MIL-101@MF复合材料-枪头高效固相萃取鸡蛋中酰胺醇类抗生素残留

将Fe-MIL-101通过聚偏二氟乙烯固定在三聚氰胺泡沫(MF)上制备MIL-101@MF复合材料,将其用做枪头固相萃取(PT-SPE)的吸附剂,并结合液相色谱-串联质谱法实现了鸡蛋中酰胺醇类(CAPs)抗生素的高效测定。对MIL-101@MF的形貌、晶体结构和官能团进行了表征,证实了Fe-MIL-101的成功合成并固定在MF上。优化了PT-SPE萃取条件,在多反应监测模式下,以基质标准曲线结合内标法同时测定氯霉素(CAP)、甲砜霉素(TAP)、氟苯尼考(FF)。由于氢键、π-π、静电等相互作用,MIL-101@MF对3种CAPs具有极高的萃取能力,萃取过程小于3 min,材料可重复使用60次。3种CAPs的定量下限为0.1μg/kg,加标回收率为78.2%~108%。采用该方法测定80批次鸡蛋样品,TAP的检出率2.50%,含量为0.21~1.2μg/kg;FF的检出率8.75%,含量为0.47~4.2μg/kg。该方法操作简便、灵敏度高且定量准确,有望应用于动物源性食品中多兽药残留的预处理中,为我国进出口食品安全残留监控提供技术支撑。

含强化肋的PCM相变储热与传热特性数值研究

为了有效提升PCM相变储热器的性能,本文采用多种金属翅片对相变过程进行强化,并采用焓-多孔介质模型对相变储热过程进行了数值模拟,分析了不同金属材料和不同基体孔隙率对相变储热及传热特性的影响.研究结果表明,采用金属泡沫强化翅片能够增强导热和对流效应,优化流场对流涡分布,储热器相变储热时间大大缩短,耗时仅为无翅片工况的16.8%;采用铜金属泡沫翅片的储能效率略优于铝金属泡沫翅片,储热时间缩短3.47%;强化翅片孔隙率对储热性能影响较弱,孔隙率为0.4时最优,孔隙率为0.6时次之,孔隙率为0.8时最差.

基于LBM的泡沫金属与翅片相变储能系统性能对比分析

为了研究翅片和泡沫金属铜对相变储能系统性能的影响,使用四参数随机生长法(QSGS)构建了孔隙密度(PPI)分别为20PPI、30PPI的泡沫铜复合相变材料模型,并构建了等铜质量的翅片相变材料模型。在此基础上,采用格子玻尔兹曼(LBM)数值模拟方法对相变材料(PCM)的储/放热过程进行了数值模拟,基于努塞尔数、液相率、PCM流动速度、PCM熔化/凝固时间对比分析了添加翅片以及添加泡沫金属结构对相变材料换热性能的影响。结果表明,在储热过程中,由于泡沫金属的存在会抑制熔化过程中对流换热的发展,双翅片结构的努塞尔数高于泡沫金属结构,熔化时间更短,相比于20PPI、30PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了28.55%、17.5%;在放热过程中,泡沫金属的存在会增加热传导面积,泡沫金属结构的凝固速度高于翅片结构,30PPI泡沫金属结构的凝固时间相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了65.80%、20.24%。综合考虑储放热两个过程,30PPI泡沫金属结构的总储放热时间最短,相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了27.81%、15.32%。在耗费相同金属材料的条件下,采用泡沫结构是更为有效的提升储能效率的手段。

质子交换膜燃料电池泡沫金属流场传质性能

建立泡沫金属流场的三维完整形态,通过三维数值模拟进行研究,结果表明,泡沫金属流场可以有效地降低浓度极化损失,从而提高燃料电池在大电流密度下的性能,且与增加的输出功率密度相比,相应的泵送功率损失可以忽略不计。同时,在泡沫金属流场作用下,质子交换膜燃料电池内部的氧气浓度分布比传统的直流道的燃料电池更加均匀。通过台架试验,观测了泡沫流场中的液态水的流动状态,并通过三维数值模拟,得到了与试验相似的流动现象,且与传统直流道流场对比,泡沫金属流场对燃料电池水淹现象的改善有很大的帮助。

