第五章 表面效应单元
第五章 表面效应单元
5.1简介
表面效应单元类似一层皮肤，覆盖在实体单元的表面。它利用实体表面的节点形成单元。因此，表面效应单元不增加节点数量（孤立节点除外），只增加单元数量。
ANSYS 5.7中热分析专用表面效应单元为SURF151(2-D)以及SRUF152(3-D)。有关单元的详细描述请参阅《ANSYS Element Reference》。
5.2表面效应单元在热分析中的应用
利用表面效应单元可更加灵活地定义表面热载荷：
当热流密度和热对流边界条件同时施加于同一表面时，必须将其中一个施加于实体单元表面，另一个施加在表面效应单元。建议将热对流边界施加于表面效应单元。
可将热对流边界条件中的流体温度施加于孤立节点上，将对流系数施加于表面单元，这样，可更灵活地控制对流载荷。
当对流系数随温度变化时，表面效应单元可提供设置计算对流系数的选项。
表面效应单元还可以用于模拟点与面的辐射传热。
5.3表面效应单元的有关热分析设置选项
SURF151是单元可用于多种载荷和表面效应的应用。可以覆盖在任何二维热实体单元的表面(除轴对称谐波单元PLANE75和PLANE78外)。该单元可用于二维热分析，多种载荷和表面效应可以同时存在。SURF151单元有2到4个节点，如考虑对流传热和辐射的影响需要定义一个外部节点。传热量和热对流量以表面载荷的形式施加在单元上。详细单元说明请参见《ANSYS Theory Reference》。
SURF152是三维热表面效应单元，可用于多种载荷和表面效应的应用。它可以覆盖在任何三维热单元的表面，该单元可用于三维热分析。该单元中多种载荷和表面效应可以同时存在。详细单元说明请参见《ANSYS Theory Reference》。
选定单元：
命令：ET
GUI： Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Options 分析设置选项：
中间节点：
Include： keyopt(4)=0
Exclude：keyopt(4)=1
如果实体单元为带中间节点的单元，如Solid90，则设为Include，否则为Exclude。
是否有孤立节点：
Exclude： Keyopt(5)=0
Include：Keyopt(5)=1
如果在表面效应单元上施加热流密度，则为Exclude；如果在表面效应单元上施加热对流，则可为Exclude，也可为Include。如果有孤立节点，则对流系数施加在表面效应单元上，流体温度施加在孤立节点上。如果无孤立节点，则对流系数和流体温度都施加在表面效应单元上。
热流密度或对流边界条件：
忽略热流密度和对流边界条件：Keyopt(8)=0
施加热流密度，忽略对流：Keyopt(8)=1
根据平均温度（壁面与流体）(TS＋TB)/2，计算对流系数：Keyopt(8)=2 根据固体表面温度TS，计算对流系数：Keyopt(8)=3
根据流体温度TB，计算对流系数：Keyopt(8)=4
根据固体表面与流体温差｜TB-TS｜，计算对流系数：Keyopt(8)=5
是否考虑辐射，选择Exclude radiation：
Keyopt(9)=
设置单元行为：
Plane：Keyopt(8)=4
Axisymmetric：Keyopt(8)=4
Plane with thickness：Keyopt(8)=4
图5-1面效应单元的选项设置
5.4表面效应单元的实常数
使用表面效应单元施加对流或热流密度边界条件，一般不需要定义实常数。面内厚度在表面效应单元的每个角节点默认为1。只有当生热载荷施加于表面效应单元时，厚度才有作用，因为生热基于单元体积。其它实常数，在辐射热分析或结构分析时设置。
5.5表面效应单元的材料属性
使用表面效应单元施加对流或热流密度边界条件，一般不需要定义材料属性，但有一例外：对流系数随温度变化时，最好单独设定一材料编号，定义材料的对流系数随温度变化的表。在表面单元上施加对流边界时输入负号及材料编号。例如“-3”。其它材料属性在辐射或结构分析时设置。
5.6创建无孤立节点的表面效应单元
划分实体网格
设定表面效应单元的属性
GUI：Main>Menu>Preprocessor>Meshing Attributes>Default Attribs 一般无需设定表面效应单元的材料编号，但为了选择、加载及后处理方便，最好为每组表面单元设置一个唯一的材料编号。
生成表面单元
第一种方法：直接在相应的线或面上生成网格：
GUI：Main>Menu>Preprocessor> Meshing>Mesh Lines/Area
第二种方法：
选择要生成表面效应单元的边（2D）或面（3D）及所属节点；
设定表面效应单元的属性（TYPE，MAT等）；
创建表面效应单元；
GUI：Main>Menu>Preprocessor> Modeling>Create>Element> Surf Effect 5.7创建带孤立节点的表面效应单元
如果在表面效应单元选项设置时，带孤立节点，Keyopt(5)=1，则：
创建孤立节点
GUI：Main>Menu>Preprocessor>modeling>create>nodes
选择要创建表面效应单元的面或线，以及所属节点；
设定单元属性；
创建表面效应单元：
GUI：Main>Menu>Preprocessor>modeling>create> Element>on free SURF，输入关键点编号，OK
5.8管流单元热分析
在ANSYS中有三个用于管流热分析的单元：
FLUID116热管流单元
SURF1512-D热表面单元
SURF1523-D热表面单元
其中FLUID116单元求解一维带泵送效应的泊努利方程和一维带质量传递的热传递，可与SURF151或SURF152连接模拟对流效应。它的压力、流率、温度、角速度、滑移系数可以表格化参数方式输入。主要的单元属性有流体导热系数、流体密度、流体比热、流体粘度、流体流率等。
而表面效应单元的额外节点在FLUID116单元上，这样用管流单元FLUID116上的节点温度作为对流中的流体温度，将对流系数赋予表面效应单元上，模拟流体与管壁的耦合传热。
LFSUR, Sline, Tline
对组元Sline中包含的线划分表面效应单元，并连接表面效应单元和距离最近的管流单元。这些管流单元已经划分网格，并定义为组元Tline。
AFSUR, Sarea, Tline
对组元Sarea中包含的面划分表面效应单元，并连接表面效应单元和距离最近的管流单元。这些管流单元同样已经划分网格，并定义为组元Tline。
可用如下命令控制显示表面效应单元的额外节点：
命令：/PSYMB,XNODE,1
GUI：Utility Menu>PlotCtrls>Symbols
5.9表面效应单元的实例1－冷却栅的热分析
5.9.1 问题描述
分析冷却栅的温度分布及与空气的热传递速率。冷却栅的横截面如下图所示，单位为英寸。材料为铝，导热系数为8.5 BTU/hr.in°F。冷却栅底部流入的热流密度为17BTU/hr.sq.in。空气的温度为90 °F，自然对流。
5.9.2 菜单操作过程
5.9.2.1设置分析标题
1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入HEATSINK1。
2、选择“Utility Menu>File>Change title”，输入Heat convection using SURF151 ignoring radiation。
5.9.2.2定义参数变量
1、选择“Utility Menu>Parameters>scalar paramaters”，输入：
base=.15
hgt=1.0
ttop=0.05
tbot=0.15
fspc=0.4
dt=301.5-90!假设表面平均温度与空气的温差
dt=dt*5/9!转换为摄氏度
len=(hgt-base)/39.37
hvert1=(1.42*(dt/len)**0.25)*0.1761/144!竖直边对流系数（经验公式）len=base/39.37
hvert2=(1.42*(dt/len)**0.25)*0.1761/144
