多出口扇形喷嘴干冰喷射速冻蓝莓特性研究

为提高干冰微粒速冻蓝莓的喷嘴雾化特性,优化设计一种多出口扇形喷嘴,喷射出扇形干冰微粒射流,更均匀更快速地冻结蓝莓。建立多出口扇形喷嘴的物理模型及蓝莓速冻干冰射流流场计算模型。基于Fluent软件,采用气固两相动力学模型DPS、Realizable、k-ε湍流模型对多出口扇形喷嘴干冰微粒喷射速冻蓝莓的过程进行数值模拟研究。探究了扇形喷嘴出口不同V形切槽角(60°、70°、80°、90°)在相同的入口流量和出口孔径下,对干冰微粒在速冻腔内的流场分布、蓝莓的冻结速率和冻结均匀性等参数的影响。结果表明:随着V形切槽角的增加,扇形冲击射流宽度降低,冲击射流核心区域内的流速增加。当多出口扇形喷嘴出口V形切槽角为70°时,相比60°、80°、90°速冻腔内整盘蓝莓的冻结完成时间分布最集中,整体的冻结速度快,流场最均匀,为此喷嘴模型(入口孔径30 mm,入口流速0.25 m/s,出口为圆周布置的孔径5.2 mm×6(6个孔径为5.2 mm的出口)和中心布置的孔径2 mm×4的组合)最优出口参数。随后对模拟仿真最优结果进行实验测试,可得整盘蓝莓完成速冻的时间为119 s,冻结速率为0.50 cm/min,实验与模拟降温曲线误差为4.3%。对速冻后蓝莓的花青素含量、可溶性固形物质量分数以及失水率等进行测试,结果表明干冰速冻后蓝莓在贮藏期间的感官品质保持较好,优于速冻蓝莓标准。

基于干冰微粒喷射冷却的高速列车IGBT散热器设计

针对高速列车IGBT模块的高效散热问题,设计了一种应用于干冰微粒喷射冷却的针肋散热器。建立了3组不同针肋参数模型,通过数值模拟研究分析了针肋数量、直径、高度对散热效果的影响,得出最优针肋散热器的针肋数量为64、直径为12 mm、高度为45 mm,相比于无肋散热器其换热基板表面温度降低了10.57℃,散热器内部干冰升华率提高了17.2%。通过实验观测到了干冰微粒冷却流体在管内流动状态以及干冰微粒在散热器内部扰动碰撞过程,验证了模拟结果,干冰微粒喷射冷却使热源功率为1.6 kW的IGBT模块保持在约25℃,满足其散热需要,为深入研究干冰微粒喷射冷却技术提供指导。

干冰用于鸡超低温冷冻精液短期保存和运输的可靠性评估

为解决液氮保存下鸡冷冻精液的异地运输难题,研究对北京油鸡冷冻精液在干冰(-79℃)中进行短期保存,分别保存0 h(对照组)、12 h、24 h、48 h和72 h,以模拟冷冻精液在干冰中的短期运输,并测定干冰不同保存时间的鸡冷冻精液精子质量和受精能力。结果显示:干冰保存后北京油鸡冷冻精液的精子活力、存活率、顶体完整率、质膜完整率和受精率均显著降低(P<0.05),精子畸形率显著增高(P<0.05),且随着干冰保存时间的增加,精子质量和受精能力逐渐下降。研究表明,干冰作为冷源对鸡冷冻精液的精子质量有较大的损害作用,使用干冰难以实现对鸡冷冻精液的有效短期保存和运输。

高压二氧化碳载送干冰喷射去污流场分析及关键参数优化

为提升核设施退役去污能力,提出高压二氧化碳载送干冰喷射去污方法。基于Fluent软件建立了喷射去污系统中关于喷嘴与去污箱体内部流场的分析模型,通过流场分析获得了干冰颗粒速度分布。以靶距、喉半径、喷嘴长度、干冰粒径、压力为关键参数,以干冰颗粒对污染表面的冲击应力与分布直径的乘积为去污评价指标,分别开展了1.5、3 mm口径喷嘴流场分析的正交试验。通过均值响应分析和主效应分析掌握了各关键参数对去污性能的影响规律,获得最优参数组合。分析结果表明:关键参数优化后,1.5 mm口径喷嘴去污性能提升了5.64%,3 mm口径喷嘴去污性能提升了15.8%,后者去污性能是前者的1.3倍,但前者的二氧化碳利用率是后者的3倍,具有更好的经济性。该分析结果可为喷嘴选型和喷射去污系统参数计算提供支撑。

