON钢丝绳样本中明确了35W*K7同类型交互捻钢丝绳的扭转系数是0.008；因此在以下理论计算船用克令吊起升钢丝绳扭转稳定性过程中，35W*K7的扭转系数分别取0.02和0.008。 按照布顿钢丝绳样本提供的计算方法，其计算公式是 S 2 = 4000 ∗ L ∗ T v sin θ 其中S是指绳子之间的距离，单位用mm； L是每组绕绳系统的长度； T v 是绳子的扭矩值； θ是滑轮的角位移； 以上每个字符结构示意见如图2： 图2. 起升钢丝绳工作示意图 根据公式 S 2 = 4000 ∗ L ∗ T v sin θ 得知，当滑轮角位移超过90˚ ( sin θ = 1 )，吊钩组扭转的不稳定性导致钢丝绳发生打结现象。因此钢丝绳绕绳系统的稳定性测试可以通过公式 S > 4000 ∗ L ∗ T v 表达，进一步得知钢丝绳缠绕系统的稳定时绕绳系统的长度 L < S 2 4000 ∗ T v 。 以H300160-300机型为例，按照上述钢丝绳扭转系数0.02和布顿的计算公式得知以下信息： 其中 S = 710   mm + 34   mm = 744   mm ， T v = 0.02 ∗ 34   mm = 0.68   mm ，将其代入 L < S 2 4000 ∗ T v 中，L < 203.5 米，即在当绕绳系统长度在203.5米以内均不会出现钢丝绳打结现象； 我司H300160-300的绕绳系统的长度是60米，通过公式 θ = sin − 1 4000 ∗ L ∗ T v S 2 得知吊钩到底舱底时， 滑轮的角位移约17.1˚； a) 若按照布顿钢丝绳厂家提供的35W*K7的交互捻钢丝绳的扭转系数取0.008，H300160-300绕绳系统的长度是60米，其滑轮角位移约6.77˚。 b) 按照文献 [ 1 ] 的计算方法，核算H300160-300的钢丝绳打扭状况： 当安全系数n大于1时，钢丝绳不会出现打结现象 [ 2 ]，具体计算过程如下： 安全系数： n = T k T n ； 钢丝绳缠绕系统反向扭矩： T k = 2 l s H ； 其中l表示2个定滑轮间距的一本，单位是mm，该值是508 mm； s表示钢丝绳缠绕直径的一半，单位是mm，该值是355 mm； H表示钢丝绳最大悬长，单位是mm，该值是60，000 mm； 外扭矩： T n = T g + T z ； 钢丝绳自旋对钢丝绳缠绕系统产生的旋转扭矩： T g = k d a ； 吊钩滑轮推力轴承的摩擦力矩 T z = c P R = c R a η ； 其中k表示钢丝绳自旋系数，取值0.02； d表示钢丝绳直径，单位是mm，该值是34mm； a表示钢丝绳分支数，该值取2； c表示推力轴承摩擦系数，一般取0.003； R表示推力轴承摩擦力臂，单位是mm，该值是61.25mm； η表示钢丝绳缠绕系统的效率，该值取0.99； 将以上公式及各个值带入 n = T k T n ，得出n是3.487，即钢丝绳缠绕系统反向扭转大于钢丝绳的外扭矩， 钢丝绳不会出现打扭现象； 同时计算了当H为203，500 mm时(上述2.1计算得出的L值(203.5米))，n是1.028，钢丝绳处在打结的边缘，与布顿钢丝绳厂家提供的样本计算结果基本吻合。 2.2. 仿真分析 通过对起升钢丝绳绕绳系统(钢丝绳的扭转系数取0.02)仿真分析 [ 3 ] 得知，钢丝绳吊钩在舱底(起升高度约60米)时其偏转角度约13˚，如图3所示。 图3. 仿真分析结果图示 从吊臂头部向下看，吊臂与吊钩组件理论上是垂直的，二者之间的夹角定义为90˚，其中左旋钢丝绳会使得二者时间的夹角变大，右旋钢丝绳会使得二者时间的夹角变小，因此上图中从上至下的含义是(钢丝绳的扭转系数为0.02)： 左旋钢丝绳，绕绳高度是60米，吊钩组件偏转约13˚左右； 左旋钢丝绳，绕绳高度是40米，吊钩组件偏转约9˚左右； 右旋钢丝绳，绕绳高度是40米，吊钩组件偏转约9˚左右； 右旋钢丝绳，绕绳高度是60米，吊钩组件偏转约13˚左右。 2.3. 起升钢丝绳的安装 起升钢丝绳不规范的安装过程，容易将附加扭矩引入到起升钢丝绳中。在起升钢丝绳安装完后，吊钩滑轮组上方的钢丝绳处于自由扭转状态，此时引入到起升钢丝绳中的附加扭矩就会使起升钢丝绳和吊钩组发生旋转，当引入的附加扭矩较大时，吊钩滑轮组旋转超过90˚，起升钢丝绳发生打结。 起升钢丝绳的安装均是按照克令吊舾装要领书上钢丝绳安装要求执行的，因此起升钢丝绳安装不规范是次因。