len=(fspc-tbot)/39.37
hhorz1=(1.32*(dt/len)**0.25)*0.1761/144!水平边对流系数（经验公式）len=ttop/39.37
hhorz2=(1.32*(dt/len)**0.25)*0.1761/144
5.9.2.3定义热单元及表面效应单元
1、选择“Main Menu：>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，定义单元类型1为PLANE55；单元类型2为SURF151。
2、点击SURF151，Options，将“Midside nodes”设置为Exclude；“Extra node”设置为Include；“Heat flux and convect loads”设置为Hf at average T。
5.9.2.4定义定义材料属性
1、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models” 在弹出的材料定义窗口中顺序选择Thermal，Conductivity，Isotropic选项，KXX 框中输入8.5。
2、任意定义2～5号材料。
5.9.2.5创建几何模型
1、选择“Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoint>In Active CS”，创建8个关键点。关键点的编号及坐标如下：
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
X 0 0 0 Tbot/2Tbot/2Ttop/2Fspc/2Fspc/2
Y 0 base hgt 0 base hgt 0 base
2、选择“Main Menu>Preprocessor>Create>Area>Arbitrary>Through KPs”，输入1，4，5，2，点击APPLY；输入2，5，6，3，点击APPLY；输入4，7，8，5，点击OK，由关键点组成了3个面。
3、选择“Utility Menu>WorkPlane> Local Coordinate system>Create Local CS>At Specified Loc”，输入fspc/2,0,0创建局部坐标。
4、选择“MainMenu>Preprocessor>Reflect>Area，Pick all，on Y-Z plane”，映射面。
5、选择“MainMenu>Preprocessor>Numbering Contrls>Merge Items”，选择Keypoints。
6、选择“MainMenu>Preprocessor>Copy>Area”，点击Pick all，在number of copied中输入5， x offset中输入fspc。
7、选择“Utility Menu>WorkPlane> Local Coordinate system>Create Local CS>At Specified Loc”，输入5*fspc,0,0创建局部坐标。
8、选择“MainMenu>Preprocessor>Reflect>Area”，输入28,29,30，on Y-Z plane映射面。
9、选择“MainMenu>Preprocessor>Numbering Contrls>Merge Items”，选择Keypoints。
10、选择“Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS>To Global Cartesian”，返回总体直角坐标系。
5.9.2.6赋予各边属性
1、选择所有的长斜边：
选择“Utility Menu>Select>Entities>Line>Exterior，From Full, Apply”；
选择“Utility Menu>Select>Entities>Line>By location，Y coordinate”，输入base+0.1，hgt-0.1，选择reselect，Apply；
选择“Utility Menu：> Select>Entities>Line> By location，X coordinate”，输入0，选择Unselect；
选择“Main Menu>Define>All Lines>”，选择材料为2，单元类型为2；
2、选择最右边的线：
选择“Utility Menu>Select>Entities>Line> By location，X coordinate”，输入5.5*fspc，From Full；
选择“Main Menu>Define>All Lines”，选择材料为3，单元类型为2；
3、选择冷却栅根部的线：
选择“Utility Menu>Select>Entities>Line>Exterior， From Full， Apply”；
选择“Utility Menu> Select>Entities>Line> By location， Y coordinate”，输入base， Reselect， OK；
选择“Main Menu>Define>All Lines>”，选择材料为4，单元类型为2；
4、选择顶部的线：
选择“Utility Menu>Select>Entities>Line>By location， Y coordinate”，输入hgt， From Full，OK；
选择“Main Menu>Define>All Lines”，选择材料为5，单元类型为2；
5、选择“Utility Menu>Select>Select Everything”，选择所有项目。
5.9.2.7划分热单元网格
选择“Main Menu>Meshtool”，设定global size为ttop*0.9，选择mapped，点击mesh all。
5.9.2.8创建孤立节点
1、选择“Utility Menu>Parameter>Get Scalar Data>Model Data>For Selected Set”，点击OK，选择Current Node Set，Highest node num，输入NN得到最大节点编号。
2、选择“Main Menu>Preprocessor>Create>Node>On Active CS”，输入节点编号为NN+1，X坐标为5.5*fspc/2，Y坐标为hgt+0.2，创建面效应单元的附加节点。
5.9.2.9生成表面效应单元
1、生成材料编号为2的表面单元：
选择材料编号为2的线,选择“Utility Menu>Select>Entities>Line>By attribute>
Material”，输入2，From full，Apply。
选择线上的节点，选择“Utility Menu>Select>Entities>Node>Attached to>Line all，From Full”，点击Apply；选择，By Num/Pick，Also Select，点击OK。
定义单元属性，选择“Main Menu：>Preprocessor>Create>Element>Elem Attribute”，选择单元类型为2，材料编号为2。
生成表面单元，选择“Utility Menu>Main
Menu>Preprocessor>Create>Element>Surf Effect>Extra Node”，选择除附加节点外的所有节点，点击OK，输入NN+1，点击OK。
2、生成材料编号为3的表面单元：
选择材料编号为3的线,选择“Utility Menu>Select>Entities>Line>By attribute>
Material”，输入2，From full，Apply。
选择线上的节点，选择“Utility Menu>Select>Entities>Node>Attached to>Line all，From Full”，点击Apply；选择，By Num/Pick，Also Select，点击OK。
定义单元属性，选择“Main Menu：>Preprocessor>Create>Element>Elem Attribute”，选择单元类型为2，材料编号为3。
