膜流动性（共8篇）
膜流动性 篇1
姜黄素(Curcumin)来源于姜科植物郁金(Curcuma aromatica Salisb.)块根、姜黄(C.longa L.)根茎、莪术(C.zedoaria(begr.)Rosc.)根茎、天南星科植物菖蒲(Acorus calamus L.)根茎,具有抗氧化、抗炎、降血压、调血脂、免疫调节和抗肿瘤等药理作用[1,2]。红细胞具有识别、粘附、杀伤抗原、清除免疫复合物,而且参与机体免疫调控,其本身还存在有完整的自我调控系统,是完整机体免疫系统中的一个子系统。红细胞的所有正常生理功能都与细胞膜结构的完整性及膜脂双层的流动性有关。对于肿瘤细胞来说,其红细胞膜的通透性下降,膜流动性降低,膜蛋白含量减少,从而影响红细胞正常的免疫功能。因此,通过改善荷瘤小鼠红细胞膜功能这一途径来探讨姜黄素免疫抗肿瘤机制,是本实验研究的主要目的和意义。
1 材料
1.1 动物及瘤株
昆明种小鼠,雌雄各半,体重(20±2)g,由哈尔滨市汉方实验鼠类养殖所提供。瘤株:H22荷瘤小鼠,购自哈尔滨医科大学附属肿瘤医院。
1.2 药品与试剂
姜黄素(纯度≥99%)(四川金郁金科技开发有限公司);1,6-二苯-1,3,5-己三烯(DPH)(Sigma公司);肝素钠(上海旭东海普药业有限公司);5-氟脲嘧啶(5-Fu)(上海旭东海普药业有限公司);蛋白定量试剂盒(南京建成生物工程研究所);蛋白酶水解抑制剂对甲苯磺酰胺(PMSF)(Sigma公司);10% SDS;电泳缓冲液;样品缓冲液;染色液;脱色液。
2 方法
2.1 建立肿瘤模型
在无菌条件下,取H22腹水癌细胞,放入无菌容器内,置冰块中保存。另取少量腹水,置于加有肝素的试管中,作为观察细胞形态及细胞计数用。癌细胞数为97%以上方可使用。腹水用无菌生理盐水1∶4稀释,使肿瘤细胞数为5×106·mL-1。
2.2 分组及给药
小鼠随机分为五组,分别是姜黄素高、中、低剂量组(剂量为200、100、50mg/kg)、5-FU组(剂量为30mg/kg)和生理盐水组(同体积)。于接种24h后开始腹腔注射给药,每日1次,连续7d,于停药次日处死。
2.3 红细胞影泡的制备
取全血加肝素抗凝,离心(3 000转/min)10min。1∶3生理盐水洗涤2次,1∶1悬浮在生理盐水中,制成红细胞溶血液。然后,加入5P8.4磷酸缓冲液(1∶30),4℃,1h溶血,制成红细胞悬浮液。然后,离心(2 000转/min),4℃,40min,弃上清液,5P8.4磷酸缓冲液洗涤3次,最后悬浮在一定量5P8.4磷酸缓冲液中,制成红细胞影泡,备用。
2.4 姜黄素对H22小鼠红细胞膜蛋白含量的影响
制备配胶、凝胶板、凝胶贮存液、电极槽缓冲液、染色液Ⅰ、染色液Ⅱ。用SDS增溶处理细胞膜使膜蛋白从膜上脱落下来。加样:将已经聚合好的凝胶平板上的样品槽栅取出,用干净滤纸吸干样品槽中的水。用微量进样器吸取膜样品50μL。加样完毕后,立即用电极槽缓冲液进行覆盖。同时,在电极槽上、下槽中加入电极槽缓冲液适量,接通电源,调整电压为50V,电流为30A,时间为3.5h,进行电泳。电泳结束后,剥胶、染色。将凝胶板置于CS-930双波长扫描仪上,560nm处扫描得到膜蛋白的电泳图谱,并计算膜蛋白组分的百分含量。
2.5 姜黄素对荷瘤小鼠红细胞膜脂流动性的测定
取10mL试管数个,分别加2mL 0.1%肝素,将实验动物眼底取血3滴,加入上述试管中,混匀,3 000 r/min离心10 min,弃上清液,用等渗磷酸缓冲液(PBS)洗涤三次,作红细胞计数。根据计数值,配成红细胞数为4×107个/mL。将配好的红细胞悬液4mL取出2mL加入一试管中,余下的2mL作为标准管。在标准管中加入2mL DPH标记液。空白管中加入等量、等渗的PBS缓冲液,混匀后于25℃温浴30min,3 000r/min离心10min,弃去残留DPH标记液。用等渗PBS缓冲液洗涤2次,在用等渗PBS缓冲液稀释成4mL细胞混悬液,立即进行荧光偏振度测量。用RF540荧光分光光度计采用氙灯光源,荧光激发波长为λex362nm,发射波长为λem432nm,狭缝10nm。在25℃下分别测定与激发偏振光振动方向平行、垂直时的荧光偏振光强度P,计算微粘度η=2p/(0.46-p),及流动性LFU=(0.5-p)/p2。
2.6 数据处理。
采用SPSS 13.0软件处理数据以undefined表示,组间比较采用方差分析。
3 结果
3.1 姜黄素对H22小鼠红细胞膜蛋白含量的影响
结果见表1,与生理盐水组比较,姜黄素不同剂量组均能提高红细胞膜蛋白含量,其中中、高剂量组表现更加显著(P<0.01),而且该作用与剂量具有一定的相关性。
注:与生理盐水组比较,*P<0.05,**P<0.01。
3.2 姜黄素对H22小鼠红细胞膜脂流动性的影响
结果见表2,经姜黄素治疗后,荷瘤小鼠红细胞微粘度均有不同程度的下降,膜流动性提高,其中中、高剂量组与模型对照组相比较差异非常显著(P<0.01)。
注:与生理盐水组比较,*P<0.05,**P<0.01。
3 讨论
红细胞膜主要是由蛋白质和脂类组成,其所占比例约为1:1,在红细胞发挥识别、粘附、杀伤抗原、清除免疫复合物、参与机体免疫调控等方面起着重要的作用[3]。膜脂物理特性的重要性在于他们能维持和调节膜蛋白的功能,膜蛋白则是膜功能的主要执行者。二者相互作用是生物膜研究的中心环节。膜脂组成及膜生物物理特性改变,将直接影响到细胞膜特性、物质转运、膜结合酶的活性、配体与膜受体的结合、跨膜信息的传递、肿瘤细胞与宿主细胞的相互作用、细胞分化与识别以及膜表面标志的表达。红细胞的所有正常生理功能都与细胞膜结构的完整性及膜脂双层的流动性有关。膜脂流动性升高,嵌入的膜蛋白暴露于水相的部分会相应增加,反之,膜蛋白则更多地深入膜脂内部。总之,膜脂流动性的变化将影响到膜蛋白的功能[4],进而影响到细胞膜发挥其功能。赵晓红等[5]采用胰蛋白酶降解红细胞膜蛋白,研究了膜蛋白降解对红细胞膜脂流动性的影响。结果表明了胰蛋白酶降解红细胞膜蛋白,使得膜蛋白结构趋于收缩,最终导致了膜脂流动性的降低,这进一步说明了红细胞膜蛋白与其流动性的相关性。对于肿瘤细胞来说,其红细胞膜的通透性下降,膜流动性降低,膜蛋白含量减少,从而影响膜的正常功能。本实验采用Lowry法测定红细胞膜蛋白浓度以及萤光偏振法测定红细胞膜的流动性。研究结果表明,姜黄素高、中、低剂量组均能明显提高了H22小鼠红细胞膜的流动性和红细胞膜表面蛋白含量,从而使嵌入的膜蛋白暴露于水相的部分相应增加,使受损的跨膜信号传递链索恢复正常。
综上所述,姜黄素可通过提高荷瘤小鼠红细胞膜流动性进而影响膜蛋白质的功能,提高荷瘤小鼠红细胞免疫功能从而达到抗肿瘤的作用。
参考文献
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[5]赵晓红,唐文彦,施岩,等.膜蛋白降解对红细胞膜脂流动性的影响[J].河北医学,1999,5(6):9-10.
膜流动性 篇2
会宁一中 马丽
一、教学目标 1.简述生物膜的结构。
2.探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用。3.探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点
二、教学重点和难点 1.教学重点
流动镶嵌模型的基本内容。2.教学难点
