水溶液中的药物颗粒运动和受力分析

气液两相流中颗粒运动学建模的研究作者：杜超来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第05期摘要：汽车尾气处理技术具有难度大、科技含量高、意义重大等特点，本文通过对尾气颗粒进行综合受力分析，建立运动学方程，确定了颗粒运动过程中平衡状态的临界速度表达式。

同时，对气液两相流体中液滴的受力变形特点进行深入的研究明确了影响液滴大小的因素并建立了相对应的关联式，对关联式进行定量的分析从而深入认识运动规律，通过数学模型的建立为研究气液分离本质、开发研制新型高效尾气装置提供科学依据。

关键词：气液两相流液滴动力学建模0 引言随着我国经济水平的提高和城市发展规模的不断扩大，交通运输业得到了迅速的发展，汽车排放出来的尾气给我们的环境带来严峻的考验，由于人们对尾气危害认识不足以及处理不当，尾气排放标准无法达到更高要求，而现有的尾气净化方法大多存在除效率低、运行费用高以及操作维护复杂等问题。

因此，新技术、新工艺的采用已是迫在眉睫，为此本文重点从理论的角度对尾气中的颗粒和液滴进行动力学分析，深入认识其运动本质，找到影响液滴运动的主要因素并揭示其运动规律，通过颗粒动力学模型的建立为新型尾气设备的设计与开发提供理论指导。

1 两相流中液滴的动力分析当单独的颗粒在连续相中运动时，该颗粒将受到流体的两种作用力，一是形体阻力，表示颗粒运动过程中流体压力在球体表面上分布不均匀引起的流动阻力；另一种阻力为摩擦阻力表示由于球体表面上流体的剪应力引起的流动。

颗粒在流体中运动的总阻力时形体阻力与摩擦阻力之和，简称为曳力[1]。

液滴的受力主要包括影响颗粒运动的作用力和剪切力。

1.1 影响颗粒运动作用力分析影响颗粒运动的作用力。

包括自身重力、流体的浮力、流动阻力以及由这些力的合力所充当的离心力等。

在离心力场中一般颗粒自身的重力可以忽略不计，由于当两相的密度不相等时，离心力的作用总是使连续相流体与分散相颗粒有一定的径向速度差u0，此时颗粒沿半径方向的受力方程为：当颗粒的径向受力达到平衡时，上式变为：上式中u0为正时，表示颗粒与连续相流体在径向沿着相反方向运动；当u0为负时，表示颗粒与连续相流体在径向沿着相同方向運动。

流体中颗粒的受力分析
首先，重力是指地球引力对物体产生的作用力，它始终指向地心。

在流体中，颗粒由于质量存在，受到重力的作用，向下受力。

根据牛顿第二定律，颗粒所受到的重力可以表示为Fg = mg，其中m为颗粒的质量，g 为重力加速度。

重力是始终存在的力，对颗粒的运动轨迹产生直接影响。

其次，浮力是指物体在流体中受到上浮的力，它的大小等于物体排开的流体的重量。

根据阿基米德原理，浸没在流体中的物体受到的浮力等于物体排开的流体的重量，即Fb=ρfVg，其中ρf为流体的密度，V为物体排开的流体的体积。

浮力的方向总是垂直于颗粒受力方向，指向上方。

最后，阻力是指颗粒在流体中运动时受到的阻碍其运动的力。

阻力的大小与颗粒的速度、流体的黏度以及颗粒的形状等因素有关。

在流体中，颗粒的运动速度较低时，阻力可以用斯托克斯公式来近似计算：
Fd=6πηrV，其中η为流体的黏度，r为颗粒的半径，V为颗粒的速度。

当颗粒速度较高时，阻力的计算变得更为复杂，需要考虑雷诺数的影响。

影响电泳实验结果的几个因素若将带静电荷Q的离子置于电场中，它的受力简单分析如下：电荷引力： F引＝EQ根据Stokes公式，运动中的颗粒在溶液中受到阻力： F阻＝6πrην平衡时，有F引＝F阻，即 EQ＝6πrην整理后得：ν＝EQ/（6πrη）式中：E——电场强度；r——球形粒子的半径；η——溶液的粘度系数；ν——带电粒子运动速度。

