纳米级超声造影剂的理论研究进展

为了克服超声造影剂中微米级气泡尺寸较大的局限性,大量研究人员对超声应用的替代造影剂(纳米级造影剂)进行了研究。随着生物纳米技术的飞速发展,纳米级超声造影剂在诊断与治疗领域有着广阔的发展前景。与超声造影剂中的微米级气泡相比,纳米级造影剂粒径较小,渗透能力极强,可以通过血管内皮间隙,进而可以实现血管外病变部位的显影。文中详细论述了超声造影剂在超声作用下的行为以及2种主要的纳米级造影剂:纳米气泡和纳米液滴造影剂,对其理论研究进展进行了总结,并提出了目前仍存在的一些问题及其未来的研究方向。     

Optimization of E. coli tip-sonication for high-yield cell-free extract using finite element modeling

Optimal tip sonication settings, namely tip position, input power, and pulse durations, are necessary for temperature sensitive procedures like preparation of viable cell extract. In this paper, the optimum tip immersion depth (20–30% height below the liquid surface) is estimated which ensures maximum mixing thereby enhancing thermal dissipation of local cavitation hotspots. A finite element (FE) heat transfer model is presented, validated experimentally with (R² > 97%) and used to observe the effect of temperature rise on cell extract performance of Escherichia coli BL21 DE3 star strain and estimate the temperature threshold. Relative yields in the top 10% are observed for solution temperatures maintained below 32°C; this reduces below 50% relative yield at temperatures above 47°C. A generalized workflow for direct simulation using the CONSOL code as well as master plots for estimation of sonication parameters (power input and pulse settings) is also presented.     

水力空化改质对重质原油沥青质及性质的影响

利用水力空化过程产生局部的高温、高压、高射流以及强大的剪切力等极端化学物理条件改质处理沙特重质原油，试验结果表明：沙特重质原油经过水力空化改质后粘度由13.61降低至7.22mm2/s，残碳由7.16%降低至6.48%，实沸点蒸馏后减压渣油降低1个百分点。进一步采用APPI FT-IR MS、XRD、FT-IR、SEM和粒度分布等技术研究了水力空化改质对沙重原油分子组成，沥青质团聚体微晶结构、沥青质胶束粒径分布、沥青质官能团、沥青质形貌等方面的影响，从分子角度阐述空化改质重油的机理。研究结果表明：水力空化改质后沙重原油分子量分布、芳烃类化合物缔合作用变小；沥青质对低DBE化合物吸附性能降低；沥青质团聚体微晶结构更加松散；沥青质胶束粒度分布降低；沥青质分子相互团聚作用力减弱。进一步考察了水力空化改质前后减压渣油延迟焦化性能，改质处理后焦炭产率降低1.85个百分点，液体收率和气体产率分别增加1.52和0.33个百分点，水力空化改质对沥青质性质、结构特点的改善能够有效的提高其加工性能。     

基于自回归谱外推的全聚焦成像分辨力提升

针对相邻缺陷全聚焦超声成像混叠问题，结合低阶、宽有效频带自回归谱外推方法，压缩超声波时域脉冲宽度，实现亚波长级全聚焦（Total focusing method，TFM）成像分辨力。建立碳钢试块模型，设置两个中心间距1.8 mm，直径1.3 mm圆孔，选用中心频率2.25 MHz，32阵元相控阵探头采集全矩阵数据。针对全矩阵数据，选择自回归阶数为2，信号频谱最大幅值下降14 dB为有效频带，建立自回归模型并外推有效频带外的高频与低频成分，随后对全矩阵数据进行延迟叠加处理和TFM成像。仿真结果表明，低阶、宽有效频带自回归谱外推处理方法具有较高的鲁棒性和准确性，TFM成像后可有效分离中心间距0.7λ（λ为超声波长）圆孔，保留缺陷横向位置信息的同时，定位误差不超过0.73%。对碳钢试块中相同位置及尺寸的圆孔进行试验验证，定位误差不超过1.06%，有效地提高TFM成像分辨力。     

超声波辅助插层-剥离法制备煤系高岭土微粉的研究

我国煤系高岭土储量丰富,为满足造纸、纺织等行业个性化的需求,通常要对其进行深加工。以山西朔州煤系高岭土为原料,分别在恒温磁力搅拌和超声波作用下探究了煤系高岭土/二甲基亚砜(DMSO)插层复合物制备的最佳条件,在插层复合物的基础上对煤系高岭土进行超声辅助剥离,制备得到高岭土微粉,并利用XRD、SEM、BET、TG-DSC等方法分析表征样品。正交实验结果表明在磁力搅拌条件下DMSO用量、插层时间以及插层温度均对插层率具有一定的影响,引入超声波有利于高岭土插层率的提升。插层复合物经超声辅助剥离后晶粒厚度明显减小,高岭土片层状结构大体上呈现碎片化,仅保留少部分大的片状结构,其边缘碎化,整体上也出现碎裂的趋势。剥离样品的比表面积和孔径均大幅度增加,为硬质高岭土的剥离和超微细粉体的制备提供了新的思路。     