探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
三、设计思路
本节内容与第一节“物质跨膜运输的实例”所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。所以,这节的内容对整个章节的知识起到了承上启下的作用。内容主要包括对生物膜结构的探索历程和生物膜的流动镶嵌模型的基本内容两大部分。在教学中，充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，采用“引导—观察分析实验现象—提出假设—实验验证再分析”的教学模式，融合运用引导启发、观察分析、对比归纳、联系实例等方法，配以多媒体辅助教学，引导学生观察并分析实验现象，大胆的提出实验假设，宛如亲历科学家探索科学的历程，切身感受科学的魅力，保持强烈的探究科学的激情和兴趣，自然地接受流动镶嵌模型的理论。让学生在探究中学习科学探索的方法，从而渗透探索科学过程和方法的教育。
四、教学课时 一课时
五、教学过程
〖引入〗
小实验。功能和结构相适应。
（一）、对生物膜结构的探索历程
教师：我们知道一种物质或物体的结构，实际上是指其组成成分之间的组合形式，如：，所以要弄清一种物质或物体的结构，首先要知道它的组成成分，那细胞膜的成分是什么呢？我们先来看一下19世纪末，欧文顿对此的研究： 资料一
时间：19世纪末 1895年 人物：欧文顿（E.Overton）
实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。提出假说：膜是由脂质组成的。
〖设问〗：对“欧文顿实验”
请你根据化学上的相似相溶定律看一下你能得到什么结论？ 学生：（略）
教师：对，欧文顿也提出了这样的假说，那么这一假说的提出是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？
在推理分析得到结论之后还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？ 学生：（略），为什么一开始不对生物膜直接进行提取、分离和鉴定呢？ 〖学生交流、讨论〗：（略）
〖教师讲述〗：
1、从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。
2、根据他的实验结果：凡可以溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容 易通过细胞膜进入细胞。
3、有必要，通过鉴定能更准确地说明问题
4、对现象的推理分析是要进行鉴定，才能准确地说明问题。可是鉴于当时技术的限制，不能进行对结构物质的提取。
5．经科学家化学分析结果，细胞膜成分除了脂质外，还有蛋白质。那脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？ 资料二 ： 时间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter和Grendel 实验：从红细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是红细胞膜的2倍 〖设问〗：
１．“荷兰科学家实验”-----------实验得到什么现象？ ２．请你展开大胆想象，你会推测出什么样的结论？ 〖学生交流、讨论〗：（略）
〖教师讲述〗：两位荷兰科学家根据单分子层的面积是红细胞表面积的2倍。由此得出的结论是：细胞膜中的磷脂是双层的。磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。〖设问〗：
请你运用相关的化学知识解释为什么磷脂在空气――水界面上铺展成单分子层？
生物的结构和功能是相适应的。在细胞膜内外都是水环境条件下，细胞膜的两层磷脂分子可能怎样排布呢？形成什么样的结构呢？ 〖学生交流、讨论〗：（略）
〖教师讲述〗：这是大家开动脑筋推测出的磷脂分子排列方式，大家看哪种最合理？（教师分析）知道了脂质的排布方式，那么蛋白质与磷脂又是怎样的位置关系?有人推测出脂质两边覆盖蛋白质的理论。
资料三 时间：1959年
人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）
实验：在电镜下看到细胞膜由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成 提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构 〖教师设问〗：
对“罗伯特森电镜实验”──实验得到什么现象？ 让你来推测，你会推出什么样的结论？
你同意“三明治”结构模型吗?这种生物膜是静态的观点不能解释哪些生命现象？ 〖学生交流、讨论〗：（略）
〖教师讲述〗：借助于电镜，罗伯特森观察到了细胞膜的结构，并推出静态结构。但它很难解释细胞分裂、草履虫的运动和分裂、成熟植物细胞的质壁分裂与复原现象。把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾。20世纪60年代,有人对此静态观点提出异议。并随着科学技术的发展，对蛋白质的位置也提出了准确的说法，指出蛋白质不是全部平铺在脂质的表面，有的镶嵌在脂质双分子层中。那么，有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的吗？ 资料四： 时间：1970年 人物：Larry Frye等
实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布 提出假说：细胞膜具有流动性 〖设问〗：
对“荧光染料标记实验”──观察得到怎样的动态现象？ 这一动态现象说明了什么？ 能推出什么结论？
〖学生交流、讨论〗：（略）
〖教师讲述〗：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，说明了组成细胞膜的分子是可以不断运动的，成功指出细胞膜的流动性
〖设问〗：我们还学过哪些生命现象能说明生物膜具有流动性？ 学生回答；（略）
〖教师讲述〗：白细胞吞噬病菌、变形虫的变形运动、植物细胞的质壁分离等例子都能说明细胞膜具有流动性。即流动镶嵌模型提出的膜结构能很好地解释上述细胞功能。
在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中１９７２年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。它的具体内容是什么呢？
（二）、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容
〖想象空间、课件展示〗结合生物膜结构的探索历程，学生展开想像，自我构建细胞膜的三维立体结构。再课件展示“细胞膜的结构”，教师有顺序、有层次清楚地阐述基本内容： 生物膜的组成：主要由蛋白质和脂质组成，还含少量的糖类。
生物膜的基本骨架：磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。
蛋白质分子存在形态：有镶在表面、嵌入、横跨三种，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的不对称性。糖被在细胞的生命活动中具有重要功能，如保护、润滑、识别等。