微肋板表面干冰升华喷雾冷却传热数值模拟

针对高度集成化和微型模块化高热载荷电子元器件温度控制问题,基于CFD两相求解器,采用数值实验研究了微肋板表面干冰升华喷雾冷却传热特性。结果表明微肋板表面和热源上表面的温度、传热系数、冷却热通量基本呈环形分布,越靠近中心干冰颗粒越多,温度越低,冷却性能越高。热源上表面中心线上中心温度最低,并且其冷却热通量和传热系数呈M形分布。当喷嘴入口速度和干冰占比增大时,模拟热源表面的传热系数和冷却热通量也随之增大,而温度则整体降低。在喷嘴入口速度为20 m/s,干冰占比为40%时得到相对最优的冷却热通量170 W/cm^(2)和相对最优的传热系数12500 W(/m^(2)·K)。

LN_(2)/CO_(2)复合制干冰对松散煤体降温特性

为研究LN_(2)/CO_(2)复合制备干冰对松散煤体的降温特性并实现最优复配,利用自主设计搭建的可视化凝华试验台,系统分析LN_(2)和CO_(2)在不同注输比下对管道内温度、压力及干冰成核效果的影响;以可视化凝华试验为基础,设计搭建松散煤体降温试验台,系统分析不同注输比下LN_(2)和CO_(2)在注输停注过程的传热特征及对松散煤体温度场的抑温效果。结果表明:CO_(2)凝华需要LN_(2)提供足够过冷度,当CO_(2)注输量不变,增大LN_(2)/CO_(2)注输比,管路内制冷温度降低,压力升高,LN_(2)和CO_(2)的混合流体换热效率增加,凝华发生时间提前;相变潜热引起的冷却能量具有时间-空间特征,压注阶段,箱体内各测点温度随时间持续下降,平面一降温速率明显快于平面二,低温区域逐渐呈锥形扩大;回温阶段干冰颗粒在煤层堆积,持续发挥降温惰化作用,注入口附近煤体与高温煤体之间存在温差进行换热,箱体中部温度逐渐升高、四周温度逐渐降低直至平衡;当LN_(2)、CO_(2)注输比为4∶1时,持续降温能力呈现较高水平。研究成果促进了干冰相变冷却技术在矿井防灭火领域的深入应用。

干冰聚能静态破岩技术振动规律与频谱特征

为了明确干冰聚能静态破岩技术诱发振动的影响范围及规律,本文利用微震监测系统对干冰聚能静态破岩过程进行全程监测,获得了干冰聚能静态破岩和机械破岩诱发的振动信号,对其振动规律与频谱特征进行对比分析。得出如下结论:干冰聚能静态破岩诱发振动速度在3 m距离处即降到了25 mm/s以下,可满足爆破振动安全允许标准;诱发的振动频率主要分布在100 Hz以下,与镐头机诱发的振动相比,振动频率在50 Hz以下的成分更多、幅值更大,低频成分更多;诱发振动速度随震源距离增加呈乘幂函数衰减,比机械破岩引起的振动影响范围更小;边坡加速了干冰聚能静态破岩诱发振动速度的衰减,坡度越陡,振动速度沿该方向的衰减越剧烈,干冰聚能静态破岩技术未使用危险爆炸品,与炸药破岩相比没有审批、运输限制,现场施工安全环保。研究结果对干冰聚能静态破岩技术的现场应用具有指导作用。

教室秒变仙境,小学生玩转干冰实验

近日,为了让学生体验冬日的奇幻、感受科学的乐趣,武汉市墨水湖小学科学教师邱郁特意准备了一节酷炫的实验课程--“干冰实验秀”。为了更好地玩转干冰,邱老师引导同学们在课前通过网络查找相关资料。最终,邱教师与一、二年级的同学们一起完成了六个实验项目。实验现场的惊叹声、欢呼声不断。