开孔泡沫金属传热和流动特性

近年来开孔泡沫金属运用于散热设备逐渐成为研究的热点。由于开孔泡沫金属结构复杂无序,数值模拟时大都将其结构进行化简,目前已有种类繁多的简化模型,然而适用于其传热与流动特性模拟研究的简化模型尚不明确;另外,适用于散热领域的泡沫金属结构参数有待详细研究。为此,建立开孔泡沫金属的5种简化三维模型,并进行传热和流动特性的对比研究,认为Gibson-Ashby模型更能准确描述实际开孔泡沫金属的传热和流动性能。在此基础上,采用Gibson-Ashby模型对开孔泡沫金属的关键结构参数进行传热和流动综合性能分析,发现孔隙率90%、孔密度30PPI开孔泡沫金属翅片的综合性能j/f^(1/3)(j为换热因子,f为阻力因子)最优;将孔隙率90%、孔密度30PPI开孔泡沫金属翅片与平直翅片进行对比,发现开孔泡沫金属翅片换热效果是平直翅片的2倍以上,综合性能也优于平直翅片。所得研究成果可为开孔泡沫金属在换热领域的应用和设计提供参考。

多孔金属泡沫强化石蜡相变蓄热性能

针对石蜡(PW)相变材料热导率低和易泄漏的问题,采用“冰模板法”制备多孔金属泡沫铝作为支撑骨架,通过“真空浸渍法”将石蜡渗入金属泡沫铝的多孔结构中,制得化学性质稳定的相变复合材料(PCC),并对其形貌结构、防泄漏性能、热循环稳定性、热响应性能和热导率进行测试。结果表明,随着铝骨架比例的增加,泄漏情况随之减弱,有效提高了PCC的防泄漏性能。在此基础上对其热物性进行研究,金属泡沫的引入并未影响PW的相变温度,PCC的熔化和凝固峰值分别稳定在61℃和51℃。然而随着铝骨架比例的增加,PCC的相变焓值呈现下降趋势。经50次相变循环后,PCC的熔化和凝固焓值均基本保持稳定,其中PW@30Al样品的熔化和凝固焓值分别维持在116 J/g和118 J/g,表现出良好的热循环稳定性和相变可逆性。此外,随着铝骨架比例的增加,PCC的导热性能逐渐提高、热响应速度更快,其中PW@30Al样品的热导率由PW的0.2 W/(m·K)增加至3.1 W/(m·K),提高了约15倍,在相变蓄热和热管理等领域具有广泛的应用前景。

具有泡沫金属流场的燃料电池研究进展

泡沫金属是一种具有高孔隙率、高电导率、良好传热性和重量较轻等优点的新型多功能材料,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中嵌入泡沫金属作为流场的应用受到越来越多的关注。重点综述PEMFC流场的研究进展,探讨泡沫金属结构参数、流场设计和环境因素等对功率密度、气体分布、压降和水热管理等性能的影响。进一步讨论泡沫金属流场在PEMFC应用中所面临的腐蚀和水淹问题,以及具备耐腐蚀涂层泡沫金属的研究进展,为PEMFC泡沫金属流场的发展和优化提供有益的启示,以期推进泡沫金属在PEMFC中的应用。