生物膜的结构特点：流动性---磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的。（课件展示磷脂分子的多种运动形式，帮助学生理解磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性）生物膜的功能特点：选择透过性。
〖学生讨论〗
设问：1。生物膜的流动镶嵌模型是不是完美无缺了呢？说说你的看法。2．回顾建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？ 3．在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？ 学生讨论：（略）教师讲述：
1。生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺，人类对自然界的认识永无止境，随
着实验技术的不断创新和改进，对膜的结构的认识回进一步深入，不断完善和发展流动镶嵌模型。2．在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们看到了膜的存在，冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外并不对称，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，证明了细胞膜的流动性。
3．在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识、再实践、再认识，使人们一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。一般来说，功能的不同常伴随结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有生物膜都是一样的，显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。
六、板书即小结：（教师最后提供答案）
（一）对生物膜结构的探索历程 19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由 组成的； 20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由 和 组成； 1959年罗伯特森提出的“三明治”结构模型： 1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有 ； 5 1972年，桑格和 提出了。
（二）流动镶嵌模型的基本内容
1．组成成分：主要是 和
2．结构： 为基本支架，蛋白质 3．结构特点： 4．功能特点：
七．练习（课本69页和《同步导学》68页习题）八．教学后记
探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点是本节教学的难点。我发现举过多的学生不熟悉的的现代生物发展的例子来说明这一问题，效果并不好。因为学生不熟悉的例子，自然就不容易理解。所以在本节课中我把这一观点穿插在四个资料分析中，比如让他们根据细胞内外的水环境这一特点推测两层磷脂分子可能的排布结构，让他们分析“三明治”静态结构与一些生命现象矛盾的地方，让他们寻找细胞膜的流动镶嵌模型能较好地解释哪些生命现象，通过这些通俗易懂的例子潜移默化地影响学生，最后进行归纳总结，建立生物膜模型的过程体现了结构与功能相适应的观点。突破这一教学难点。课本67页的两个思考讨论问题我进行了调整，放在了“流动镶嵌模型的基本内容”之后进行，因为上课过程中我发现经过四个资料分析，学生对细胞膜结构的求知欲已完全调动起来，直接往下进行流动镶嵌模型的基本内容的教学，比较符合学生的认知心理特点。如果经两个思考讨论之后，再讲述流动镶嵌模型的基本内容，学生的兴奋点反而有所下降。
膜流动性 篇3
关键词： 荧光染料 组织相容性蛋白 膜蛋白 糖脂
人教版必修一第4章第二节《生物膜的流动镶嵌膜型》一节中提到：“科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。”那么荧光染料是怎样的物质，又是怎样标记小鼠细胞和人细胞表面的蛋白质分子的？其次，流动镶嵌模型的内容提到“大多说蛋白质分子可以运动的。”那么构成细胞膜的蛋白质，哪些膜蛋白是可以运动的，哪些膜蛋白不能运动？第三，本节末尾提到：“除蛋白质外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂。”那么糖脂在细胞膜上的作用又是什么，种类是否单一？笔者对教学过程中遇到的以上三个比较集中的问题做了初步研究。
1.荧光染料标记膜蛋白
绿色荧光蛋白（green flnorescent protein GFP）是一类存在于包括水母、水螅和珊瑚等腔肠动物体内的生物发光蛋白。当受到紫外或蓝光激发时，GFP能发射绿色荧光。该染料在吸收紫外线或可见光后，能把短波长的光转变为波长较长的可见光波而反射出来，呈闪亮的鲜艳色彩。例如，酸性曙红、荧光黄、红汞，以及某些分散染料等，它们大多是含有苯环或杂环并带有共轭双键的化合物。
而荧光染料标记膜蛋白是利用荧光染料通过先于膜蛋白相应抗体结合，进而使抗体与膜蛋白特异性结合的标记技术。可诱导迅速而强烈排斥反应的抗原称为主要组织相容性抗原。小鼠的主要组织相容性抗原系统称为H-2系统，人体的主要组织相容性抗原首先发现于外周血白细胞表面，故称人类白细胞抗原（HLA）。可以先找到抗小鼠H-2系统的相应抗体，并将绿色荧光分子结合其上，然后与小鼠H-2系统特异性结合，小鼠细胞膜上相应蛋白便标记上了绿色荧光蛋白。红色荧光染料标记人细胞膜上蛋白质方法相同。
2.膜蛋白质分子的运动情况
生物膜具有流动性，主要表现在两个方面，磷脂分子的运动及膜蛋白质分子的运动。从膜蛋白运动情况来看，第一，并不是所有膜蛋白都能运动，在极性细胞中，质膜蛋白被某些特殊的结构限定在细胞表面的某个区域，而不能够像在人鼠融合细胞膜上那样自由运动，原因之一是某些膜蛋白与膜下细胞骨架结构相结合，限制了膜蛋白的运动。第二，能运动的蛋白质有侧向移动和旋转运动两种方式。第三，不同细胞的膜蛋白的流动情况也有差异。有些细胞90%的膜蛋白是自由运动的，而有些细胞只有30%的膜蛋白处于流动状态。
3.糖脂的作用
糖脂是糖通过其半羧醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。糖鞘脂是其中一部分，包括脑苷脂类和神经节苷脂类。普遍存在于原核与真核细胞的细胞膜上，含量约占膜脂总量的5%以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5%～10%。目前已发现40余种糖脂，不同细胞中所含糖脂的种类不同。红细胞膜表面的糖脂使血液有不同的血型。糖脂还能与组织免疫，细胞间识别，以及细胞的恶性变等都有关系。
参考文献：
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[7]吴梧桐.生物化学[M].北京：人民卫生出版社，2007：34-35.