由上式可知，相同带电颗粒在不同强度的电场里泳动速度是不同的。

为了便于比较，常用迁移率代替泳动速度表示粒子的泳动情况。

迁移率为带电粒子在单位电场强度下的泳动速度。

若以m表示迁移率：上式两边同时除以电场强度E，则得：m＝Q/（6πrη）由于蛋白质、氨基酸等的电离α受溶液pH值影响，所以常用迁移率m和当时条件下电离度α的乘积即有效迁移率U表示泳动情况： U＝m·α代入m得：U＝αQ/（6πrη）从上式可以看出，影响分子带电量Q及电离度α的因素如溶液的pH、影响溶液粘度系数的因素如温度、分子的半径r等，都会影响有效迁移率。

因此，电泳应尽可能在恒温条件下进行，并选用一定pH的缓冲液。

所选用的pH以能扩大各种被分离组分所带电荷量的差异为好，以利于各种成分的分离。

除以上因素影响电泳结果外，还有离子强度、电渗现象也对电泳构成影响。

一般最合适的离子强度在0.02~0.20mol/L之间。

离子强度过小会降低溶质的溶解度，离子强度过大会降低被分离组分的泳动速度并增加电泳过程中的发热量，使区带扩散变形。

如果电泳不是在溶液中而是在支持介质中进行，还要注意选用无电渗或低电渗物质作支持物。

所谓电渗是指在电场中，液体对于固体支持物的相对移动。

电渗液流往往破坏电泳中已形成的区带，使其扩散变形。

综上所述可知，电泳受粒子本身大小、形状、所带电量、溶液粘度、温度、pH值、电渗及离子强度等多种因素的影响。

当电泳结果欠佳时，应检查或重新设计实验条件以便改进。

不同的带电颗粒在同一电场中泳动的速度不同。

重力沉降法测定流体中颗粒运动阻力系数及其验证库建刚;何逵;徐露;于红星【摘要】Based on particle settling principle combined with Verlet⁃velocity algorithm, a set of experimental instrument for measuring drag coefficients of particles in varied fluids was established, through which the flow resistance of sodium polytungstate ( SPT) solution and synthetic oil SAE 5W/40 was measured and the data were compared with those obtained by Brookfield DV⁃Ⅱviscometer. The results show that, when a single spherical particle falls freely in two kinds of fluid that is laminar flow circulating the spherical particle, the same rules of change were obtained by two method for the drag and size of particles. For the particles in synthetic oil and SPT solution at 29 ℃, the average relative error for drag coefficients obtained by two approaches are 9.44% and 3.43%, respectively.%基于固体颗粒沉降原理，结合Verlet速度算法设计了颗粒在流体中运动阻力系数的测量装置，完成了聚钨酸钠溶液和合成油SAE5W⁃40两种流体阻力的测量。

率。

另外，颗粒中细粉太多、颗粒过干、粘合剂粘性较弱或用量不足、片剂过厚以及加压过快也可造成裂片。

2．松片片剂硬度不够，稍加触动即散碎的现象称为松片。

3．粘冲片剂的表面被冲头粘去一薄层或一小部分，造成片面粗糙不平或有凹痕的现象，一般即为粘冲；若片剂的边缘粗糙或有缺痕，则可相应地称为粘模。

造成粘冲或粘模的主要原因有：颗粒不够干燥、物料较易吸湿、润滑剂选用不当或用量不足、冲头表面锈蚀或刻字粗糙不光等，应根据实际情况，查找原因予以解决。

4．片重差异超限即片剂的重量超出药典规定的片重差异允许范围，产生的原因及解决办法是：①颗粒流动性不好，流入模孔的颗粒量时多时少，引起片重差异过大，应重新制粒或加入较好的助流剂如微粉硅胶等，改善颗粒流动性；②颗粒内的细粉太多或颗粒的大小相差悬殊，致使流入模孔内的物料时重时轻，应除去过多的细粉或重新制粒；③加料斗内的颗粒时多时少，造成加料的重量波动也会引起片重差异超限，所以应保持加料斗内始终有1/3量以上的颗粒；④冲头与模孔吻合性不好，例如下冲外周与模孔壁之间漏下较多药粉，致使下冲发生"涩冲"现象，必然造成物料填充不足，对此应更换冲头、模圈。