空穴效应下泡沫金属复合相变材料热性能数值模拟

在三维泡沫金属复合相变材料(PCM)基础上,构建了随机分布空穴模型,采用多松弛时间格子Boltzmann方法,从孔隙尺度分析了不同空穴体积分数、分布位置及泡沫金属与PCM导热系数比下的空穴效应.结果表明,随着空穴体积分数的增加,减缓了复合PCM的传热速度,并降低了潜热储能的能力.在Fourier数Fo=0.7时刻下,当空穴体积分数分别为2.4%,7.6%和11.7%时,相较于无空穴情况下的储热量分别减少了3.2%,9.0%和13.0%.当体积分数为3%的空穴集中在热壁面侧时,其对复合PCM熔化过程的阻碍作用最显著,此时空穴层相当于绝热层,使复合PCM的整体熔化时间延长了6.1%.为削弱空穴效应,可选择导热系数比超过100的泡沫金属骨架来提高其在传热中的主导作用.

抛物槽式真空管太阳能集热器强化相变蓄热的模拟研究

为了提高抛物槽式真空管太阳能集热器相变材料导热性能,设计了一种相变材料埋置金属泡沫与半圆管型强化换热结构相结合的真空管太阳能集热器,利用FLUENT软件对其蓄热过程中的传热进行了数值模拟,分析了热流密度分布非均匀的情况下在相变材料中集成翅片和金属泡沫对相变材料液态分数的影响.

制冷剂复合强化流动沸腾传热研究进展

单一的传热强化技术对于传热性能和传热效率的提升有限,大力发展复合强化传热技术对提高资源利用率、节能减排具有重要意义。制冷剂作为一种应用广泛的热力学介质,其物理性质很大程度上会影响制冷系统的能量传输效果。基于制冷系统小型化、轻量化及节能高效换热的发展趋势,制冷剂复合强化传热可以有效改善系统的制冷能效,近年来受到专家学者的广泛关注。综述了制冷剂复合强化流动沸腾传热的最新研究进展,分别从纳米颗粒、泡沫金属、外场(超声/磁场/电场)以及绿色混合制冷剂4个角度进行系统的讨论和总结,指出制冷剂复合强化技术应用的前景和存在的问题,展望了多场协同作用下的纳米颗粒-泡沫金属-制冷剂复合强化传热是今后的重点发展方向,可为建立新型的多元制冷剂复合强化体系提供一定的思路和参考。

面向金属泡沫散热器设计的自然对流拓扑优化

针对传统方块型金属泡沫散热器散热效率不高,难以满足高功率电子器件散热需求的问题,发展了基于格子Boltzmann和水平集方法的三维拓扑优化方法。首先,采用格子Boltzmann方法求解多孔介质内的流动和传热过程;然后,采用伴随格子Boltzmann方法计算梯度;最后,根据反应-扩散方程更新水平集函数。通过对底部放置发热元件方腔的自然对流过程开展拓扑优化,得到特征格拉晓夫数为2.4×10^(2)~1.2×10^(5)的4种优化散热器结构,定量评估了散热器的强化换热性能并分析相关机理。研究结果表明:随着格拉晓夫数的增大,散热主导机制由热传导转变为热对流,优化结构由伸展的树枝状向收缩的花朵状结构转变,以留出更多空间使得流动涡旋充分发展;与传统的金属泡沫方块结构和开槽的金属泡沫块结构相比,所提优化结构表现出优异的散热性能,其分支结构和中空结构能够优化方腔内的流动,从而将散热效率提升了29.7%以上,表明了所提拓扑优化方法的有效性。研究工作可为新型金属泡沫散热器的设计提供理论指导。

热流密度对泡沫铜-石蜡强化传热的影响

为探究热流密度对金属泡沫铜-石蜡复合相变储能材料强化传热的影响,设计并搭建了蓄热装置,分析了热流密度对相变材料融化过程的温度分布、温度不平衡效应、传热机制和蓄热性能的影响。实验结果表明,提高热流密度会加剧复合相变材料内部温度不均衡效应,当热流密度从3.6增加至10.9 kW/m^(2)时,相变材料内部垂直方向上最大温差从12.16增加至32.97 K,加热壁面中部和顶部与之水平所对应的相变材料的中部和顶部中心位置处的最大温差分别从34.05增加至75.55 K和25.68增加至49.85 K。蓄热速率从11.32增加至37.56 J/s,蓄热量从18.59增加至24.64 kJ。此外,复合相变材料的等效导热系数和综合传热系数分别增加了61.06%和6.41%,此时,相变材料融化时传热机制中自然对流占比从0.207提高至0.313。