膜流动性 篇4
一、教材分析
本节以较多的篇幅介绍了对生物膜结构的探索历程, 并安排了两个思考与讨论, 让学生在认识细胞膜结构的同时, 了解这些知识的来龙去脉, 认识到可以通过对现象的推理分析提出假说, 假说仍然需要观察和实验来验证。随着技术手段的改进研究不断发现新的证据, 原有的观点或理论还会不断得到修正和完善, 并归纳总结出生物膜模型建构的基本方法。此外, 还应重点理解和掌握生物膜的流动镶嵌模型, 学会运用该模型解释相应的生理现象。
二、教学目标
1. 知识方面。
课程标准中与本节内容有关的具体内容标准是“简述细胞膜系统的结构和功能”。这项要求包括两层含义:一是简述细胞的生物膜系统的概念和功能, 二是简述生物膜的结构。因此本节在知识方面的教学目标可定为“简述生物膜的结构”。
2. 能力方面。
本节内容以细胞膜分子结构的探究历程为主线, 学生动脑分析实验现象得出实验结论并构建模型为重点, 让学生们从中体验科学的实验思想和实验方法。因此本节在能力方面的教学目标可定为“尝试提出问题作出假设”。
3. 情感态度与价值观方面。
本节教材介绍了人类探究生物膜结构的过程和方法, 可以加深学生对科学的历史和本质的认识, 特别是这些内容中所体现的结构和功能相统一、技术手段的进步、促进科学的发展等观点对于学生的情感态度与价值观领域的发展有重要价值。因此本节在情感态度与价值观方面的教学目标可定为“探讨在建立生物膜模型的过程中, 实验技术的进步所起的作用;探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点”。
三、教学过程
首先提出问题。从制作真核细胞三维结构模型的活动入手, 提出问题:根据结构与功能相适应的观点分析, 用哪种材料 (塑料袋、气球、普通布、弹力布) 做细胞膜, 更适于体现细胞膜的功能?让学生讨论, 引发学生探究细胞膜结构的好奇心。
引起学生的探究欲望后, 如果直接将细胞膜流动镶嵌模型的内容告诉学生, 学生仍会感到枯燥无味, 对这个模型也很难理解, 这样又会走上死记硬背的老路。此时可以设计一系列问题, 引导学生一步步地分析科学家的实验和结论, 宛如亲历科学家探索历程, 使学生切身感受到科学的魅力, 始终保持高昂的兴趣, 自然而然地接受流动镶嵌模型的理论, 并且加深对科学过程和方法的理解。
细胞膜中的化学组成成分是怎样有机结合构成细胞膜的呢?其中涉及细胞膜中磷脂的排列方式和蛋白质的排列方式及模型的建构。
此处可以连续设疑, 逐个突破。例如, 在介绍了磷脂分子的性质后, 提出问题:将磷脂分子在水面上铺展成单分子层, 磷脂分子的头尾将如何排布?如果磷脂分子分布在水中它们会怎样排布呢?如果脂质体内部有水, 那么磷脂分子会怎样排布呢?最终探索得出磷脂双分子层的结构。
蛋白质分子又是怎样分布在磷脂双分子层上的呢?引导学生根据细胞膜的特性以及蛋白质分子的结构推测蛋白质在磷脂分子层上分布的各种可能。
从资料所提供的现象入手, 体验科学家对生物膜结构的探索历程。在教学过程当中, 把科学家已经做的这种工作, 或者是科学家观察到的这种现象, 或者他们拿到的一些实验的结果展示出来。这种展示, 不是让学生去死记硬背而是以它作为一个素材, 作为一个情境, 让学生去思考一些问题, 然后加入学生的这种思考, 加入学生的这种推理、分析和他们的这种创意, 然后再一起讨论:这样的一个想法, 是不是禁得住推敲?是不是合理?在这个过程当中, 学生不是简单地记忆、背诵历史上的一些现象或者一些事件, 而是在这个过程中, 让学生去积极主动地去思考并解决问题。
资料1:1895年E.Overton用植物细胞研究细胞膜的通透性。他选取用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的研究, 发现脂溶性分子易透过细胞膜;而非脂溶性分子则难以通过, 说明细胞膜中含有脂质成分。
资料2:1925年, 两位荷兰科学家E.Goiter和F.Grendel作了丙酮抽提红细胞膜脂质实验。将抽提出的脂质在空气一水界面上铺成单分子层, 测得其分子所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。说明细胞膜中的脂质必然排列为连续的两层。
资料3:展示20世纪50年代电子显微镜诞生后拍摄的细胞膜结构的电镜照片。让学生根据电镜照片修正和完善自己提出的假说, 然后指出, 1959年, J.D.Robertsen根据电镜下观察到的细胞膜暗—亮—暗的三层结构, 提出单位膜结构模型。展示单位膜结构模型的主要内容, 并引导学生分析该模型的局限性。此后指出, 随着科学技术的进步, 人们从新的实验现象入手对细胞膜的分子结构作出了新的判断。
资料4:变形虫的摄食过程 (动画) 。说明细胞膜不是静态的统一结构。
资料5:展示1970年LD.Frye和H.Edidin的人—鼠细胞融合实验。说明细胞膜上的蛋白质分子能够运动。
资料6:1972年S.J.Singer和G.Nicolson提出流动镶嵌结构模型。
在引导学生层层探究的同时, 利用各种教学手段, 逐步构建生物膜模型。
生物膜的流动镶嵌模型教案设计 篇5
1、19世纪末，欧文顿提出：膜是由脂质组成的。
2、20世纪初，对膜化学分析：膜是由脂质和蛋白质组成的。
3、1925年荷兰科学家提出：膜中的脂质分子排列为连续的两层。
4、1959年罗伯特森提出膜的静态结构。
5、1970年提出膜具有流动性。
6、1972年提出流动镶嵌模型。
二、流动镶嵌模型的基本内容
1、膜的成分
2、膜的基本支架
3、膜的结构特点
4、膜的功能特性
十、教学反思：
膜流动性 篇6