5．崩解迟缓一般的口服片剂（缓控释片剂、口含片、咀嚼片等特殊片剂除外）都应在胃肠道内迅速崩解，药典中规定了崩解度检查的具体方法及相应的崩解时限。

若某一片剂超过了规定的崩解时限，即称为崩解超限或崩解迟缓。

要对这一问题加以解决，必须对崩解的机理及其影响因素有所了解。

（1）崩解机理简介①有些片剂中含有较多的可溶性成份，遇水后，这些可溶性成份迅速溶解，形成很多溶蚀性孔洞，致使片剂难以继续维持其片状形式而蚀解溃碎即崩解；②有些片剂之所以能固结成片状，与其中的可溶性成份在颗粒间形成"固体桥"有关，当水分透入片剂后，这些"固体桥"溶解，结合力消失，片剂作为一个整体就难以继续存在，从而发生崩解；③有些片剂中含有遇水可产生气体的物质，例如：泡腾片中含有的碳酸氢钠与枸橼酸，遇水后产生二氧化碳气体造成片剂的崩解。

水处理微滤机过滤能力和堵塞问题的研究陈建平;曹冬冬【摘要】针对传统微滤机的占地面积大、能耗大、结构复杂、过滤能力低以及堵塞等问题,以过滤阻力和颗粒受力分析为基础,建立了微滤理论模型,分析了微滤过程中的堵塞问题及原因;采用试验分析的方法,研究了过滤水位、过滤时间和反冲洗对过滤能力和堵塞问题的影响,提出了提高过滤能力的方法,并设计了一种可实时反冲洗的新型连续水处理微滤机作为解决方法.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2013(032)005【总页数】4页(P57-60)【关键词】微滤机;理论模型;试验分析;反冲洗;过滤能力;堵塞【作者】陈建平;曹冬冬【作者单位】天津科技大学机械工程学院,天津300222;天津科技大学机械工程学院,天津300222【正文语种】中文【中图分类】X703;TQ028水资源短缺和水污染已经成为阻碍社会经济发展的主要因素之一.面对日益严重的水资源短缺和水污染问题，城市污水回用因其水量大、水质稳定且供给可靠等特点越来越受到当今世界各国的推崇.目前国内外应用较多的中水回用工艺是混凝-沉淀-过滤-消毒工艺和膜处理工艺，其中混凝-沉淀-过滤-消毒工艺因其工艺流程长、占地面积大，建设投资较大的缺点，不适宜在土地资源紧张的地区或旧污水处理厂增加污水回用工艺的改造工程中使用；膜处理工艺因膜造价高且易污染等问题，在我国的发展比较缓慢.水处理的最基本原理之一就是通过工艺技术和方法将水体中各种污染物净化去除，过滤单元技术能有效地截留去除水体中各种悬浮颗粒物.因此，过滤是中水回用工艺中最重要的物理操作单元技术之一，在污水深度处理中起到至关重要的作用，提高过滤效率能明显地提高污水处理效率[1].本文通过对微滤理论模型的分析，得出微滤过程中堵塞问题及原因，然后对提高过滤效率的方法进行试验分析，找到解决堵塞问题和提高过滤效率的最佳方法。