开孔金属泡沫流场分布和流动阻力的数值分析

【目的】为了系统研究开孔金属泡沫中空气流场的流动特性和传热传质特性。【方法】使用几何表示法构建12面体开孔泡沫模型,应用有限单元法模拟了不同入口速度下,泡沫韧带截面形状、孔径密度PPI和流场高度方向泡沫结构对称性等参数对流场分布、传质和流动阻力的影响。【结果】结果表明,随着泡沫韧带截面顶点曲率减小,韧带阻滞作用减弱,流场沿程损失h_(f)减少;增大孔径密度可以提高流场对流强度分布均匀性;在高度方向非对称边界流场对流强度更大,且韧带周围对流强度分布趋向均匀,对称结构则相反;对称边界流场的上下边界处对流速度比非对称边界略大,对称边界更有利于边界物质输运;泡沫结构特征和气体入口速度对流场分布和流动阻力的影响明显。流动问题的量纲分析结果表明,泡沫孔数量越多,流场的沿程损失与气体初始动能的比值越大,增大气体入口速度则比值减少,当入口速度超过6 m/s后,比值趋于稳定。

泡沫金属孔密度对石蜡相变传热强化的影响机理

为了探究泡沫金属孔密度对相变材料熔化过程中流动传热特性的影响,通过试验设计并搭建了1套半圆柱形的可视化蓄热装置,分析了孔密度对复合相变材料熔化过程中温度分布、固液相界面、换热系数等热特性的影响机理。结果表明:泡沫金属铜能够提高内部石蜡的温度响应速率,缩短熔化时间,并减小相变材料内部温度梯度;纯石蜡和孔密度为0.20,0.59,0.98 mm^(-1)的铜复合相变材料在石蜡熔化后的温度梯度分别为35.26,12.19,20.49,28.39 K;自然对流换热占比也随着泡沫金属铜孔密度的增加而减小;当加热功率为30 W时,孔密度为0.20,0.59,0.98 mm^(-1)的铜复合相变材料自然对流占比分别为20.72%,19.33%,18.24%,且自然对流占比均小于50%,表明在填充率为1.28%的条件下,泡沫金属铜复合相变材料的传热机制以热传导为主。研究结果可为相变蓄热系统的设计提供参考。

聚氨酯冷链材料的降解研究

利用丙二醇(PG)和二乙二醇(EG)作为双组分二醇的醇解剂,碱金属氢氧化钠作为金属催化剂,对废旧冷链泡沫进行化学方法降解处理,再将降解得到的低聚物多元醇重新制备新型管壳材料。并对降解产物进行羟值测试及黏度测试,然后对制备的新型管壳泡沫进行密度、吸水率、压缩强度、红外光谱、泡沫结构等一系列测试并分析。结果表明:在m(PG)∶m(EG)=40∶60,金属催化剂氢氧化钠加入质量为1.2g时,废旧冷链泡沫达到最好的降解效果,此时新型管壳泡沫的密度低、抗压强度更高、导热系数更小、保温性能更好,达到国家标准的要求。

带裂纹石墨烯增强金属泡沫梁的振动特性研究

分析了带裂纹功能梯度石墨烯增强金属泡沫梁的自由振动.采用Timoshenko梁理论进行建模,裂纹由无质量扭转弹簧模拟,利用Halpin-Tsai微观力学模型预测材料的有效性能.通过哈密顿原理,得到了带裂纹功能梯度石墨烯增强金属泡沫(FG-GPLRMF)梁的运动方程及其边界条件.采用微分变换法分析带裂纹FG-GPLRMF梁的自由振动.结果表明,带裂纹FG-GPLRMF梁的振动特性受到石墨烯几何尺寸、孔隙类型和石墨烯分布的影响显著.