XX医药生产企业拥有抗生素、合成药、中药、保健药、兽用药等系列产品, 具有年生产两千余吨土霉素、链霉素、新霉素、庆大霉素等抗生素原料药、3亿支水针剂、1亿支粉针剂、15亿片剂、1亿粒胶囊、冲剂及制药机械120多个品种的生产能力, 是国家重点抗生素药品生产基地。
二、抗生素生产废水来源
生物发酵类抗生素生产工艺流程如下:
菌种→孢子制备→种子制备→发酵过程→发酵液→预处理及过滤→提取过程→精制过程→成品检验→成品分包装→出厂检验
一般说从菌种到发酵属于“生物合成”, 即发酵;从发酵液预处理到精制则属于“化学工程”, 即提炼。抗生素生产的发酵、分离、提取和精制等过程都产生高浓度的有机废水[1]。
抗生素生产废水主要包括以下几个部分:
1. 高浓度废水
高浓度废水包括提取废水、发酵废液。提取废水是指经提取有用物质后的发酵残液, 所以有时也叫发酵废水, 含有大量未被利用的有机组分及其分解产物, 如果不含有最终产品, BOD5一般在1500—13000mg/L之间。
2. 洗涤废水
洗涤废水来源于发酵罐的洗涤、分离机的清洗和其他清洗工段及清洗地面等。水质一般与提取废水 (发酵残液) 相似, 但浓度低, 一般CODCr在500—2500mg/L、BOD5在200—1500mg/L。
3. 其他废水
抗生素制药厂大多有冷却水排放, 一般污染物浓度不大, 可直接排放。有些制药厂还有酸、碱废水, 经简单中和后可达标排放。
三、抗生素废水的水质特征
抗生素废水因品种交替, 生产计划变更或生产事故以及提取生产本身分批操作等原因, 废水的水质、水量随时间的变化很难控制, 造成废水水量、水质波动较大。影响该类废水处理的主要水质特征如下:
1. CODCr浓度高
CODCr浓度高达3000—80000mg/L, 主要为发酵残余基质及营养物、溶媒提取过程的萃取余液、经溶媒回收后排出的蒸馏釜残液、离子交换过程排出的吸附废液、水中不溶性抗生素的发酵过滤液以及染菌倒罐废液等。
2. SS浓度高
废水中SS浓度高达500—25000mg/L, 主要为发酵的残余培养基质和发酵产生的微生物丝菌体。
3. 难降解
废水中含有微生物难以降解甚至对微生物有抑制作用的物质。发酵或提取过程中因生产需要投加的有机或无机盐类, 如破乳剂PPB (十二烷基溴化吡啶) 、消泡剂泡敌 (聚氧乙烯丙乙烯甘油醚) 以及黄血盐 (K4[Fe (CN) 6·H20]) 、草酸盐及生产过程中排放的残余溶媒 (甲醛、甲酚、乙酸乙酯等) 和残余抗生素及其降解物等, 在废水中这些物质达到一定浓度会对微生物产生抑制作用。
4. 硫酸盐浓度高
如链霉素废水中硫酸盐含量为3000mg/L左右, 最高可达5500mg/L, 青霉素废水为5000mg/L以上。
5. 水质成份复杂
废水中含有中间代谢产物、表面活性剂和提取分离中残留的高浓度酸、碱和有机溶剂等原料, 成份复杂, 易引起p H波动, 影响生化处理效果。
四、企业生产废水状况
生产废水水质水量如下所示:
备注:生产排放废水中90%为抗生素生产废水, 10%为制剂生产排放水。年平均水温为15摄氏度。
已建成一座日处理能力为6000吨的制药废水处理站, 废水经酸化调节池, SBR工艺池 (6个单体, 总池容6900立方米) , 接触氧化池 (3个单体, 总池容1200立方米) , 气浮工序处理后排放, 但由于经过SBR工序后废水生化比下降至0.2左右, 故造成接触氧化池挂膜困难, 处于闲置状态。工艺流程缩短后, 排放废水只可达到《污水综合排放标准》 (GB8978-1996) 中的二级排放标准。
SBR池排放出水年均指标如下:
五、工艺运用
为达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》 (GB21903-2008) 排放, 企业采用挪威安能国际的流动床TM (MBBRTM) 生物膜工艺对接触氧化工艺进行了改造。
1. MBBR工艺简介
流动床TM生物膜工艺运用生物膜法的基本原理, 充分利用了活性污泥法的优点, 又克服了传统活性污泥法及固定式生物膜法的缺点。技术关键在于研究和开发了比重接近于水, 轻微搅拌下易于随水自由运动的生物填料。生物填料具有有效表面积大, 适合微生物吸附生长的特点[2]。填料的结构以具有受保护的可供微生物生长的内表面积为特征。当曝气充氧时, 空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来, 当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞, 并被分割成小气泡。在这样的过程中, 填料被充分地搅拌并与水流混合, 而空气流又被充分地分割成细小的气泡, 增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。
2. 改造后工艺流程简述
MBBR池:改造池池容800立方米, 日处理量6000吨生产废水, 投加安能国际的K3型填料400立方米;新增L41LD、30KW风机三台;安装卡能士曝气系统和出水装置;
主要工艺参数:
——BOD5面积负荷:5g/m2·d
——气水比:5.5:1
3. MBBR生物膜的培养
根据流动床生物膜的特点, 在一定温度 (不低于15℃) 和满足DO (DO:5mg/L) 的前提下, 进行生物膜的培养工作。
(1) 初期生物培养
采用连续挂膜法进行系统挂膜, 即将原工艺SBR段的泥水混合液排入生物流化床系统, 循环1-2次后即连续进水, 并使进水量逐步增大。这种挂膜法由于营养物供应相对较好, 只要控制挂膜液的流速, 即可保证微生物的吸附。待挂膜后再逐步提高水力负荷至满负荷[2]。
为能尽量缩短挂膜时间, 以监测数据为依据, 按需投加了一定量的氮肥及磷肥, 保证C:N:P比在100:5:1, 并通过调整SBR工艺段, 保证进水CODCr稳定在700mg/L左右同时。