1 微滤机的研究现状目前过滤一般分为3种类型:深床过滤、膜过滤和表面过滤.表面过滤是利用过滤介质表面或过滤过程中所生成的滤饼表面来拦截固体颗粒，使固体与液体分离.这种过滤一直广泛应用于化工行业和造纸行业.近年来，集成化的表面过滤设备刚开始应用于污水处理领域，以滤布为过滤介质的设备主要有转盘微滤机和转鼓微滤机等[2].根据调研和实验研究分析发现，该技术因其具有原理简单等优点，在国外已被成功应用于城市污水二级处理后的中水回用领域.但现有微滤机仍存在以下问题.（1）制造成本较高.现有装置结构比较复杂，不锈钢滤布裁剪浪费情况较为严重. （2）占地面积大.由于现有微滤机过滤效率低，所以当需要处理较大污水量时，只能增加微滤机的数目，因此占地面积大.（3）过滤效率低.由于滤布目数较高，孔径一般在10～100 μm，滤布容易被堵死，影响过滤效率.同时，装置被堵塞后，需停机进行滤布的清洗和更换，大大减少了有效的过滤时间，过滤能力降低.在显微镜下，试验所用不锈钢滤布为1200目不锈钢滤布（孔径约为0.01 mm）过滤前后的观察效果如图1所示.图1 不锈钢滤布过滤前后在显微镜下观察效果Fig.1 Observed effect of stainless steel filter cloth before and after filtering under microscope （4）滤布更换频繁.现有微滤机无法及时进行反清洗，滤孔堵塞严重；必须进行停机清洗，并且滤布更换较频繁.因此滤布的更换较为耗时，延长了停机的时间，并且增加了劳动成本.针对目前微滤机存在的问题，以过滤过程中过滤阻力和颗粒受力分析为基础，建立微滤理论模型，分析其微滤过程中的堵塞机理及原因，采用试验分析探讨了微滤过程的堵塞问题并提出了相应的解决方法.以下分别从理论和试验两方面分析微滤的堵塞问题及提高过滤能力措施的可行性.2 微滤理论模型分析微滤是一种静态过滤，水中的颗粒杂质将在滤布表面截留形成污染层，污堵类型属于表面层截留，因此研究过滤阻力的构成对提出增加滤布通透量的措施有重要的指导作用[3].水是连续介质，水中的颗粒杂质的速度分布也是连续的.由于范德华力和其他高分子物质作用下相互碰撞，在流体运动中发生架桥和絮凝反应，因此可建立过滤堵塞的覆盖层模型，即起源于经典过滤理论，是以通透量、覆盖层阻力和滤布的阻力之间的关联为出发点的[4－5]，其一般表现形式为:式中:J为过滤速度，即通透量（m3·（m2·s）－1）；ΔP 为滤液流动的推动力过滤差（Pa）；μ为滤液粘度（Pa·s）；Rm为滤布膜固有阻力（m－1）；Rp为滤布膜孔堵塞阻力（m－1）；Rc为滤布膜面滤饼阻力（m－1）；Rt为滤布膜过滤结束时阻力（m－1）.即滤布的过滤速度和滤布阻力成反比，随着时间的延长，微粒开始堵塞膜孔，滤布表面截留沉积不溶物急剧增多，引起流体力学阻力增大，过滤速率下降，由此可得到微滤时间t与流量Q的关系如图2所示[6].图2 微滤时间与流量的关系Fig.2 Relation between micro-filtration time and flow以滤布过滤的刚性固体颗粒为研究对象，通过对水溶液中的颗粒的受力分析，结合阻塞过滤模型和传统阻力覆盖模型，考虑孔径和颗粒大小等因素的影响，可以建立微滤工艺模型，预测微滤过程中的通透量，将模拟结果与试验数据进行对比，分析其吻合性.3 试验及结果分析根据理论模型中滤布通透量、覆盖层阻力和滤布的阻力之间关系的分析，设计了如图3所示的微滤工艺装置分别从过滤水位、过滤时间和反清洗对过滤能力和堵塞问题的影响进行试验分析.微滤的工艺基本流程为:污水经进水泵进入进水箱，经1200目不锈钢滤布（孔径约为0.01 mm），大于孔径的悬浮物颗粒被拦截，截留的颗粒随着时间增多，使得滤布被堵塞，过滤速度下降，通过往复移动筛板结构，反冲洗装置将水汽混合一定比例冲掉粘附在滤布上的污染物，以提高过滤速度.图3 微滤工艺装置Fig.3 Microfiltration process system配制进水质量浓度为30 mg/L的悬浊液，经沉淀后使用，作为过滤实验用水，溶液中颗粒直径小于0.1 mm，粒度分布为平均粒径（D50）=0.045 mm，滤后水的悬浮物（SS）值达到10 mg/L的国标一级A的水平.3.1 进水浓度与过滤时间相同时，不同过滤水位对SS负荷的影响3.1.1 测试试验方法将配置的悬浊液加入到实验工艺装置中，测试水位高度为30、50、70、90、110、130 和 150 cm 重复试验.3.1.2 试验结果及分析在30 s的过滤时间内，保持不同的过滤水位高，SS负荷（单位面积滤布单位时间内所能截留的SS质量）结果如图4所示.图4 不同过滤水位高时的SS负荷变化情况Fig.4 SS load changes at different filter water level由图4可知，随着过滤水位的升高，SS负荷增加，说明SS负荷与过滤面受到的水压有关，压力升高时，SS负荷增加，即验证了理论模型中过滤速度与滤布两侧压力差成正比的关系，为提高过滤效率的方法的提出奠定了基础.3.2 进水浓度与过滤水位相同时，不同过滤时间对SS负荷的影响3.2.1 测试试验方法保证测试水位高为 15 cm，检测 30 s、1 min、2 min、3 min、4 min、5 min、6 min、7 min、8 min、9 min 和10 min收集到的滤后水的体积，平行测定3次.