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user: 3. 起升钢丝绳打扭的解决方法 通过查阅相关资料及实践试验的验证，起升钢丝绳打扭解决方法如下： 1) 在吊钩空载下，操作俯仰手柄将吊臂俯仰至大约70˚，然后操作起升手柄，将吊钩下降船舱内的下限位位置，然后确认起升钢丝绳扭绞的圈数和吊钩扭转的角度； 2) 打开舱口盖，将吊臂搁置在吊臂托架上； 3) 缓慢操作起升手柄，慢慢将起升钢丝绳从滚筒上退出，直到起升钢丝绳松弛限位起作用，吊机停机； 4) 在距离起升钢丝绳琵琶头约1米的位置安装挡块(或链)用于固定住手动葫芦的链钩，同时用链(或者钢丝绳)固定住用手动葫芦； 注意：葫芦要放在俯仰钢丝绳侧，给起升钢丝绳琵琶头的安装预留出空间，如图4。 图4. 钢丝绳琵琶头的固定 5) 如图5所示，在起升钢丝绳琵琶头端上做标记，以便确认起升钢丝绳扭绞的圈数； 6) 塔身顶部或吊臂头部从眼板中取下起升钢丝绳琵琶头； 7) 从上向下看，当吊钩组件顺时针(或逆时针)旋转时，逆时针(或顺时针)旋转起升钢丝绳(从塔身向吊臂看)； 备注：根据实际操作经验，第一次转动最多可以转1圈，后续最多转动0.5圈； 8) 在塔身顶部或者吊臂头部滑轮组里的起升钢丝绳做好标记； 图5. 钢丝绳琵琶头标记 9) 在吊臂头部用管钳和绳夹转动起升钢丝绳，以便滑轮的另一边的起升钢丝绳能转动； 10) 解开扭绞的起升钢丝绳所需的转数(N)约等于起升钢丝绳扭绞圈数(n)的3倍，如图6所示； 图6. 钢丝绳打扭圈数与解绳圈数关系图 11) 当起升钢丝绳转动几转后， 起升钢丝绳变得难以转动时，将起升钢丝绳琵琶头装入塔身顶部(吊臂头部)，启动克令吊，操作克令吊进行起升和变幅动作以便起升钢丝绳扭绞能够通过滑轮；然后，再取下起升钢丝绳琵琶头，用相同的方法再次转动起升钢丝绳； 12) 在消除起升钢丝绳扭绞问题后，按上述方法确认起升钢丝绳、吊钩是否扭绞。 如果扭绞仍存在，重复以上操作直到扭绞现象消除； 13) 在起升钢丝绳扭转消除后，克令吊进行3个小时的额定载荷的耐久试验，以消除钢丝绳内部的应力和定型钢丝绳结构形式。
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user: 4. 结论 综上所述，找到起升钢丝绳打扭原因以及该问题的成功解决，在保证船用克令吊的正常使用和船舶营运的同时，对于同类钢丝绳打扭问题的分析和解决都有很好的指导性，也能在深井起重设备和其他大起升高度起重设备的钢丝绳打扭问题的分析和解决时进行借鉴。
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user: 摘要 在现有桨式搅拌釜中，针对不同的桨叶角度，运用Fluent软件对搅拌釜内固液混合效果进行数值模拟。通过分析轴截面液相速度矢量图和固含率云图可知，随着桨叶与水平面间角度的增加，底部的固体颗粒沉积越多，减小桨叶与水平面间角度虽然有利于减少底部固体沉积，但同时导致了上部固体颗粒含量较少。考虑整体混合效果，得出桨叶与水平面间角度成30˚时，搅拌釜内固液混合效果最佳。