生成表面单元，选择“Utility Menu>Main
Menu>Preprocessor>Create>Element>Surf Effect>Extra Node”，选择除附加节点外的所有节点，点击OK，输入NN+1，点击OK。
3、生成材料编号为4的表面单元：
选择材料编号为4的线,选择“Utility Menu>Select>Entities>Line>By attribute>
Material”，输入4，From full，Apply。
选择线上的节点，选择“Utility Menu>Select>Entities>Node>Attached to>Line all，From Full”，点击Apply；选择，By Num/Pick，Also Select，点击OK。
定义单元属性，选择“Main Menu：>Preprocessor>Create>Element>Elem Attribute”，选择单元类型为2，材料编号为4。
生成表面单元，选择“Utility Menu>Main
Menu>Preprocessor>Create>Element>Surf Effect>Extra Node”，选择除附加节点外的所有节点，点击OK，输入NN+1，点击OK。
4、生成材料编号为5的表面单元：
选择材料编号为5的线,选择“Utility Menu>Select>Entities>Line>By attribute>
Material”，输入5，From full，Apply。
选择线上的节点，选择“Utility Menu>Select>Entities>Node>Attached to>Line all，From Full”，点击Apply；选择，By Num/Pick，Also Select，点击OK。
定义单元属性，选择“Main Menu：>Preprocessor>Create>Element>Elem Attribute”，选择单元类型为2，材料编号为5。
生成表面单元，选择“Utility Menu>Main
Menu>Preprocessor>Create>Element>Surf Effect>Extra Node”，选择除附加节点外的所有节点，点击OK，输入NN+1，点击OK。
5.9.2.10施加热流密度载荷
1、选择“Utility Menu>Select>Entities>Node>By Location，y coordinate”，输入0， From Full，点击OK，。
2、选择“Main Menu>Solution>Apply>Heat flux>On nodes”，点击pick all，输入17。
5.9.2.11在表面单元施加对流载荷
1、选择材料编号为2的单元：选择“Utility
Menu>Select>Entities>Element>By Attribute>
Material”，输入2， From Full， OK。
2、定义对流系数：选择“Main Menu>Solution>Apply>Convection>On Elements Uniform”，输入hvert1。
3、选择材料编号为3的单元：选择“Utility
Menu>Select>Entities>Element>By Attribute>
Material”，输入3， From Full， OK。
4、定义对流系数：选择“Main Menu>Solution>Apply>Convection>On Elements Uniform”，输入hvert2。
5、选择材料编号为4的单元：选择“Utility
Menu>Select>Entities>Element>By Attribute>
Material”，输入4， From Full， OK。
6、定义对流系数：选择“Main Menu>Solution>Apply>Convection>On Elements Uniform”，输入hhorz1。
7、选择材料编号为5的单元：选择“Utility
Menu>Select>Entities>Element>By Attribute>
Material”，输入5， From Full， OK。
8、定义对流系数：选择“Main Menu>Solution>Apply>Convection>On Elements Uniform”，输入hhorz2。
9、选择“Utility Menu>Select>Select Everything”。
10、定义附加节点的温度（bulk temperature）：选择“Utility
Menu>Select>Select Everything”。
5.9.2.12求解
选择“Main Menu>Solution>Current LS”。
5.9.2.13列出冷却栅与空气间的热流
选择“Main Menu>General Post>List Result>Reaction Solu”。
5.9.2.14显示冷却栅的温度分布
1、选择“Utility Menu>Select>Entities>Node>By Num/Pick，Unselect”，输入NN+1，点取工具条POWRGRPH，选择OFF。
2、选择“Main Menu>General Post>Plot Result>Nodal
Result>Temperature”。
5.9.2.15求解冷却栅表面的平均温度，与假设作对比
1、选择所有的表面单元：选择“Utility Menu>Select>Entities>Element>By Attributes>
Element Type”，输入2，From Full。
2、定义单元表，得到各单元平均温度：选择“Main Menu：>General Post> Element Table>Define Table>Add”，输入tavg，选择By senquence num，nmisc，输入6。
3、求和：选择“Main Menu：>General Post>Element Table>sum of each item”。
4、附于变量TAVG：选择“Utility Menu>Parameter>Get Scalar
Data>Result data >Elem Table Sum”，输入变量名TAVG。
5、得到单元总数：选择“Utility Menu：>Parameter>Get Scalar Data>Model data>For Selected set>Current Element set>Number of Elem’s”，输入NE。
6、输入tavg=tavg/ne。
7、显示冷却栅表面平均温度：输入*Stat， tavg。
5.9.3 等效的命令流方法
/filename,heatsink1
/title,Heatsink convection using SURF151 ignoring radiation
base=.15
hgt=1.0
ttop=0.05
tbot=0.15
fspc=0.4
dt=301.5-90!假设表面与空气的温差
dt=dt*5/9!转换为摄氏度
len=(hgt-base)/39.37
hvert1=(1.42*(dt/len)**0.25)*0.1761/144 !竖直边的对流系数（根据经验公式）
len=base/39.37
hvert2=(1.42*(dt/len)**0.25)*0.1761/144
len=(fspc-tbot)/39.37
hhorz1=(1.32*(dt/len)**0.25)*0.1761/144 !水平边的对流系数（根据经验公式）
len=ttop/39.37
hhorz2=(1.32*(dt/len)**0.25)*0.1761/144
/prep7
et,1,plane55
mp,kxx,1,8.5
mp,kxx,2,8.5
mp,kxx,3,8.5
mp,kxx,4,8.5
mp,kxx,5,8.5
et,2,SURF151!定义带孤立节点的表面单元
keyopt,2,4,1
keyopt,2,5,1
keyopt,2,8,2
k,1