改变测试水位高度为50 cm、70 cm，重复试验.3.2.2 试验结果及分析当过滤水位分别为15、50、70 cm时，不同过滤时间分别对SS负荷的影响如图5所示.图5 不同过滤时间对SS负荷的影响Fig.5 Effects on the SS load at different filtration time由图5可以看出，过滤时间小于180 s时，SS负荷较大，随着过滤时间的增长，滤布孔隙堵塞加剧，滤布覆盖层阻力增大，使得SS负荷减小，得到的结果与理论模型分析部分对微滤时间t与流量Q的关系一致.3.3 不同反冲压力和不同的反冲时间对过滤的影响3.3.1 测试试验方法（1）设置反冲压力0.6 MPa进行过滤实验，当水位到达70 cm时，开启反冲洗和电机，反冲时间15 s，至少再进行一次过滤和反冲，待系统稳定后，开始记录过滤时间，至少记录5组.（2）改变反冲时间为 20、30、40、50 和 60 s，重复步骤（1）的试验方法. （3）改变反冲压力为0.7、0.8和1.0 MPa.重复步骤（1）～（2）的试验方法. 3.3.2 试验结果及分析为了避免重复启动电机带来的电耗和设备损耗，试验数据可以通过反冲时间与反冲间隔时间来比较.设计中希望反冲时间短，反冲间隔时间长.在进水SS质量浓度为30 mg/L，反冲压力为0.6、0.7、0.8和1.0 MPa，反冲时间为 15、20、30、40、50 和 60 s时，反冲时间和反冲间隔时间的比值（K）的变化如表1所示.从表1中可以看出，在反冲洗压力为0.8 MPa，反冲时间为30 s时，K值最小，为0.31.即采用0.8 MPa的反冲洗压力，反冲时间30 s，可以达到反冲洗的最佳效果.此时可有效地实现了滤布污染物的清除，大大减少了滤布覆盖层的阻力，增大了滤布的通透量，验证了理论模型中过滤速度与阻力的反比关系.表1 不同反冲压力、反冲时间对反冲间隔时间的影响Tab.1 Effects on backwashing interval time with different backwashing pressure and time反冲压力/MPa反冲时间与反冲间隔时间之比/K 0.6 20 39 0.510.6 30 57 0.530.640 54 0.740.6 50 58 0.860.6 60 50 1.20.7 15 43 0.350.7 20 47 0.430.7 30 49 0.610.7 40 49 0.820.7 50 52 0.960.7 60 52 1.150.8 20 43 0.470.8 30 970.310.8 40 52 0.770.8 50 63 0.790.8 60 136 0.441.0 15 40 0.381.0 20 460.431.0 30 50 0.601.0 40 46 0.89反冲时间/s反冲间隔时间/s4 结论通过对微滤机工作过程中的过滤堵塞覆盖层模型和试验结果分析，其结论如下: （1）滤布堵塞机理:水中悬浮物由于沉淀、惯性、水力梯度等原因，运动的颗粒表面相互吸附，再加上由于范德华力和其他高分子物质作用下彼此发生架桥和絮凝过程，随着时间的延长，颗粒逐渐变大，在压力差的推动作用下，小于滤布孔径的颗粒随液体透过滤布，大于孔径的颗粒杂质被截留；随着过滤时间的增加，被截留的颗粒杂质将在滤布表面形成污染层，并积累成堵塞层，增加了过滤阻力，严重加剧了筛网滤布的堵塞问题；在压力变化不大的情形下，透过率下降、过滤能力低的问题更加明显.（2）提高过滤效率的措施:SS负荷与处理水量有关，增大过滤水位高度，可以在一定程度上解决堵塞带来的问题；SS负荷与过滤时间成反比，在应用SS负荷进行工艺计算时，应考虑过滤时间所对应的SS负荷，减轻堵塞对过滤的影响，可以提高过滤能力；及时地进行反清洗可以有效地解决过滤堵塞的问题，而且能够提高过滤能力；另外，在不停机的情况下，周期性地更换滤布也是提高过滤能力的有效途径.新型微滤机的设计应综合考虑过滤水位、过滤时间和反清洗的影响.因此，我们设计了一种新型连续水处理微滤机[8]作为解决方法，即采用表面微孔过滤原理，设定了一定的过滤水位和时间，通过筛板筛网结构的往复运动和反清洗系统，可以实时进行反清洗，可以在不停机的情况下，进行滤布的周期性更换，实现了微滤机的连续过滤，解决了过滤的堵塞问题，提高了过滤能力.参考文献:【相关文献】[1]李磊，赵培培.中国工业废水治理效率评价[J].资源开发与市场，2011，27（12）:1093-1095.[2]阳佳中，张学兵，孟广，等.转盘滤池在污水处理厂深度处理中的应用[J].给水排水，2012（2）:38-40.[3]刘广立，施汉昌，黄霞，等.无机微滤膜过滤阻力的研究[J].环境污染治理技术与设备，2002，3（1）:15-18.[4]刘艳鹏.水处理与回用中的微滤平板膜和反渗透膜的应用研究[D].大连:大连理工大学，2009:22-24.[5]张建伟，金光远.微孔过滤介质污染中的堵塞研究[J].化学工程，2006，10（10）:39-41.[6]朱学峰，吴志超，王志伟，等.膜生物反应器处理超市废水中污泥性质与膜污染关系分析[J].环境工程学报，2011（1）:60-63..[7]李胜利，潘艳秋，岳宁，等.管式膜微滤机理模型的研究进展[J].化学通报，2006，69（2）:153-160.[8]陈建平，董伟，赵颖.新型连续水处理微滤机:中国，201020591596.4[P].2011-11-09.。