基于熔体发泡法泡沫铝填充管力学性能研究

采用熔体发泡法制备闭孔泡沫铝,研究泡沫铝填充密度对铝合金薄壁管的压缩及吸能性能提升作用,对比提升效果,确定最佳密度参数;并在最佳密度的基础上设计三类不同截面的复合结构,研究填充管的截面结构对压缩性能及吸能性能的影响,确定最佳结构参数。采用万能试验机进行准静态压缩试验,并利用有限元模拟结果与试验结果相对比,验证数据准确性。结果表明:填充梯度泡沫铝会增加薄壁管的力学性能,如屈服强度、平均压溃载荷和吸能性能,降低曲线波动性,密度为0.480 5 g/cm3的闭孔泡沫铝表现出最优结果;二次试验中,复合结构能进一步提升薄壁管的力学性能,其中外方管内圆管的复合结构具有最高的屈服强度、平均压溃载荷以及吸能效果。

通孔型泡沫金属用于换热器的研究综述与展望

考虑到通孔型泡沫金属具有流通性强、导热性好、可塑性强,以及良好的吸音性、支撑性、轻量性等特性,将泡沫材料填充于换热单元和热源之间空隙的做法,被广泛地应用于换热设备。为了充分研究和深入开发利用通孔型泡沫金属在换热器中的潜在价值,对国内、外应用泡沫金属在换热器中的理论研究、数值研究及实验研究进行概述;鉴于固体导热性、流体传热性以及流体流动性是换热器中必须考虑且兼顾的3个特性,系统地梳理了胞体模型参数、介质流速、介质压降、对流换热系数等关键参数的协同关系;分析了泡沫金属胞体建模以及填充于换热器中的布置形式;用综合性能指标评价了泡沫金属传热与压降的关系式;提出了未来进一步研究的方向和建议。

3D打印和电沉积多层超轻夹层板的力学性能和能量吸收性能

研究由开孔聚合物和金属/聚合物泡沫芯制成的轻质夹层板的力学性能和能量吸收性能。通过结合聚合物树脂的增材制造和三层金属(Ni/Ni-Cu/Ni)的电沉积制备多层夹层板,每英寸孔数(PPI)为4、5和6。测试样品在单轴压缩变形过程中的屈服强度,计算其能量吸收密度、互补能和比吸收能(SEA)。结果表明,与相同厚度的纯Ni和Cu夹层板相比,复合夹层板的性能有明显改善。增加PPI和金属层可提高力学性能和能量吸收性能,当PPI为6时,屈服强度(能量吸收密度)由聚合物夹层板的0.12 MPa(0.12MJ/m^(3))提高到三层金属夹层板的1.83MPa(0.67 MJ/m^(3))。对夹层板结构归一化能量的研究表明,夹层板具有可预测的塑性变形行为,多金属层改善了新型夹层板的力学性能。其能量吸收性能的显著增强可保证材料在不同行业的独特应用。

公路护栏中金属空心球泡沫铝防撞性能的研究

以泡沫铝应用于公路护栏,降低碰撞过程中的损害为背景,采用金属铝作为基体材料建立金属空心球泡沫的计算模型,通过数值模拟计算方法分析了金属空心球泡沫的动力学响应特性。重点讨论了冲击载荷作用下,不同密度金属空心球在空间的不同分布形式对金属空心球泡沫铝载荷一致性的影响。研究结果表明,将不同密度金属空心球在空间合理分布,即高密度质量和低密度质量交替排列分布的方式不会影响金属空心球泡沫的基本力学性能,同时能够有效提高金属空心球泡沫的载荷一致性。