k,2,,base
k,3,,hgt
k,4,tbot/2
k,5,tbot/2,base
k,6,ttop/2,hgt
k,7,fspc/2
k,8,fspc/2,base
a,1,4,5,2
a,2,5,6,3
a,4,7,8,5
/pnum,area,1
aplot
local,11,0,fspc/2!创建局部直角坐标 arsym,x,all!映射所有的面
nummrg,kp!重合所有关键点
agen,5,1,6,1,fspc!将这6个面拷贝4次 nummrg,kp
local,11,0,5*fspc
arsym,x,28,30!完成整个几何模型 nummrg,kp
aplot
/pnum,area,0
csys,0!使用全局直角坐标
lsel,s,ext!选择所有外边界线
lsel,r,loc,y,base+.1,hgt-.1
lsel,u,loc,x,0!选择集中除去底边
latt,2,2,2!赋予材料2,实常数2,单元类型2 lsel,s,loc,x,5.5*fspc!选择最右边的线 latt,3,3,2!赋予材料3,实常数2,单元类型2 allsel
lsel,s,ext!选择所有外边界线
lsel,r,loc,y,base!选择冷却栅根部所有的线 latt,4,4,2!赋予材料4,实常数2,单元类型2 lsel,s,loc,y,hgt!选择冷却栅顶部所有的线 latt,5,5,2!赋予材料5,实常数2,单元类型2 lsel,s,mat,,2,5!选择材料编号为2到5的线 /pnum,mat,1
lplot
allsel
eshape,2!单元形状为四边型
esize,ttop*0.9!设定单元大小
amesh,all!用PLANE55划分网格
*get,nn,node,,num,max!得到节点的最大编号nn n,nn+1,5.5*fspc/2,hgt+0.2!创建孤立节点 lsel,s,mat,,2!选择材料为2的线
nsll,s,1!选择线上的节点
type,2!单元单元单元类型为2
mat,2!材料编号为2
eSURF,nn+1!生产带孤立节点的表面单元
lsel,s,mat,,3
nsll,s,1
type,2
mat,3
eSURF,nn+1
lsel,s,mat,,4
nsll,s,1
type,2
mat,4
eSURF,nn+1
lsel,s,mat,,5
nsll,s,1
type,2
mat,5
eSURF,nn+1
allsel
eplot
/pnum,mat,0
finish
/solu
antype,static!稳态分析
nsel,s,loc,y,0!底边施加热流密度载荷
sf,all,hflux,17.0
esel,s,mat,,2
sfe,all,1,conv,1,hvert1!定义各边的对流系数
esel,s,mat,,3
sfe,all,1,conv,1,hvert2
esel,s,mat,,4
sfe,all,1,conv,1,hhorz1
esel,s,mat,,5
sfe,all,1,conv,1,hhorz2
allsel
d,nn+1,temp,90!定义孤立节点的温度（bulk temperature） /pbc,temp,1
/psf,hflux,2
eplot
/psf,conv,,2
nplot
/pbc,default
/psf,defautl
solve!求解
finish
save
/post1
prrsol
nsel,u,,,nn+1!不选择孤立节点
/graphics,full
plnsol,temp!显示温度分布
esel,s,type,,2!计算表面平均温度与假设值对比
etable,tavg,nmisc,6
ssum
*get,tavg,ssum,0,item,tavg
*get,ne,ELEM,0,COUN
tavg=tavg/ne
*stat,tavg
finish
5.10表面效应单元的实例2－圆管热分析
5.10.1 问题描述
求解圆管中流体及管壁的温度分布。考虑流体与管内壁的对流，管外壁与周围环境对流。已知条件如下：
管内水的物理性质及入口条件
导热系数0.6W/(m-℃)
密度1000Kg/m3
比热4183J/(Kg-℃)
入口温度：20℃
入口流速3m/s
管壁物理性质及几何尺寸
导热系数100W/(m-℃)
管外径5/16inch
壁厚0.083inch
长度12inch
管外对流条件：
环境温度100℃
对流系数10000W/(m2-℃)
管内对流条件：
对流系数：15000W/(m2-℃)
5.10.2 命令流方法
! ANSYS 5.5 Heat Transfer Seminar Notes
! STEADY-STATE ANALYSIS OF SIMPLE HEAT EXCHANGER
PI=ACOS(-1)
RI=((5/16)-0.083)*0.0254! 管内半径(m)
RO=(5/16)*0.0254! 管外半经(m)
L=12*0.0254! 管长度(m)
NTHICK=1! 径向单元个数
SIZE=(RO-RI)/NTHICK! 径向单元长度
NLENGTH=NINT(L/SIZE)! 长度方向单元个数
!材料属性
KTUBE=100! 管导热系数 W/(m-℃)
KWATER=0.6! 水导热系数 W/(m-℃)
DENSWATR= 1000! 水密度 Kg/(m**3)
CWATER=4183! 水比热 J/(Kg-℃)
! 入口
VINPUT=3! 入口流速 m/sec
CAREA=PI*(RI**2)! 流通面积 m2
MASSFLOW=VINPUT*CAREA*DENSWATR! 质量流率 m3/sec ! 热传递边界条件
TINLET=20! 入口水温度 ℃
TBULK=100! 管外环境温度 ℃
HI=15000! 管内壁与水的对流系数 W/(m2-℃)
HO=10000! 管外壁对流系数 W/(m2-℃)
/PREP7
! 定义单元类型及选项
ET,1,116,1,1 ! KEYOPT(1)=1, 自由度为温度
! KEYOPT(2)=1, 使用SURF151模拟管内对流
ET,2,151,,,1,1,1! 热表面效应单元
KEYOPT,2,8,2
! KEYOPT(3)=1, 轴对称
! KEYOPT(4)=1, 无中间节点
! KEYOPT(5)=1, 有额外节点，在FLUID116上
！KEYOPT(8)=2, 考虑对流
ET,3,55,,,1! KEYOPT(3)=1, 轴对称
R,1,2*RI,CAREA,1! FLUID116 实常数
! 定义材料属性
MP,KXX,1,KWATER
MP,C,1,CWATER
MP,DENS,1,DENSWATR
MP,KXX,3,KTUBE
! 创建几何模型划分单元
K,1,0,0,0
K,2,0,-L,0
K,3,0,-(L+SIZE),0
L,1,2
L,2,3! 线1和线2模拟管内流体流动
CM,WATERLIN,LINES! 创建组元
RECTNG,RI,RO,0,-L! 管壁
TYPE,1
REAL,1
MAT,1
ESIZE,,NLENGTH
LMESH,1
ESIZE,,1
LMESH,2
LSEL,S,LOC,X,(RI+RO)/2 ! 选择管两端
LESIZE,ALL,,,NTHICK! 厚度方向单元个数
ESIZE,,NLENGTH!单元大小
TYPE,3
MAT,3
ALLSEL,ALL
AMESH,1
! 创建表面效应单元
LSEL,S,LOC,X,RI! 选择管内壁
CM,TUBELIN,LINES
TYPE,2
LFSURF,"TUBELIN","WATERLIN"! 使用宏LFSURF创建表面效应单元 SAVE
/SOLU
DK,1,TEMP,TINLET! 入口水温度
LSEL,S,LOC,X,RO
SFL,ALL,CONV,HO,,TBULK! 管外壁对流边界
ESEL,S,ENAME,,SURF151
SFE,ALL,,CONV,0,HI ! 管内壁对流系数
ESEL,S,ENAME,,FLUID116
SFE,ALL,,HFLUX,,MASSFLOW ! 管内水质量流率，以热流密度方式施加 ALLSEL,ALL
SOLVE