旋流器底流口直径及入料性质对固体颗粒运动的影响研究吕秀丽【摘要】结合水力旋流器分级原理,利用计算流体力学的原理和方法,在底流口直径和入料性质参数多个水平下,对旋流器内部流场进行了数值模拟,揭示了两因素对旋流器分级的影响.结果表明:增大底流口直径,流场内流速降低,零速包络面向内向上收缩,分级粒度变小;增大入料固体颗粒密度、粒度或者质量浓度,固体颗粒指向中心的径向速度减小,底流产率增加,细颗粒含量增加.根据选煤厂的实际生产工况,合理设计旋流器的结构参数,对控制分离粒度、提高分级效率尤为重要.【期刊名称】《选煤技术》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】4页(P5-8)【关键词】水力旋流器;底流口直径;入料性质;数值模拟;颗粒运动【作者】吕秀丽【作者单位】中煤科工集团唐山研究院有限公司,河北唐山063012;河北省煤炭洗选工程技术研究中心,河北唐山063012【正文语种】中文【中图分类】TD455+.7水力旋流器是一种物理分离设备，是一种在离心力场的作用下分离不同粒径(密度)混合物的高效分离设备。

它具有重力沉降分离设备无法比拟的优点，如结构简单，操作方便，分离能力强，分离效率高，设备维护费用低，易于实现自动控制等，因此在各领域得到了广泛应用，代替重力沉降分离是水力旋流器发展的必然结果。