超声波辅助酶法提取地瓜渣中不可溶性膳食纤维工艺研究

以地瓜渣为原料,在单因素的基础上,选取超声功率、酶解时间、超声温度、加酶量四个因素,以地瓜渣不溶性膳食纤维提取率为响应值,采用Box-Behnken响应面法优化超声波辅助酶法提取地瓜渣膳食纤维的工艺条件。结果表明:地瓜渣中不可溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)提取的最佳工艺条件为:超声功率60 W,酶解时间50 min,超声温度50℃,加酶量0.6%,此时IDF提取率为68.98%,与模型的预期值69.05%基本相符,表明实测值与理论值之间拟合度良好。产品为淡黄色,地瓜渣不溶性膳食纤维持水力和持油力为0.897g/g和0.574g/g。     

阶梯溢流坝面坡度对一体化消能工水力特性的影响

为探求高水头、大单宽流量下坝面坡度对一体化消能工水力特性的影响,以阿海水电站为原型,采用三维k-ε双方程紊流模型,引入水气两相流VOF计算方法,利用几何重建格式来迭代生成自由水面,对1∶0.80、1∶0.75、1∶0.65三种阶梯面坡比进行数值模拟研究。结果表明:①最大负压值均位于首级阶梯立面凸角下1/4附近,并随坡度增加而增大。坡度为56.98°时,最大负压值为61.02 kPa,超过了6×9.81 kPa。②水流空化数在宽尾墩水舌出口位置出现最小值,空化数随坡度变陡而减小。坡度为56.98°时,空化数最小为0.358。坡度为51.34°时,空化数最大,为0.381。③随着阶梯溢流坝坝面坡度变缓,消力池最大临底流速增大。当坡度为51.34°时,消力池最大临底流速最大,达到26.84 m/s,超过了25 m/s,易发生冲磨破坏。当坡度为56.98°时,消力池最大临底流速最小,为24.00 m/s。消力池尾坎前最大临底流速随坡度增加而减小,坡度为56.98°时最小,为9.63 m/s;坡度为51.34°时,消力池尾坎前最大临底流速最大,为9.96 m/s。④坡度的变化对一体化消能工消能率的影响不大,坡度从51.34°增加到56.98°,消能率只提升0.15%。     

小麦麸皮淀粉的提取及其结构分析

以小麦麸皮为原料，分别采用碱性蛋白酶法和超声波辅助碱性蛋白酶法提取麸皮淀粉，优化两种方法的提取条件，并对麸皮淀粉的颗粒结构及分子结构进行了初步测定分析。结果表明，碱性蛋白酶法最优提取条件为固液比1∶10（g∶mL），酶用量529.92 U/mL，酶作用时间50 min，反应温度45 ℃，pH 12，麸皮淀粉得率为30.40%，淀粉含量59.24%，小麦麸皮淀粉呈淡褐色粉末状。超声波辅助碱性蛋白酶法的最优条件：固液比为1∶15（g/mL），超声功率为200 W，超声时间为15 min，麸皮淀粉得率为21.06%，淀粉含量为90.64%，麸皮淀粉呈白色粉末。超声波辅助碱性蛋白酶法提取麸皮淀粉的纯度及提取率均优于碱性蛋白酶法。经测定分析小麦麸皮淀粉中支/直比为4.69，破损淀粉含量1.78%。淀粉麸皮颗粒呈椭球型，平均粒径为15.86 μm，具有径向结晶结构，为A型结晶。     

Microstructure and corrosion behaviors of FeCrNiBSiMox stainless steel fabricated by laser melting deposition

In this paper, FeCrNiBSiMo_x (x = 1.0, 1.5, 2.0, 2.5) stainless steels were successfully prepared using a laser melting deposition technology, with the aim to investigate the effect of Mo content on microstructure and corrosion behaviors. The results showed that the as-deposited specimens were composed mostly of α-Fe and a small amount of (Cr, Mo)₇C₃, and (Cr, Mo)₇C₃ existed in the inter-dendritic (ID) region. As the Mo content increased, grain refinement could be clearly observed, and the area of the ID region increased from 27% to 54%. The low-angle boundaries accounted for 60–70% of the grain boundaries of the as-deposited specimens. Increasing the content of Mo improved the microhardness of the as-deposited specimens from 652 HV to 813 HV. The corrosion current density of the as-deposited specimens with the Mo mass fractions of 1.0%, 1.5%, 2.0%, and 2.5% were 1.37 × 10⁻⁶, 1.02 × 10⁻⁷, 6.19 × 10⁻⁷, and 3.06 × 10⁻⁷ A/cm², respectively. The as-deposited specimen with Mo content of 1.5% had lower cumulative erosion loss and erosion loss rate than other as-deposited specimens. The FeCrNiBSiMo_x (x = 1.5) specimen exhibited excellent resistance to electrochemical corrosion and cavitation erosion.     

空化对液膜密封流场特性及密封性能的影响

为进一步探索液膜空化对密封性能的影响，以螺旋槽液膜密封为研究对象，基于JFO空化模型及坐标变换建立其数学模型并采用有限体积法离散求解。探讨Reynolds和JFO两空化边界下的密封速度场和流量场分布规律以及空穴压力对密封性能如承载能力和摩擦扭矩等影响。结果表明：空穴区的形成具有动态性，速度矢量在空穴区内部为0，在液膜始破边界和靠近内径处的液膜重生边界上速度矢量朝向空穴区，而在靠近外径处的液膜重生边界上速度矢量远离空穴区；液膜流量场主要集中于槽区内且JFO空化边界下的流量场分布比Reynolds空化边界下值更为密集；空穴压力的增加可提升液膜承载能力但增幅较小，而对摩擦扭矩的影响可忽略不计。