FINISH
/POST1
NSEL,S,LOC,X,0! 选择FLUID116
PRNSOL,TEMP! 列出流体温度分布
NSEL,S,LOC,X,RO! 选择管外壁节点
PRNSOL,TEMP! 列出管外壁节点温度
NSEL,ALL! 选择所有节点
FINISH
使用 ANSYS 表面效应单元施加周向载荷的一个例子
使用 ANSYS 表面效应单元施加周向载荷的一个例子 作者：Simwe 来源：互联网发布时间：2012-05-09 【收藏】【打印】复制连接【大中小】我来说两句：(0) 逛逛论坛 本例主要说明如何在圆柱坐标系中使用表面效应单元来定义表面载荷，以施加扭矩之类的载荷。 所使用的几何模型如图，是两个镶嵌在一起的圆柱体。为了划分MAP 网格，将它切割为8 块： 虽然切割后的模型可以采用MAP 方式划分网格，但是为了更有一般性，这里采用Free 方式划分网格，所用单元是SOLID45 单元，它退化后是线性四面体，在结果分析中是不推荐的，这里只是为了说明问题，为了简单而使用。实际结构分析时，仍推荐Solid92 或Solid95 二次单元：
定义表面效应单元： Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add > Surface Effict > Surf154
为了在圆柱坐标系中使用表面效应单元，不能使用系统的圆柱坐标系，而必须另外创建局部圆柱坐标系。 采用三个KP 点(或节点，或三个指定坐标点) 来创建局部坐标系，为此，在GUI 中显示Lines：
创建局部坐标系： Utility Menu > Workplane > Local Coordinate > Create Local CS > By 3 Keypoints > 弹出选择KP 对话框 顺序选择3 个KP 点：
选择3 个KP 点后，弹出创建坐标系对话框： 在其中，设置坐标系编号为11；坐标系类型为Cylindrical：
表面拉曼增强效应
表面拉曼增强效应 Fleischmann 等人于1974 年对光滑银电极表面进行粗糙化处理后,首次获得吸附在银电极表面上单分子层吡啶分子的高质量的拉曼光谱。但Fleishmann认为这是由于电极表面的粗糙化，电极真实表面积增加而使吸附的吡啶分子的量增加引起的，而没有意识到粗糙表面对吸附分子的拉曼光谱信号的增强作用。一直到1977年，Van Duyne 和Creighton两个研究组各自独立地发现，吸附在粗糙银电极表面的每个吡啶分子的拉曼信号要比溶液中单个吡啶分子的拉曼信号大约强106倍，指出这是一种与粗糙表面相关的表面增强效应,被称为SERS 效应。 表面增强拉曼散射(SERS)效应是指在特殊制备的一些金属良导体表面或溶胶中,在激发区域内,由于样品表面或近表面的电磁场的增强导致吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射(NRS) 信号大大增强的现象。 表面增强拉曼克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点, 可以获得常规拉曼光谱所不易得到的结构信息, 被广泛用于表面研究、吸附界面表面状态研究、生物大小分子的界面取向及构型、构象研究、结构分析等, 可以有效分析化合物在界面的吸附取向、吸附态的变化、界面信息等。 近来，研究者主要使用在低维纳米结构基底上附载贵金属纳米颗粒的方法来提高 SERS 的增强性能。尤以 Rajh小组[27]将贵金属纳米颗粒附于 TiO2纳米线上得到强的 SERS 增强效应后，陆续有报道[28-31]
贵金属/低维半导体材料如 Ag/ZnO、Au/TiO2及 Ag/Ga2O3被用作SERS 衬底。这些基底的优良 SERS 增强性能均涉及了金属与半导体之间的协同作用，如 Lee[32]、Fan[33]等小组使用高度阵列化的 ZnO纳米针或纳米棒作为模板，制得 Au/ZnO 或 Ag/ZnO 复合纳米结构，具有较好的SERS 增强性能及重现性。而我们所做的螺旋状纳米氧化锌上负载银单质鲜有报道，其表面拉曼增强在光催化反应，污染物降解等方面存在较大价值，前景广阔。 参考文献： [27] Musumeci A, Gosztola D, Schiller T et al. SERS of Semiconducting Nanoparticles (TiO2 Hybrid Composites) [J]. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131: 6040-6041 [28] Sirbuly D?J, Tao A, Law M et al. Multifunctional nanowire evanescent wave optical sensors [J]. Adv. Mater., 2007, 19: 61-66 [29] Yang L, Jiang X, Ruan W et al. Charge-transfer-induced surface-enhanced Raman scattering on Ag?TiO2 nanocomposites [J]. J. Phys. Chem. C, 2009, 113: 16226-16231 [30] Prokes S M, Glembocki O J, Rendell R W et al. Enhanced plasmon coupling in crossed dielectric/metal nanowire composite geometries and applications to surface-enhanced Raman spectroscopy [J]. Appl. Phys. Lett.,
本文介绍用ANSYS APDL命令流实现加载表面效应单元的任意方向荷载的相关内容
本文介绍用ANSYS APDL命令流实现加载表面效应单元的任意方向荷载的相关内容。 !用表面效应单元加任意方向的荷载 finish /PREP7 et,1,45 !定义实体单元solid45 et,2,154 !定义三维表面效应单元 KEYOPT,2,2,0 !指定表面效应单元的K2=0，所加荷载与单元坐标系方向相同 KEYOPT,2,4,1 !指定表面效应单元的K4=0，去掉边中点，成为四结点表面单元 block,-5,5,-5,5,0,5 !建实体模型 mp,dens,1,2000 mp,ex,1,10e9 mp,prxy,1,0.2 asel,s,loc,z,5.0,5.0 !选中实体上表面 AATT, 1, , 2, 0, !指定实体上表面用154号单元 MSHAPE,0,2D MSHKEY,1 esize,,5 amesh,all !对上表面划分网格 allsel,all VATT, 1, , 1, 0 !指定实体用45号单元 MSHAPE,0,3D MSHKEY,1 vmesh,all /PSYMB,ESYS,1 !显示单元坐标系 esel,s,type,,2 !选中实体上表面的表面效应单元以方便加荷载 sfe,all,1,pres,,50 !在面内加Z向荷载，大小为50，荷载方向可通过值的正负控制sfe,all,2,pres,,100 !在面内加X向荷载，大小为100 sfe,all,3,pres,,150 !在面内加Y向荷载，大小为150 /psf,pres,,2,0,1 !以箭头方式显示所加荷载
!如果已经知道荷载在整体坐标系内的方向失量为(0,1,1)，可以用如语句加该方向的荷载 sfe,all,5,pres,,100,0,1,1 !荷载值100后的三个数为方向失量 allsel,all eplot
SERS(表面增强拉曼散射)理论