在挂膜过程中, 采用镜检方式观察到在挂膜初期附着在载体上是单个的累枝虫和钟虫, 而菌胶团附着量很少。这个时期由于菌胶团与载体之间相合力较弱, 附着上的菌胶团容易再次被冲离载体表面[4]。
(2) 后期生物培养
在接种已完成的情况下, 结合水质状况调整了进水量、及营养比, 逐步培养出了一定数量的菌体。采用镜检方式观察到生物相的变化为:生物膜逐步成熟, 轮廓较为平滑;在生物膜生长的成熟期还观察到有轮虫、线虫等较高等的微型生物存在。原生动物以生物膜上的微型生物或细菌为食, 具有松散生物膜, 抑制生物膜的过度增厚, 促进生物脱落等功能, 可使生物膜不断更新, 经常保持良好的活性和净化功能。此时形成的成熟生物膜密实、淡黄色、透明[3]。
(3) 数据分析
(4) 运行中的问题及其排除
通过调试期的实际工作, 确定运行不稳定与上表所列的因素有关并提出以下解决办法:
A、p H/碱度:PH值太高或太低都会抑制微生物的活性。当PH值回到正常后, 通常需要几天才能回到正常的处理效果。
B、溶解氧浓度 (DO) :溶解氧浓度对有机物和氨氮的去除都很重要。
C、营养:营养物 (氮和磷) 的浓度很重要。
D、毒性:抑制物的类型和浓度决定抑制的程度。多数抑制物来源于工业污水。如果怀疑有抑制物情况, 应该进行彻底的检测。
E、机械问题:机械问题会以多种方式导致工艺的不稳定运行, 应建立定期检查制度。
F、污水水质及组成:污水成分会随时间而变化。如果运行不稳定不是以上原因所致, 应该检查污水的成分是否与设计时不同。
(5) 技改工程结果
经过近两个月的工艺调试, 企业排放废水COD值达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》 (GB21903-2008) 标准, 即COD-cr≤100mg/L, 生物流化床工艺段COD的去除率在75%左右。
出水年均指标如下:
结论
1.抗生素废水的水质特征复杂, 主要有CODCr浓度高、SS浓度高、难降解、硫酸盐浓度高、水质成份复杂等特点。抗生素废水的这些复杂特征也相应地增加了的其处理的难度, 提高了其处理工艺技术的选择要求。
2.MBBR反应器具有推流反应器和完全混合反应器的特征, 这种接触反应流态使反应器中微生物分级明显, 有利于形成高级种群、种属的微生物, 又能强化污染物、生物膜、溶解氧之间的传质并使微生物不断更新维持较高的活性。
3.SBR+MBBR工艺, 对于处理抗生素废水具有相对显著的处理效果, COD设计去除率高达90%以上, 出水水质可以达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》 (GB21903-2008) , 企业排放废水实现达标排放。
摘要：随着《发酵类制药工业水污染物排放标准》 (GB21903-2008) 的颁布实施, XX抗生素制药厂在其污水处理系统升级改造过程中, 将接触氧化工艺改造成MBBR工艺, 采用SBR+MBBR联用的工艺, 获得了较好的处理效果, 实现达标排放。
关键词：流化床,生物膜,污水处理
参考文献
[1]俞文和主编.新编抗生素工艺学[M].中国建材工业出版社, 1996年9月.
[2]谢冰, 徐亚同编著.废水生物处理原理和方法[M].中国轻工业出版社, 2008年5月.
[3]周平, 钱易.内循环生物流化床反应器的理论分析[J]环境科学, 1995, 16 (2) :88-90.
[4]黄晓东, 于达丰、王占生, 等受污染珠江水源水的生物处理事宜研究[J].给水排水, 1998. (7) :35-37.
膜流动性 篇7
一、构建高中生物高效课堂的导入方式, 提高学生学习兴趣
导入新课是一门艺术, 是渲染课堂气氛, 调动学生情绪, 创设教学情境, 深化主题的关键。导入的方法没有定式, 新课可以联系生活导入, 可以由某个富有启发性的问题导入。本节课借助现代多媒体把白细胞吞噬病菌的过程通过flash动画展现给学生, 引导学生观察整个过程中生物膜所起的作用, 启发学生思考“生物膜的结构”, 把学生思维自然引入新知识的学习中, 激发学生强烈的好奇心, 调动学生学习的积极性和主动性, 提高学生的学习兴趣, 大幅度增强教学效果。
二、以问题为主线, 引导学生主动思考
提问是通过和学生相互交谈进行教学, 是一种重要的教学行为, 在教学中被广泛使用。通过提出有探索性、启发性、针对性的问题可以促进学生对教学内容注意、理解、思考, 引发学生的认知冲突, 使学生在好奇心与求知欲的驱动下展开主动而积极的探究, 从而解决问题。
本节课围绕“生物膜的主要成分是什么呢?”“脂质是以什么方式排列呢?”“蛋白质是以什么方式排列呢?”“生物膜具有什么样的结构?”四个条理清楚、层次分明、脉络清晰的问题展开, 激发学生强烈的好奇心, 使学生进入如饥似渴的求知状态, 这样学生的探究欲望会非常强烈。教师循循善诱, 引导学生沿着正确的思路进行探索, 不仅可以让学生兴趣盎然地思考和分析获得知识, 大大提高学习效率, 课堂高效有序地进行下去, 而且可以拓展学生思考的深度和广度, 培养学生思考、分析能力。
三、运用探究法开展教学, 强化教学效果
探究教学式教学能够开发学生创新思维和培养创造性思维能力。在理论课堂中, 可以结合多媒体、动画、图片等进行探究式教学。本节课中上述四个问题为主线, 结合多媒体课件, 启发引导学生主动、积极地探究磷脂的排列方式、蛋白质的排列方式。学生查阅资料、小组讨论、思考分析, 自己否定“三明治结构”和“静态统一结构”, 依靠自己的努力最终得出正确结论。学生通过自己的思考和分析获取知识, 一方面提高了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力, 另一方面加强了学生对知识的理解和掌握, 大大提高其学习效率。