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user: 1. 引言 桨式搅拌釜因其操作条件可控范围较大，广泛的应用于生物、化工、食品、制药等多种多样的工业生产过程中 [ 1 ]。其通过搅拌桨在液体中旋转，向液体提供能量，促使液体在搅拌釜中作某种循环运动以达到加快传质、反应及热传递的目的 [ 2 ]。在桨式搅拌器中，桨叶与水平面间的角度会直接影响搅拌效果，不同角度的桨叶旋转后使搅拌釜内流体产生强度不同的轴向流以及径向流，从而影响搅拌釜内固液两相的混合效果。 计算流体力学(CFD)已经广泛运用于搅拌过程中的流场模拟，实现流场分析的可视化，一定程度上替代了实验，缩短了研究周期 [ 3 ]。许卓、赵恒文 [ 4 ] 等人运用Fluent软件对桨式搅拌器搅拌桨在不同安装高度的情况进行了数值模拟，模拟了搅拌槽内流场的湍流强度分布、流场速度分布以及搅拌功率大小，结果表明，在合适的安装高度下，搅拌功率随着安装高的增加略微减小。黎义斌、宋亚娟 [ 5 ] 等以某搅拌反应器的推进式桨叶为研究对象，通过对四种推进式桨叶内部气液两相流动进行数值分析，实现了推进式桨叶参数设计和性能优化。张晓雨、龙梅 [ 6 ] 等对3种安装不同类型桨叶的挡板搅拌槽进行了数值模拟研究，分析并对比不同类型桨叶的固液流动特性，结果表明，PBT6产生轴向流，RT6和FBT6产生径向流，且RT6的搅拌性能优于FBT6。本文针对桨式搅拌釜桨叶与水平角度的变化进行数值模拟，根据数值模拟结果为桨式搅拌釜桨叶角度的选择提供一定的理论依据。
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user: 2. 模型建立及网格划分 2.1. 模型建立 本文的主要研究对象是桨式搅拌釜，如图1示，液面高度为2.4 m，桨叶数量为2，安装高度0.8 m，转速N = 100/rpm，桨叶直径为0.6 m。仿真采用的桨叶与水平面间角度分别为15˚、30˚、45˚、60˚、75˚、90˚，搅拌物料为水和二氧化硅颗粒。其中二氧化硅密度为2400 kg/m 3 ，颗粒直径为7.4 μm，体积分数为30%；水的密度为1000 kg/m 3 ，粘度为0.001003 Pa∙s。 图1. 桨式搅拌釜示意图 2.2. 网格划分 在Solidworks中搭建三维模型，完成后导入DesignModeler进行网格划分前处理。本数值模拟使用多重参考系法(MRF) [ 7 ]，以桨叶底部为坐标原点，将桨叶及周围流体设置为动区域，其余部分设置为静区域。由于非结构化网格具有较好的适应性，本文采用了Mesh软件中为整个流体区域生成非结构化网格，对动区域以及桨叶和轴表面进行网格加密处理。在壁面处采用inflaction法生成膨胀层，四面体网格总数量为2，373，998个，其中动区域网格数量为196，933个。整体网格和动区域网格分别如图2和图3所示。 图2. 整体网格 图3. 动区域网格
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user: 3. 数值模拟 3.1. 数值模拟依据 搅拌釜内的流体运动属于三维湍流，具有不规则性，连续性，三维性，耗散性及扩散性。整个釜内的流体应当遵循质量守恒，动量守恒和能量守恒三大基本定律。本文中开展的数值模拟涉及到在湍流情况下的物料混合，严格依照湍流运输方程和遵照组分守恒定律进行。 3.1.1. 质量守恒方程 对于不可压缩流体，质量守恒方又称连续性方程 [ 8 ]，其表达式为： ∂ u ∂ x + ∂ v ∂ y + ∂ w ∂ z = 0 式中u、v、u分别为速度矢量在x轴、y轴、z轴上的速度分量。 3.1.2. 动量守恒方程 动量守恒方程又称作N-S方程，其表达式为： { ∂ ( ρ u ) ∂ t + d i v ( ρ u u ¯ ) = d i v ( μ g r a d u ) − ∂ p ∂ x + S u ∂ ( ρ v ) ∂ t + d i v ( ρ v u ¯ ) = d i v ( μ g r a d v ) − ∂ p ∂ y + S v ∂ ( ρ w ) ∂ t + d i v ( ρ w u ¯ ) = d i v ( μ g r a d w ) − ∂ p ∂ z + S w (2) 式中， ρ 为流体密度，t为时间， μ 为动力粘度， p 为压力。 