干冰的秘密

大家在生活中可能遇到过这样的场景:表演者正热烈地载歌载舞,舞台上突然白色烟雾缭绕,现场变得如梦似幻。那些白色烟雾怎么来的呢?是什么物质呢?这种物质就是“干冰”,白色烟雾是由干冰升华所造成的。干冰升华,水气凝结干冰,有个“冰”,但绝对不是我们认知的冰,而是固态的二氧化碳。二氧化碳是一种化学物质,有着液态、固态、气态三态。二氧化碳要由固体变成液体,熔点是-78℃;要由液体变成气体,汽化点是-56.4℃。

干冰喷雾速冻蓝莓的多孔阵列喷嘴

为提高速冻蓝莓的品质,该研究设计多出口阵列喷嘴干冰微粒喷雾速冻蓝莓系统,试验测试获得了蓝莓冻结过程中热物性参数随温度的变化规律,建立速冻腔体内干冰喷雾的速冻模型,利用Fluent软件对蓝莓速冻过程进行数值模拟仿真,获取优化入口流速和喷嘴出口孔径。结果表明:采用圆孔形收缩型喷嘴,设置喷射高度为120 mm,喷嘴入口孔径为30 mm,入口速度为0.25 m/s,出口为圆周孔径5.2 mm×6(6个孔径为5.2 mm的出口)和中心孔径2 mm×4的组合时,整盘蓝莓中心温度从1℃降至−18℃用时129 s,实现了蓝莓更均匀快速冻结。对模拟仿真优化结果进行试验测试,得到降温速率最慢的蓝莓完成速冻的时间为127 s,通过最大冰晶生成带的时间为36 s。试验与模拟降温曲线吻合良好。理化性质测试获得干冰微粒喷雾蓝莓速冻前后相关品质变化均优于速冻蓝莓标准。且与−80℃液氮喷淋速冻蓝莓的品质做对比,二者理化性质测试结果几乎无差异。研究结果可为进一步优化干冰喷射速冻蓝莓装置提供参考。

大功率LED灯干冰喷射散热数值分析

【目的】解决大功率LED灯具高效散热问题。【方法】以干冰为冷却介质,设计出干冰喷射散热器,通过COMSOL软件研究干冰喷射对功率为300 W LED灯的散热特性。【结果】仿真试验结果表明,增大干冰流量能明显改善传热效果,流量由7.85 mL/s增至23.55 mL/s,散热器相同位置处干冰固相分数由0.04增至0.34。增大干冰流速可显著降低基板表面温度,流速由0.1 m/s增至0.3 m/s,温度约降低26.4%,且随着流速增大,降温效果逐渐减弱。【结论】与自然对流和水微喷射阵列冷却方式相比,以干冰为冷却介质的基板表面温度分别降低44.71%和23.44%;与单相射流方式相比,温度降低24.1%。干冰喷射冷却效果明显提升,温度更加均匀。

干冰冻结对大黄鱼冻藏期间冰晶及品质的影响

目的:考察冻结方式及冻藏温度对大黄鱼贮藏过程中品质的影响。方法:采用干冰冻结和-40℃空气冻结新鲜大黄鱼鱼片至中心温度-18℃,然后分别置于-40,-18℃冰柜贮藏。测定大黄鱼冻结后和冻藏过程中冻结曲线、冰晶形态、pH值、挥发性盐基氮、K值、Ca^(2+)-ATP酶活性、总巯基、羰基、蛋白降解、质构特性等理化指标。结果:干冰冻结通过最大冰晶生成带的时间为40 min,是-40℃空气冻结的1/6,干冰冻结鱼肉样品初始冰晶横截面积和当量直径分别为(96.12±1.61)μm~2和(11.06±1.43)μm,显著低于空气冻结的鱼肉样品。结论:冻藏温度对鱼肉肌原纤维蛋白的影响要大于冻结温度,且冻藏温度越低,鱼肉肌原纤维蛋白降解程度越低。干冰冻结后-40℃贮藏有利于保持大黄鱼的鲜度和品质稳定性。

干冰粉气动破岩振动时频能量分析

为研究干冰粉气动破岩的冲击振动危害效应,试验测试了干冰管内气体压力变化和地表的振动速度,用希尔伯特-黄变换方法研究了干冰粉气动破岩振动衰减规律。研究结果表明:干冰粉气动破岩最大振动速度在11 m时下降至2.5 cm/s以下,是一种振动很小的新型破岩方式;经测量致裂管内压力峰值达到50.85 MPa,计算能量的TNT当量符合萨道夫斯基公式;使用HHT对干冰粉气动破岩振动信号进行时频分析,能量在频域上主要分布于0~100 Hz,振动持续时间0.3 s。