四、利用多媒体提高课堂质量
多媒体教学在课堂上的应用让原本有些抽象、枯燥、虽然教师尽力讲解但学生仍难以理解的知识可以生动、形象、直观地展现出来。本节课中将“流动镶嵌模型”运用动画模拟方式展示给学生, 对学生形成立体化刺激, 加深高中生对教学内容的理解与掌握, 有效突破重难点, 显著提高课堂教学效率。
五、利用思维导图提高教学质量
高中生物各章节各部分知识点较多, 学生对各部分知识的前后逻辑关系没有综合理解, 很难形成知识整体框架, 比较容易遗忘。思维导图的运用, 可使学生对已获得的生物知识进行加工处理, 经判断、分析、推理、归纳等能够清晰地理清关联知识的逻辑关系, 构建成知识完整、脉络清晰的整体框架, 且内容全面, 重点突出;关键词之间容易产生清晰合适的联想, 有助于学生记忆和理解知识。在做思维导图的过程中, 学生不断会有新启发, 引起新思考, 这不仅鼓励和刺激学习的主观能动性, 而且提高学生探究新事物的动手能力和学习能力, 提高学习效率。本节课中可以引导学生构建思维导图, 及时复习本节内容, 提高教学质量。
高效课堂的构建符合新课改的要求, 它是一种理念, 更是一种教学实践模式、一种价值追求。它一方面要求是在单位时间内学生的受益最多, 另一方面要求学生学习的兴趣培养、习惯养成、学习能力、思维能力等诸多方面也受益颇多。因此教师应树立新的教学理念, 紧跟时代发展, 根据自己的教学风格, 努力改变教学方式, 实现课堂教学效益最大化。
参考文献
[1]丁雪芬, 吴寿生.高中生物高效课堂教学策略探析[J].中学生物教学, 2010 (5) :15-03.
膜流动性 篇8
水平管降膜蒸发器具有较高的换热系数,尺寸小、费用少,低制冷剂充注量,较高的回油性能等优点,被广泛应用在化工、化学提纯、工业蒸馏、OTEC系统中[1]。
为保证降膜蒸发器内部换热的顺利进行,避免管阵干蒸而导致换热性能的下降,必须使蒸发管束外表面包裹着一层连续均匀且厚度适当的液膜。布液器的布液效果、制冷剂流量、蒸发器内部管阵布置方式和气流扰动情况是影响制冷剂均匀分配的主要因素[1,2,3,4]。
布液器是降膜蒸发器中最主要设备之一,直接影响薄膜的传热[5]。布液器被垂直安装在壳体内管束上方,在重力作用下将制冷剂以可控制的流量流到管束上,布液器下方和管束上方之间的垂直距离是蒸汽空间,预留一定的蒸汽空间使制冷剂蒸汽以不充分破坏液体制冷剂从布液器的垂直向下低落的速度流出蒸汽空间。
本文采用Gambit 2.3.16、Fluent 6.3,两相流模型对降膜蒸发器进行数值模拟,比较3种布液器对蒸发器内部制冷剂气液两相流的影响,研究其内部流动特性,并对3种布液器进行比较分析。此模型的建立有利于布液器的设计,从而达到优化降膜蒸发器内部流场的目的。
1 物理模型和求解
1.1 物理模型及简化
取水平管降膜蒸发器下部管阵模型(见图1),此模型为主视图,将布液器喷嘴简化成孔距为2mm的管孔,蒸发管管束的几何形状为60°三角形排列(见图2),气流通道与水平线的夹角为30°(见图3)。
将网格设置微细化wild均匀分配网格,保持不变的蒸发温度278.15K,设置上端面为速度入口边界,出布液器进入计算区域的为混合制冷剂具有一定的速度大小,速度为0.06m/s,下端面为液体出口边界,制冷剂液体入口边界面积的总和等于液体出口边界的面积S1=S2;且设置不同型式蒸汽出口边界。
本文研究目的为蒸发器内部气液流场分布情况,将蒸发管壁设置为气体入口边界,故选用VOF两相流模型。换热器的几何参数如表1所示。
1.2 计算参数及物性
蒸发器内蒸发温度为278.15K,假设蒸发器内部除了R134a液体外,蒸发管外充满了饱和蒸汽。R134a热物性参数为常数,如表2所示。
1.3 边界条件
1.3.1 制冷剂液体入口边界条件
假设布液器开孔进入计算空间的为全液相制冷剂,设为速度入口边界(Velocity-Inlet)。对水平管蒸发器的运行范围在1600>Rer>800,根据公式有:
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式中:Γ—制冷剂液体在管外单侧单位长度的质量流量的一半,kg/(m·s) ;
μ—动力黏性系数;kg/(m·s)。
此时液膜为连续液膜且主流动为层流。文中0.05<Γ<0.1;0.09
1.3.2 制冷剂气体入口边界条件
蒸发管壁面入口边界条件:将蒸发管壁设置为气体入口边界速度入口边界。根据进入计算区域的气体量折算蒸发量,从而模拟管壁蒸发所产生的蒸汽,简化蒸发量,具体折算方法为[7]:
mfilm=hfilmΔtmA0mflood=hfloodΔtmA0 (2)
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式中:hfilm、hflood——分别为降膜式蒸发和满液式蒸发的换热系数;
mfilm、mflood—分别为降膜式蒸发和满液式蒸发单管的管壁气体质量流量;
vin,film、vin,flood—分别为折算后的降膜式蒸发和满液式蒸发单管管壁的进气速度;
Δtm —传热的对数平均温差;
A0—蒸发管的外表面积;
ρv—气相制冷剂的密度。
为了便于计算将两种布液器换热管中用于降膜部分与满液部分的换热管数量的值保持在5∶1比例,有:Δtm=8.4℃;undefined;undefined,所以可得:υfilm=0.16m/s,υflood=0.008 m/s。
1.3.3 制冷剂蒸汽出口边界条件
采用压力出口边界条件。
1.3.4 制冷剂液体出口边界条件