S u 、 S v 、 S w 是方程的广义源项，其中 S u = F x + S x ， S v = F y + S y ， S w = F z + S z ，其表达为： { S x = ∂ [ μ ( ∂ u ∂ x ) ] ∂ x + ∂ [ μ ( ∂ v ∂ x ) ] ∂ y + ∂ ( λ d i v u ) ∂ x S y = ∂ [ μ ( ∂ u ∂ y ) ] ∂ x + ∂ [ μ ( ∂ v ∂ y ) ] ∂ y + ∂ ( λ d i v u ) ∂ y S z = ∂ [ μ ( ∂ v ∂ z ) ] ∂ x + ∂ [ μ ( ∂ v ∂ z ) ] ∂ y + ∂ ( λ d i v u ) ∂ z (3) 3.1.3. 能量守恒方程 能量守恒方程的表达式为： ∂ ( p T ) ∂ t + ∂ ( p u T ) ∂ x + ∂ ( p v T ) ∂ y + ∂ ( p w T ) ∂ z = [ ( λ C p ) ⋅ ( ∂ T ∂ x ) ] ∂ x + [ ( λ C p ) ⋅ ( ∂ T ∂ y ) ] ∂ y + [ ( λ C p ) ⋅ ( ∂ T ∂ z ) ] ∂ z + S T (4) 式中，T为温度， C p 为比热容， S T 为粘性耗散。 3.2. 数值模拟设置 如图4所示，本文采用的标准k-ε模型通过求解偏微分方程确定脉动特征速度与平均速度梯度的关系，以耗散尺度作为特征长度 [ 9 ]。该模型具有适用范围广，精度合理，收敛性较好等特点。采用多重参考系法可以对动静区域之间的相互作用进行合理处理，将桨叶及其附近定义为动区域，动区域的旋转速度和桨叶旋转速度保持一致。釜体内其余区域设置为静区域，定义该区域流体处于静止。针对该数值模拟，选择稳态计算，当搅拌釜内所有流体参数趋于稳定时该模拟结束，残差收敛值为1 × 10 −4 。 图4. k-ε模型选择
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user: 4. 结果与分析 4.1. 桨叶角度对釜内流体速度场的影响 如图5所示，是六种不同桨叶角度在特定工况下，轴截面(Z = 0 mm)的速度矢量图，其中搅拌桨的桨叶与水平所成角度分别为15˚、30˚、45˚、60˚、75˚、90˚。 图5. 不同桨叶角度轴截面(Z = 0 mm)的液相速度矢量图 根据不同桨叶角度时轴截面(Z = 0 mm)的液相矢量速度图，在该搅拌器工作室，釜内主要产生了轴向流，流体的速度大小沿着桨叶由内向外逐渐变大，在桨叶左右两端处达到最大值。搅拌桨旋转产生动能，该动能从桨叶传递到整个搅拌釜时逐渐减小，导致流体速度也逐渐减小。 桨叶附近的循环流场范围越大，就能带动越多的固体颗粒悬浮，减少釜底部分的固体沉积。结合上图，对比六种角度的桨叶附近的循环流场可以发现，桨叶附近的循环流场范围随着桨叶角度的增大逐渐减小，15˚桨叶周围的循环流场范围最广，90˚桨叶周围的循环流场范围最小。同时，在搅拌釜底部两侧存在两个明显的循环流场，随着桨叶与水平面间的角度提升，这两个循环流场的范围逐渐增大。 搅拌釜通过搅拌桨产生的轴向流将其底部的固体颗粒输送到桨叶上部。15˚桨叶产生的轴向流强度比其他几种桨叶角度产生轴向流强度要小，致使搅拌釜上半部分固体含量较少。综合考虑桨叶提供的轴向流强度和桨叶周围循环流范围，30˚桨叶相较于15˚桨叶提供了更强的轴向流，相比其他更大角度的桨叶其桨叶周围流场范围更大。 4.2. 桨叶角度对固体颗粒浓度分布的影响 如图6所示，是六种不同桨叶角度在特定工况下，轴截面(Z = 0 mm)的固含率云图。 固体颗粒的悬浮状态可以通过固含率云图直观的体现出来 [ 10 ]。分析上图可知，随着桨叶角度的变大，底部的固体颗粒沉积明显变多，15˚桨叶搅拌釜底部的固体沉积远小于90˚桨叶底部的固体沉积。得益于桨叶周围较大的循环流场，15˚桨叶有效的减少了搅拌釜底部边缘沉积的固体颗粒，但是由于缺乏强劲的轴向流，在搅拌釜的上半部分固体颗粒较少，达不到固液均匀混合的理想状态。随着桨叶角度的提升，固体颗粒可以随着轴向流流向更高的地方。30˚桨叶相较于15˚桨叶提升了轴向流强度，使得桨叶上部混合效果更佳。同时，30˚桨叶周围的循环流场范围要比更大角度桨叶周围的循环流场范围大，有效的减少了底部固体沉积。 图6. 不同桨叶角度轴截面(Z = 0 mm)固含率云图