在选煤技术领域，水力旋流器被广泛应用于脱泥、分级、粗煤泥分选等作业[1-3]。

虽然水力旋流器的结构简单，但其内部流场却相当复杂。

旋流器内每一个固体颗粒的运动均依赖于其内部流场，流场是决定颗粒分离效果的关键[4]。

随着计算机模拟技术的发展，CFD技术被用于旋流器内部流场的分析研究中，然而不同结构和操作参数条件下的旋流器内部流场的研究仍相对不足。

为此对不同结构参数条件下的旋流器进行数值模拟研究，通过分析不同外部条件对颗粒运动行为的影响，为优化旋流器结构，提高分离效率提供指导和借鉴[5]。

1 水力旋流器结构和工作原理水力旋流器由入料管、导向筒体、锥体、溢流管、底流口组成(图1)。

流体力学中的纳米颗粒分析引言纳米颗粒是一种具有极小尺寸的微粒，其尺寸范围在1到100纳米之间。

由于其特殊的尺度效应和表面效应，纳米颗粒在物理、化学、生物学和材料科学等领域具有重要的应用价值。

流体力学是研究流体运动及其与力的关系的学科，而流体力学中的纳米颗粒分析则是探索纳米颗粒在流体中的行为与性质的重要研究方向。

本文将回顾流体力学中的纳米颗粒分析的相关理论、方法和应用，并展望未来的研究发展方向。

纳米颗粒在流体中的行为纳米颗粒在流体中的运动行为受到多种因素的影响，包括流体性质、纳米颗粒的尺寸、形状和表面性质等。

其中最重要的因素之一是纳米颗粒与流体之间的相互作用力。

常见的纳米颗粒与流体之间的相互作用力有静电力、浮力、黏滞阻力和布朗力等。

这些作用力的大小和方向直接影响纳米颗粒在流体中的受力情况和运动轨迹。

纳米颗粒在流体中的行为可以分为三种主要形态：扩散、输运和聚集。

扩散是指纳米颗粒在流体中的随机热运动，其运动路径呈现无规则的布朗运动。

输运是指纳米颗粒在流体中受到外部力的作用而在流体中产生有向的移动。

聚集是指纳米颗粒之间的相互作用力导致其聚集成团或形成有序结构。

纳米颗粒的扩散、输运和聚集行为对于纳米颗粒在流体中的分散状态、扩散速率和沉降速率等具有重要影响。

流体力学中的纳米颗粒分析方法流体力学中的纳米颗粒分析方法可以分为实验方法和数值模拟方法两大类。

实验方法实验方法是通过实际实验观测纳米颗粒在流体中的行为以及测量其相关物理量来进行分析。

常用的实验方法有激光光散射、动态光散射、扫描电子显微镜和原子力显微镜等。

激光光散射是一种基于光的散射原理测量纳米颗粒尺寸和分布的方法，可以用来研究纳米颗粒的扩散和聚集行为。

动态光散射可以用来测量纳米颗粒的输运行为和流体中纳米颗粒的浓度分布。

扫描电子显微镜和原子力显微镜则可以用来观察纳米颗粒的形貌和表面结构。

数值模拟方法数值模拟方法是通过建立纳米颗粒在流体中的数学模型，利用计算机模拟纳米颗粒在流体中的行为。

影响电泳实验结果的几个因素若将带静电荷Q的离子置于电场中，它的受力简单分析如下：电荷引力： F引＝EQ根据Stokes公式，运动中的颗粒在溶液中受到阻力： F阻＝6πrην平衡时，有F引＝F阻，即 EQ＝6πrην整理后得：ν＝EQ/（6πrη）式中：E——电场强度；r——球形粒子的半径；η——溶液的粘度系数；ν——带电粒子运动速度。

由上式可知，相同带电颗粒在不同强度的电场里泳动速度是不同的。

为了便于比较，常用迁移率代替泳动速度表示粒子的泳动情况。

迁移率为带电粒子在单位电场强度下的泳动速度。

若以m表示迁移率：上式两边同时除以电场强度E，则得：m＝Q/（6πrη）由于蛋白质、氨基酸等的电离α受溶液pH值影响，所以常用迁移率m和当时条件下电离度α的乘积即有效迁移率U表示泳动情况： U＝m·α代入m得：U＝αQ/（6πrη）从上式可以看出，影响分子带电量Q及电离度α的因素如溶液的pH、影响溶液粘度系数的因素如温度、分子的半径r等，都会影响有效迁移率。