速度入口边界,给定出口面积与入口总面积相等,并且液相制冷剂出口与入口边界速度大小一致、方向相同,泵出的为全液相制冷剂,即给定此制冷剂出口速度为0.6m/s。
1.4 控制方程
根据原理做出降膜蒸发器的模型。分析模型,简化模型,并作如下假设:
1)溶液降膜为稳定的层流、等厚光滑膜,流场为常物性非稳态流场;
2)压力速度的耦合方式采用SIMPLE算法;
3)在气液界面处,气液两相处于相平衡状态;
4)速度较低,忽略管内蒸汽流动阻力的影响;
5)溶液物性定常,忽略溶液温度、浓度变化对导热系数、定压比热、黏度和密度以及扩散系数等物性的影响;
6)热量通过表面蒸发传递,不存在核式沸腾。
在上述的假设条件下,得到降膜式蒸发器内部流场溶液流动和传热传质的方程,根据Reynolds传输理论可得如下方程。
质量守恒连续方程有:
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在低雷诺数情况下,描述换热器内流体的流动和热量传递必须满足控制微分方程:
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能量方程为:
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动量方程为:
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式中:μ—流体黏性系数,Pa·s;
Su、Sv—u方向和v方向动量方程的源项,源项包括质量力和体积力;
v—x、y方向的速度,m/s;
Cp—定压比热容,kJ/(kg·K);
λ—流体的导热系数,W/(m·K);
h—焓值,kJ/kg;
ρ—密度,kg/m3。
对于两相流动系统需满足因模拟为稳态过程,所以式中参量对时间的偏导数取0。
2 计算结果与分析
等值线:在物理区域上由同一变量的多条等值线组成的图形,用不同颜色的线条表示相等物理量。云图是等值线的一种方式,将流场某个截面上的物理量用连续变化的颜色块表示其分布。
流线图:描述流体从进口到出口沿计算区域运动的趋势。
2.1 单一布液器(见图4)
由图4(c)、(e)可以看出,单一布液器下管阵的速度梯度较大,数值较高;由图4(a)可以看出,蒸发器的中上部充满很多蒸汽,制冷剂液体受气流扰动较大,很多管阵的中下部,靠近液面的管束出现干燥现象,这会导致局部管束换热能力的急剧下降;图4(b)蒸发管阵两边的外围速度梯度较大,是由于外围管阵与水平线成一定的角度产生的气体容易汇聚于两侧的气流通道并形成较大的蒸汽速度,由于蒸汽的扰动,形成较为不均匀的流场,从而影响整个制冷机组的性能。由图4(e)、(f)可以看出,两个蒸汽出口速度较高且分布密集,两侧排气口主要承担蒸发器内蒸汽排放至压缩机。
2.2 双布液器(见图5)
其内部可以看为由两部分管阵、两个布液器组成的一个蒸发器。
由图5(b)可以看出,双布液器的气流通道管阵的速度梯度较小,流场均匀稳定;由图5(a)可以看到,整个制冷剂流体的下落速度都很均匀,是由于管阵分为两个部分布置,且在中间部位增设了一个蒸汽排气口易于蒸汽的疏导,中部管阵出现了干蒸的现象;由图5(d)可以看出两部分管阵蒸发产生的气体有向中间出气口流动的趋势;由图5(e)、(f)可以看出3个蒸汽出口速度较低,从对下落液体扰动相对较小;而且,对于相同规格的蒸发器来说双布液器的蒸发器管束少,换热面积少,从而影响整体机能。
2.3 中间开孔布液器(见图6)
其内部可以看为由一整体部分管阵、一个带有3个蒸汽出口的布液器组成的一个蒸发器。
由图6(d)看出蒸发管阵产生的蒸汽,中上部管阵的蒸汽由中间排气口排出,下部和两侧的蒸发管产生的蒸汽由两侧排气口排出;由图6(c)可以看出,中间开孔布液器到两侧蒸汽口的出气速度梯度比较大;由图6(a)可以看出,蒸发器由于中间开设蒸汽出口,蒸发器内没有积累很多蒸汽,中间管阵蒸汽通过中间排气孔疏导,两侧管阵通过两侧排气通道排出,中间管阵产生的蒸汽与不断下落的液体制冷剂没有产生冲击,可以看出几乎每根蒸发管上都有制冷剂液体的分布,没有受到蒸汽的冲击,使下落的流体来不及受到上升的蒸汽的扰动就滴落到下层蒸发管上进行换热;由图6(e)、(f)可以看出蒸汽出口速度较高,处于中间位置的蒸汽出口是输气的主导,蒸汽的3个出口速度大小稳定、适中,含有蒸汽量均匀,从而对下落液体扰动较小。
由图6看出:蒸发器进口制冷剂液体的速度较小,易受到不均匀流场的干扰,不同形式的排流通道使气体容易汇聚于气流通道并形成较大的蒸汽速度,形成较为不均匀的流场,所以需满足两种要求:
1)下部制冷剂蒸汽能够顺利地从气流通道中流出,从而较小地扰动到上部管束周围的气流;
2)气流通道和管阵外围中汇聚成股的蒸汽要减小对下落制冷剂液体的扰动。
3 结论
提出3种布液器型式,利用软件Fluent,对降膜蒸发器内部流场进行了模拟,分析了不同布液器设置对其影响。模拟结果表明:在管阵呈一定角度布置的情况下,中间开设蒸汽排气通道对蒸发器内气流影响很大。
在单一布液器中气体速度较大,因此导致在蒸发器中下落的制冷剂液体受气流扰动较大,出现局部管阵干燥现象。
双布液器中间蒸汽出口承担较大排气量,蒸发管产生的蒸汽与滴落的制冷剂产生冲击,产生不均匀的流场,中部管阵干蒸,而且较少的管阵布置,减少蒸发换热面积。
由于蒸发器下部满液式蒸发管沉浸在制冷剂液体中,所产生的蒸汽量较为集中,而中间开孔布液器将中间蒸汽通过中间排气口疏导出去,使液体分配较均匀。中间开孔布液器更为合理,能够达到以上两方面的要求,有利于蒸发器内部整体流场的优化设计。
参考文献
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