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user: 5. 结语 1) 随着桨叶角度的增大，搅拌桨周围的循环流场辐射范围逐渐减小，不能有效带动釜体底部的固体颗粒参与循环。 2) 随着桨叶角度的增大，固体颗粒的底部沉积越来越多。减小桨叶角度虽然能有效改善固体颗粒底部沉积严重的现象，但是由于缺乏强劲的轴向流，釜内上半部分固体颗粒含量不够理想。 3) 综合考虑整体的混合效果，采用与水平面间角度成30°桨叶时，搅拌釜内固液混合效果最佳。
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user: 摘要 本文通过采用CFD数值模拟分析法研究单螺杆膨胀机基元容积膨胀过程油气两相流的非稳态流动特性。考虑到单螺杆空间三维曲面结构的复杂性以及要实现单螺杆膨胀机基元容积膨胀过程的实时变化，利用STAR-CCM+软件对三维计算模型进行网格划分并采用变形网格技术实现动态膨胀过程的模拟仿真。模拟结果得到单螺杆膨胀机膨胀过程工质压力和温度变化规律，获得基元容积内流场的压力、温度和油气两相分布云图，并深入分析润滑油对工质状态的作用规律。
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user: 1. 引言 计算流体力学(computational fluid dynamics， CFD)是一门通过计算机数值方法求解流体控制方程组来预测流体流动、传热、化学反应等相关物理现象的学科。CFD分析方法与实验方法相互补充共同解决实际问题，具有能够可视化、获取重要的物理量参数、减少实验次数、降低实验成本等优点，已广泛应用于航空航天、船舶、汽车、能源、化工、生物医学等领域。其中，在工业领域普遍使用的容积型流体机械压缩机和膨胀机也通常采用CFD方法进行分析研究，如活塞式 [ 1 ] [ 2 ]、滚动转子式 [ 3 ] [ 4 ]、涡旋式 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]、滑片式 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]、双螺杆式 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 等等。然而，针对单螺杆结构的压缩机和膨胀机的CFD模拟仿真研究，目前还处在探索阶段，近几年才有公开发表的文献。 SUMAN等 [ 15 ] 和ZIVIANI等 [ 16 ] 基于四种流体力学仿真软件：ANSYS FLUENT，STAR-CCM+，CFX和PUMPLINX及其相对应的四种模拟方法(动网格技术、嵌套技术、关键帧重构方法和网格变形方法)，以单相空气作为工质，采用k-ε湍流模型分析比较单螺杆膨胀机稳态和瞬态的特性。研究结果得出，四种方法均可以进行稳态模拟，只有STAR-CCM+软件的嵌套网格技术可以对单螺杆膨胀机的瞬态特性进行模拟。CASARI等 [ 17 ] 针对基于有机朗肯循环系统的单螺杆膨胀机开展了CFD瞬态模拟研究，分析单螺杆膨胀机的流动特性和机械性能。然而，以上模拟过程中均未考虑润滑油的影响，只是模拟单相气体流动。因此，需对单螺杆膨胀机内油气两相流动开展非稳态模拟研究。文献 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] 基于单螺杆机械螺杆槽道的几何结构，开展两相流流型、压降及液膜厚度等方面的模拟和实验研究，但这些研究没有与单螺杆膨胀机动态工作过程进行耦合研究。 本文通过采用STAR-CCM+软件中的变形网格技术，对单螺杆膨胀机基元容积膨胀过程非稳态两相流动进行CFD模拟研究。获得膨胀过程中工质的压力和温度变化规律、润滑油的分布特征及润滑油对工质状态参数的作用规律等，为今后单螺杆膨胀机整机两相流动数值模拟提供基础指导。