因此，电泳应尽可能在恒温条件下进行，并选用一定pH的缓冲液。

所选用的pH以能扩大各种被分离组分所带电荷量的差异为好，以利于各种成分的分离。

除以上因素影响电泳结果外，还有离子强度、电渗现象也对电泳构成影响。

一般最合适的离子强度在0.02~0.20mol/L之间。

离子强度过小会降低溶质的溶解度，离子强度过大会降低被分离组分的泳动速度并增加电泳过程中的发热量，使区带扩散变形。

如果电泳不是在溶液中而是在支持介质中进行，还要注意选用无电渗或低电渗物质作支持物。

所谓电渗是指在电场中，液体对于固体支持物的相对移动。

电渗液流往往破坏电泳中已形成的区带，使其扩散变形。

综上所述可知，电泳受粒子本身大小、形状、所带电量、溶液粘度、温度、pH值、电渗及离子强度等多种因素的影响。

当电泳结果欠佳时，应检查或重新设计实验条件以便改进。

不同的带电颗粒在同一电场中泳动的速度不同。

微量热泳动原理微量热泳动原理一、引言微量热泳动是一种利用微小的热能驱动粒子运动的技术，广泛应用于生物医学领域中的药物筛选和细胞分析等方面。

其原理是基于布朗运动和热力学原理，通过将样品溶液与微米级或纳米级粒子混合，利用光学显微镜观察到的颗粒运动轨迹来推断样品中有关生物分子的性质。

二、布朗运动布朗运动是指在液体或气体中悬浮的小颗粒受到分子碰撞而产生的无规则运动。

这种运动是由于周围分子不断地与颗粒发生碰撞，使其不停地改变方向和速度。

这种无规则的运动被称为布朗运动。

三、热力学原理热力学原理是指在恒温条件下，系统内部各个部分之间存在着能量转移和平衡。

当一个系统处于平衡状态时，各个部分之间不再存在着净能量流入或流出。

这就意味着，在恒温条件下，一个系统内部各个部分之间的能量分布是随机的。

四、微量热泳动原理微量热泳动原理是基于布朗运动和热力学原理的。

当一个微米级或纳米级粒子悬浮在液体中时，它会受到周围分子的碰撞而发生布朗运动。

这个粒子在液体中的位置和速度是随机的，并且受到周围温度的影响。

当这个粒子与样品中的生物分子相互作用时，它会受到不同程度的阻力，并发生方向改变和速度变化。

这种阻力可以通过观察颗粒运动轨迹来确定，从而推断出样品中有关生物分子的性质。

具体来说，可以通过测量颗粒在液体中移动的距离、速度和加速度等参数来计算出阻力系数，从而推断出样品中有关生物分子的大小、形状、表面电荷等性质。

五、应用微量热泳动技术已经广泛应用于药物筛选和细胞分析等方面。

在药物筛选方面，利用微量热泳动技术可以快速准确地评估药物分子与靶分子之间的相互作用，从而筛选出具有高亲和力和高选择性的药物分子。

在细胞分析方面，微量热泳动技术可以用于评估细胞膜上的受体与配体之间的相互作用，从而揭示细胞信号转导的机制。

六、总结微量热泳动技术是一种利用微小的热能驱动粒子运动的技术，其原理基于布朗运动和热力学原理。

通过观察颗粒运动轨迹来推断样品中有关生物分子的性质。

凝胶效应和自动加速现象
凝胶效应是指在溶胶（固体颗粒)，在液体介质中溶解时，形
成胶体或凝胶的现象。

凝胶效应的一个典型例子是在淀粉与水的溶液中，在受力作用下，淀粉的颗粒会聚集在一起形成凝胶。

凝胶效应的产生是由于颗粒间的相互作用力增强，使得颗粒能够形成一个三维网络结构。

自动加速现象是指在某些化学反应中，初始时反应速率较慢，但随着反应进行，反应速率会逐渐加快的现象。

这种现象通常是由于反应物浓度的变化引起的。

初始时，反应物浓度较低，反应速率受到浓度限制，随着反应进行，反应物浓度逐渐增加，反应速率也会相应增加。

凝胶效应和自动加速现象是两种不同的现象。

凝胶效应主要涉及到固体颗粒在液体中的聚集行为，而自动加速现象主要涉及到化学反应速率随时间变化的特点。