SERS 的物理类模型 物理类模型致力于阐释金属表面局域场的增强，它的主要代表包括表面电磁增强模型和镜像场模型。 1、表面电磁增强模型（Electromagnetic Enhancemant Model ，简记为EM ） 表面电磁增强模型[5~7]又可称为表面等离子体共振模型，它认为一个吸附在金属表面的分子的诱发偶极矩是通过金属椭球由入射场和散射场共同产生的。对于椭球比光波波长小的情况，在频率与偶极表面等离子体共振时，散射场比入射场大，这可以看作是椭球外部空间的场密度的影响。因此拉曼散射场会与金属颗粒的强散射场引起的金属颗粒表面的等离子体振荡发生共振，这种共振的结果使振荡分子产生了非常大的能量。 如图2－1所示，把一个可以看成经典电偶极子的分子放在球形金属颗粒外的r 'ρ处，以频率为ω0的平面波照射，分子偶极子会产生频率为ω的拉曼散射，其偶极矩为： ),(),(00ωαωr E r P P ρρρρ?'=' (2-1) 这里的α'是分子的拉曼极化率而P E ρ包括两部分： ),(),(),(000ωωωr E r E r E LM i P '+'='ρρρρρρ (2-2) 其中i E ?是入射场的场强，LM E ρ是用Lorenz-Mie 理论计算获得的散射场场强。在 观察点r ρ处与拉曼散射相关的电场由下式给出 ),(),(),(ωωωr E r E r E sc dip R ρρρρρρ+= (2-3) 图2－1 纳米颗粒表面增强散射示意图
其中，dip E ρ是球形颗粒不存在时振荡偶极子P ρ发射的场，sc E ρ是由球形颗粒产生的必须满足频率ω的边值问题的散射场。 拉曼散射的强度R I 是远场振幅R E ρ的平方：2/)ex p(),(lim r ikr r E I R kr R ω??∞ →=，增强因子G 定义为0R R I I G =，其中0R I 是在金属球形颗粒不存在时的拉曼强度。 那么在小颗粒的限制下，增强因子可由下式给出： [] 230333033303)(3)1/()1/()(3i n n r g a r i r g a g a r i i n n g a i G ρρρρρρρρρ?+'+'-'+'-?+= (2-4) 这里的i ρ指入射场在r '处的偏振态，也就是()i E r E i ρρ00,='ω，r r n ''=/ρρ，g 和g 0是表达式()()21+-εε在ω和ω0处的值，其中ε是胶体颗粒与周围物质的复合介电函数的比值。 当分子在金属球表面上()a r ='即且入射和散射光场的偏振方向与散射平面垂直时，增强因子将由下式给出： 2 0042215gg g g G +++= (2-5) 当Re(ε)等于-2时，g(或g 0)的值将会变大。这也恰好是激发球形颗粒表面等离子体的条件。此时，G 主要决定于gg 0项，方程(2-5)将变成 2 080gg G = (2-6) 于是根据这一模型，当入射光和散射光的频率满足表面等离体子共振条件时， 就可以得到强的SERS 信号，在这种情况下，G 的值将与()[]41ε''-'成正比式中的ε' 和ε'' 分别为()εRe 和()εIm 。 当球体完全被吸附分子覆盖时，可以对每个分子的拉曼散射光求平均，将每一个吸附分子都认为成一个垂直于表面振动的偶极子，则 2 0)21)(21(g g G ++= (2-7) 于是，对于从吸附在球形金属颗粒上的分子观察到SERS 效应的电磁理论，当下列条件满足时，将能够观察到强的增强：（1）颗粒的尺寸必须小于光的波长λ（2）激发频率或散射频率必须满足表面等离体子共振条件（3）分子不能距表面太远。
ansys表面效应单元模拟一螺栓扭转问题)
ansys表面效应单元模拟一螺栓扭转问题 表面效应单元模拟一螺栓扭转问题表面效应单元模拟一螺栓扭转问题模拟一螺栓扭转问题描述：表面效应单元：类似一层皮肤，覆盖在实体单元的表面。它利用实体表面的节点形成单元。因此，表面效应单元不增加节点数量（孤立节点除外），只增加单元数量。用 ANSYS 对螺栓模型施加扭转荷载，求解并在后处理器中观察整体柱坐标系下的 UY。载荷和边界条件:沿螺栓上端的扭矩Mt 等效为切向等效切应力：q=10MPa，底部固定 (UX=UY=UZ=0)。设:螺栓直径d=100mm，螺栓长度 L=200mm，螺帽直径 D=160mm,螺帽高度 H=30mm。材料应力—应变关系为线弹性模型，弹性模量 E = 200GPa ，泊松比ν = 0.3 。 2.1 进入ANSYS ANSYSED 10.0 →input Initial jobname: bolt_torque →OK 2.2 设置计算类型Main Menu: Preferences… →select Structural → OK 2.3 选择单元类型Main Menu: Preprocessor →Eleme nt Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 45 → Apply→ select Surface Effect →3D structural 154 OK (back to Element Types window) → Close 2.4 定义材料参数Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200E3, PRXY:0.3 → OK 注意前后单位的一致性，本例后面的单位应用 mm，所以此处弹性模量用 200E 3. 2.5 生成几何模型生成带帽螺栓,用 Sweep 方法，分别生成中空圆环状的螺帽(R=80mm, r=50mm, H=30mm)和圆柱状的螺栓(r=50mm，L=200mm)，然后用布尔命令 Glue，将两体结合. Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Volumes →Cylinder →By Di mensions 在弹出的对话框中输入 Outer radius 50, Z-coordinates0 200 →Apply 在对话框中输入螺帽的尺寸。Outer radius 50,Optional inner radius 80, Z-coordinates 0 30. →OK 生成图形之后点击 ansys 截面右上角的蓝色立方体按键（Isometric view）Utility Menu →workplane →offset WP by Increments, 在弹出的对话框中 XY，YZ，ZX 一栏中填入 0，-90,0 →OK Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans →Divide →Volu by WrkPlane →Pick All →点击蓝色立方体（Isometric view）Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans →Glue →Volumes →Pick All 2.6 网格划分 Main Menu: Preprocessor → Meshing → MeshTool 在弹出的MeshTool 对话框中，并在 SizeControls 一栏中的 Lines 组里点击 set 按键。用鼠标选中所有圆的轮廓线，如图。（如果选错可以点击鼠标左键取消）选好之后在左边的 Element Size on lines 的对话框中点击 Apply。会弹出Element Sizes on Picked Lines 对话框。在 NDIV 栏里填入 5 →Apply. 同样做法，选 AB 段→NDIV：5.选 BC，CD 段→NDIV： 2. →OK Main Menu: Preprocessor → Meshing → MeshTool 在对话框第 4 栏 Shape 组中选中 Hex 和 Sweep 选项。选中后点 击 Sweep 按钮。弹出的对话框选择 Pick All。 2.7 选择螺栓帽的侧表面, 然后选择与面相关的节点: Utility Menu → Select → Entities → Areas → From Full: 用鼠标选取螺栓帽的侧表 OK
最新ANSYS 中的表面效应单元.doc