干冰清洁技术在航电产品中的应用

印制电路板表面喷涂三防漆可有效保护电路遭腐蚀、破坏,从而增强产品的可靠性,延长产品使用寿命。在返修过程中,将三防漆去除干净且对印制电路板不造成损伤是十分重要的。本文介绍了三防漆的常用去除工艺以及高效无损的干冰清洁新技术在三防漆去除的可行性,最后通过试验对比介绍了干冰清洁技术在航电产品中应用情况。

干冰扑杀法在规模染疫动物应急处置中的应用

为了提高发生动物疫情和监测阳性时规模染疫动物处置效率,有效降低处置过程中病原扩散转移风险,本试验利用CO_(2)窒息原理,分别使用干冰和液态CO_(2)进行猪只扑杀,并对其扑杀效果进行了对比分析。结果显示,干冰单位使用量为1.18~1.76 kg/m^(3)时可确保车厢内猪只在15 min内全部死亡,而液态CO_(2)单次需投放3罐/17 m^(3)(折合干冰为4.24 kg/m^(3))才能确保车厢内猪只在15 min内死亡。结果表明,干冰扑杀法要优于液态CO_(2)扑杀法,在大规模动物疫情处置时推荐使用干冰扑杀法。

铁路扣件螺栓干冰除锈方案设计与研究

为了使除锈后的钢轨扣件螺栓表面粗糙度达到最佳,采用干冰射流的方式在不同干冰射流量、射流压力、射流次数下对螺栓表面进行除锈,使用激光共聚焦显微镜与扫描电镜观察除锈后的螺栓表面粗糙度,研究了干冰射流工艺参数对除锈后螺栓表面粗糙度的影响规律。结果表明:随着干冰射流量增大,螺栓表面粗糙度减小,射流量达到一定值后粗糙度变化趋于平缓;随着干冰射流压力增大,螺栓表面粗糙度增大,射流压力达到一定值后粗糙度变化趋于平缓;随着干冰射流次数的增大,螺栓表面粗糙度减小,射流次数达到一定值后粗糙度变化趋于平缓。试验条件下,干冰射流以1.1 kg/min的射流量、1.2 MPa恒定压力上下扫描20~25次后,螺栓表面粗糙度最为适宜。

甲醇和氰化氢从工业级干冰迁移至食品的研究

甲醇和氰化氢是有毒有害的化学品,工业级干冰中甲醇和氰化氢会迁移至食品中。并且,干冰与食品接触后可能引起有害物质迁移。基于此,在实验室条件下进行了模拟实验。实验结果表明,在不同时间和温度条件下,干冰中的甲醇和氰化氢会逐渐迁移至食品中,且其迁移速率与温度呈正相关。此外,加入食品中的脂肪含量也会对甲醇和氰化氢的迁移速率产生影响。此研究结果为干冰在食品运输和贮存中的应用提供了一定的参考,对于保障食品质量和安全具有一定的指导意义。

基于半无限大平板的干冰防火数值模拟

采空区自燃是造成矿井灾害的主要原因之一。为了探索采空区滞留干冰的防火效果,以石港煤矿15108工作面为研究对象,利用Gambit建立采空区物理模型,划分网格后导入Fluent中,在其中放置半无限大干冰平板进行数值模拟,观察干冰平板吸热升华之后对采空区的温度影响并进行分析。结果表明,半无限大物体计算方式可应用于采空区滞留干冰的吸热量计算中,且干冰滞留对采空区降温作用范围较广,占整个区域的40%左右。

回收生产干冰雪之CO_(2)排放气的工程设计

目前国内工业生产液体CO_(2)技术趋于成熟,如何利用生产装置进一步提高液体CO_(2)的产量、降低单位产品能耗是提升企业市场竞争力、推动行业发展的一个方向。基于干冰生产的基础数据,通过核算干冰机排放CO_(2)气的最大流量、压力、温度,最终确定选择DN200的回收管道并采用保温棉保温再外包铝皮的防冷桥措施实现了生产干冰雪之CO_(2)排放气的回收。

干冰“发功”

我们家在网上买了冷鲜食材,快递员叔叔送来一个白色泡沫箱,打开一看,里面除了食材,还有三个小袋子!爸爸说:“那里面装着干冰。”“干冰是什么?”我问。