ANSYS 中的表面效应单元 使用表面效应单元施加载荷 * 有时，可能需要施加所使用单元不支持的表面载荷，例如：可能需要在实体结构单元上施加沿表面切向或任何方向的均布载荷；在热实体单元的表面上同时施加热流载荷和对流载荷，或者施加指定的辐射，等。在这种情况，可以用表面效应单元覆盖需要施加载荷的表面并使用它们作为一个管道以施加所需的载荷。* 目前可以使用的表面效应单元：对二维问题：SURF151和SURF153；对三维问题：SURF152和SURF154。 * 怎样施加如下的压力荷载： –像剪切荷载一样与表面相切的荷载？ –像螺栓荷载一样在表面上变化的荷载？ –像屋顶上冰载荷一样与面成一定角度的载荷？ - 像水压一样的非均布压力载荷？ * 表面效应单元为处理这些问题提供了有效的方法。 表面效应单元的特点： * 像“皮肤”一样覆盖在网格表面 * 如同面载荷的管道 * 很容易创建，一般操作过程如下： - 选择感兴趣表面上的节点； - 激活恰当的单元类型； - 执行ESURF (或Preprocessor > Create > Elements > Surf Effect > GenerlSurf > No Extra…)； - 选择所有节点，定义SURF 单元。
* 对2-D 和3-D 模型都有用: – SURF151 & 153 是线单元(热和结构的)，表示2-D 模型的边界线。 – SURF152 & 154 是面单元(热和结构的)，表示3-D 模型的边界面。 * 本节只讨论SURF154，其它单元可同样处理。 SURF154 单元，详见参考手册中的描述 * SURF154 使用不同的单元面号来接受不同类型的载荷。 * 面号在“Apply PRES on elems”对话框中： Solution > Difine Loads > Apply > Pressures > On Elements，如下所示。 或在SFE 命令的LKEY 范围内： SFE, ELEM, LKEY, PRES, , VAL1, VAL2, VAL3, VAL4
ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元
! ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元surface effect !学习重点： !1 表面载荷的施加 当施加表面载荷时，在WorkBench中可以很方便地施加。但其本质也是借助表面效应单元来完成的。譬如当实体结构表面施加沿切向或者任何方向的均布载荷（甚至不均布?）时，都可以使用表面效应单元。 !2 表面效应单元的建立 表面单元，意思就是要依附于现有单元的表面，利用现有节点形成单元，因此单元增加，而节点不增加。单元通过制定坐标系方向等，施加不同方向的载荷。 !3 表面效应单元的典型应用 目前可以使用的表面效应单元：对二维问题：SURF151和SURF153；对三维问题：SURF152和SURF154。151和152为热表面效应单元，153和154为结构表面效应单元。 表面单元可以很好用，如下例子中的通过表面施加扭矩；总之就是定义与表面成各种方向力的载荷。在热流问题也有广泛应用。 !问题描述 ! 在workbench中可以轻松实现其定义，根据图示边界条件，得出位移结果如右图。这里把此问题转到APDL里运行。并再熟悉一下接触设定。（案例参考ansys官方教程，有点不同） !APDL命令： finish /clear /title,surf effect ~parain,'2s','x_t' !导入当前路径下的2s.x_t文件，包括所有体面线。实在不想在APDL 里建模了，这是在SCDM中建模导出的文件。 /facet,normal /replot !单位m、Pa !!!以上导入x_t模型
et,1,solid185 r,2 real,2 et,2,surf154 mp,ex,1,2.1e11 mp,prxy,1,0.3 !定义材料1为结构钢 mshape,0,3D mshkey,2 esize,0.0005 !网格无关分析之后，选择该尺寸，因为接触存在，网格需要细分vsweep,all !划分网格 !!!以上定义材料及划分网格 !复习下接触，而且规则形状分开，方便简单划分网格 r,3 mat,1 real,3 et,3,targe170 et,4,conta174 keyopt,4,12,5 !bonded约束 vsel,s,loc,z,0.04,0.05 asel,s,loc,z,0.04 type,3 nsla,s,1 esln,s,0 esurf !根据线创建target170 allsel vsel,s,loc,z,0,0.04 asel,s,loc,z,0.04 type,4 nsla,s,1 esln,s,0 esurf !根据线创建contact174 !!!以上建立两个体之间的绑定接触 !建立surf154单元，为3D面单元 csys,1 allsel asel,s,loc,x,0.015 !切换到圆柱坐标系，方便选择圆周上节点 nsla,s,1
ANSYS热分析-表面效应单元
ANSYS热分析指南(第五章) 第五章表面效应单元 5.1简介 表面效应单元类似一层皮肤，覆盖在实体单元的表面。它利用实体表面的节点形成单元。因此，表面效应单元不增加节点数量（孤立节点除外），只增加单元数量。 ANSYS 5.7中热分析专用表面效应单元为SURF151(2-D)以及SRUF152(3-D)。 有关单元的详细描述请参阅《ANSYS Element Reference》。 5.2表面效应单元在热分析中的应用 利用表面效应单元可更加灵活地定义表面热载荷： 当热流密度和热对流边界条件同时施加于同一表面时，必须将其中一个施加于实体单元表面，另一个施加在表面效应单元。建议将热对流边界施加于表面效应单元。 可将热对流边界条件中的流体温度施加于孤立节点上，将对流系数施加于表面单元，这样，可更灵活地控制对流载荷。 当对流系数随温度变化时，表面效应单元可提供设置计算对流系数的选项。 表面效应单元还可以用于模拟点与面的辐射传热。 5.3表面效应单元的有关热分析设置选项 SURF151是单元可用于多种载荷和表面效应的应用。可以覆盖在任何二维热实体单元的表面(除轴对称谐波单元PLANE75和PLANE78外)。该单元可用于二维热分析，多种载荷和表面效应可以同时存在。SURF151单元有2到4个节点，如考虑对流传热和辐射的影响需要定义一个外部节点。传热量和热对流量
以表面载荷的形式施加在单元上。详细单元说明请参见《ANSYS Theory Reference》。 SURF152是三维热表面效应单元，可用于多种载荷和表面效应的应用。它可以覆盖在任何三维热单元的表面，该单元可用于三维热分析。该单元中多种载荷和表面效应可以同时存在。详细单元说明请参见《ANSYS Theory Reference》。 选定单元： 命令：ET GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Options分析设置选项： 中间节点： Include：keyopt(4)=0 Exclude：keyopt(4)=1 如果实体单元为带中间节点的单元，如Solid90，则设为Include，否则为Exclude。 是否有孤立节点： Exclude：Keyopt(5)=0 Include：Keyopt(5)=1 如果在表面效应单元上施加热流密度，则为Exclude；如果在表面效应单元上施加热对流，则可为Exclude，也可为Include。如果有孤立节点，则对流系数施加在表面效应单元上，流体温度施加在孤立节点上。如果无孤立节点，则对流系数和流体温度都施加在表面效应单元上。 热流密度或对流边界条件： 忽略热流密度和对流边界条件：Keyopt(8)=0
ADF教程：计算表面增强拉曼光谱SERS
ADF软件教程：计算表面增强拉曼光谱SERS 表面增强拉曼（Surface-Enhanced Raman Scattering，简称SERS），用通常的拉曼光谱法测定吸附在胶质金属颗粒如银、金或铜表面的样品，或吸附在这些金属片的粗糙表面上的样品。人们发现被吸附的样品其拉曼光谱的强度可提高103-106倍。 参数设置 将体系分为两个区，其中一个区是我们关心的分子，另一个区是材料表面： 基本参数设置，注意任务类型选择Frequencies：
ADFinput > Model > DIM/QM，设置DIM/QM参数： 其中Method中： §DRF：用于溶液－溶质的情况 §CPIM：用于小的金属纳米颗粒表面的情况 §PIM：用于大金属颗粒表面的情况 Region：分别将金属和分子勾选未DIM、QM part Dim Parameters：软件对一些金属元素已经内置了参数，因此本例中已经自动显示出来，如下图所示。如果某些金属材料没有参数，就需要用户自己设定。 Options： §Local field：当分子与表面相互作用时，包括两种相互作用：image field、local field。 前者默认包括，这里勾选是否包括后者。 §Frequency：开启依赖于频率的参数。但这对某些Method不支持。 §Forefield：使用Lenard-Jones势。 具体参数设置如下： ADFinput > Properties > Raman, VROA，选择拉曼光谱的参数：Calculate选择Raman Full AORESPONSE，Frequency value设置入射激光的频率，本例为3.55eV；Damping 设置lifetimes。本例为0.0036749
SERS表面增强拉曼
Surface-enhanced Raman spectroscopy From Wikipedia, the free encyclopedia (Redirected from Surface-enhanced Raman scattering) Raman spectrum of liquid 2-mercaptoethanol (below) and SERS spectrum of 2-mercaptoethanol monolayer formed on roughened silver (above). Spectra are scaled and shifted for clarity. A difference in selection rules is visible: Some bands appear only in the bulk-phase Raman spectrum or only in the SERS spectrum. Surface-enhanced Raman spectroscopy or surface-enhanced Raman scattering (SERS) is a surface-sensitive technique that enhances Raman scattering by molecules adsorbed on rough metal surfaces or by nanostructures such as plasmonic-magnetic silica nanotubes.[1] The enhancement factor can be as much as 1010 to 1011,[2][3] which means the technique may detect single molecules.[4][5] Contents [hide] ?1History ?2Mechanisms o 2.1Electromagnetic theory o 2.2Chemical theory ?3Surfaces ?4Applications o 4.1Oligonucleotide targeting ?5Selection rules ?6References
表面增强拉曼光谱在食品质量检测中的应用
表面增强拉曼光谱在食品质量检测中的应用 石绍华 （临沂师范学院物理系，山东临沂２７６００５） ［摘要］表面增强拉曼光谱在物质检测中具有极高的灵敏度和操作简单等优点，本文探讨了奶粉中三聚氰胺的表面增强拉曼散射检测技术。 ［关键词］表面增强拉曼光谱；三聚氰胺；检测 ［中图分类号】ＴＳ２０７［文献标识码］Ａ［文章编号】１００９－５４８９（２００９）１４－０１１２∞１ ｌ、引言 拉曼光谱分析是基于拉曼散射效应，拉曼散射效应由印度人拉曼首先发现，并因此获得１９３０年诺贝尔奖。拉曼散射现象的实质是入射到待检测物质的电磁场（光）与待检测物质分子的诱导偶极矩发生相互作用，从而使从待检测物质中出射的散射电磁场（光）的频率发生改变，拉曼光谱的频移对应于待检测物质的分子转动、振动能级跃迁。ｍ因此可以指纹化的对物质进行定性或定量鉴定，识别准确率极高。它无需对样品进行特殊准备，可对有机物及无机物进行无损伤的快速分析。但是拉曼散射与瑞利散射相比强度极低，约为瑞利散射的百万分之一。嘲但是采用激光作为强入射光源，同时使用表面增强技术采集待测样品的拉曼光谱，可以较大幅度的提高待检测物质的拉曼光谱强度。吸附在粗糙化金属表面的化合物由于表面局域等离子激元被激发所引起的电磁增强（即物理增强），以及粗糙表面上的原子簇及吸附其一卜的分子构成拉曼增强的活性点（即化学增强），通常认为这两者的作用使被测定化合物的拉曼散射产生极大的增强效应。增强因子甚至可以达到千万量级。因此表面增强拉曼光谱分析技术在物质结构分析以及物质检测领域得到广泛应用。 ２、奶粉中三聚氰氨的柃测 ２．１常用的三聚氰氨检测技术。自２００７年３月，美国爆出宠物饲料被三聚氰胺污染事件以来，美国食品及药物管理局（ＦＤＡ）先后提供了可用于三聚氰胺检测的气相色谱一质谱联．Ｈｊ法、高效液相色谱法、液相色谱一质谱联用法。２００８年３月ＦＤＡ又在 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｏｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ上发表了传统的免疫法ＥＬＩＳＡ试剂盒检测法。 针对奶粉中三聚氰氨事件，我国质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会２００８年１０月７日批准发布了＜原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法》国家标准，标准规定了高效液相色谱法、气相色谱一质谱联用法、液相色谱一质谱法三种方法为三聚氰胺的检测方法，检测定量限分别为２ｐｐｍ、０．０５ｐｐｍ和０．Ｏｌｐｐｍ。标准适用于原料乳、乳制品以及含乳制品中三聚氰胺的定量测定。 虽然高效液相色谱法、液相色谱一质谱法、气相色谱一质谱法等检测技术的使用也比较简便，能够对未知样品进行定量检测，确定其物质成分，但是设备造价动辄几十万、上百万元，并不具有快速推广应用的条件，而长达数小时的检测时间也成为三种主流检测方法推广受限。 鉴于表面增强拉曼光谱高的灵敏度和操作简单等优点，我们尝试利用表面增强托曼光谱检测奶粉中三聚氰胺。 ２．２采用胶态纳米银为表面增强物质对奶粉中的三聚氰氨进行检测。将含有三聚氰氨的奶粉溶于吡啶，２分钟摇匀，放置２分钟，取上＝层清液，按ｌ：ｌ加入制备好的胶态纳米银溶液，摇匀后滴在载波片，自然晾干，待测。 拉曼检测利用类尼绍公司ｉｎｖａｉ型激光拉曼仪，激发光源为波长７８５ｎｍ的激光，光谱采集方式采用背反射模式。 根据事先采集的三聚氰氨固体的表面增强拉曼光谱图，其在５００—１ｌＯＯｃｍ．１区域有３条特征峰，分别位于５６３，６７０，９７１ｃｍ?ｌ。我们以最强的６７０ｅｒａ．１处峰检测奶粉中是否存在三聚氰氨。 对制作好的待测三聚氰氨吡啶溶液进行拉曼光谱采集，与三聚氰氨的固体表面增强拉曼光谱相比，６７０处的拉曼光谱峰稍有红移，这是因为吡啶分子与三聚氰氨相互作用使得三聚氰氨品格常数发生变化造成的。 改变奶粉中的三聚氰氨含量，分别采集表面增强拉曼光谱：三聚氰氨含量分别为９００ｍｇ瓜ｇ，１００ｍｇ／ｋｇ，５４ｍｇ／ｋｇ（高效液相检测结果），由各自光谱数据图对比可以看出，随着三聚氰氨含量的降低，６７０处峰强度相心降低。这说明三聚氰氨的光谱强度与其含量之间具有关联。规范设计实验检测步骤，通过对已知含量样品的相应数据的统计。标定三聚氰氨的光谱强度与其含量之间的数学关系，可以定量检测未知样品中三聚氰氨的含量。 ３、总结 通过以上实验表明可以利用表面增强拉曼散射技术检测奶粉中三聚氰氨含量。但也存在以下问题： ３．１由于实验技术以及实验条件的限制，检测下线仍然需要降低。对于降低检测下限的降低可以考虑以下思路：因为银胶吸收峰位于４８０ｈｍ左右，与激发光波长７８５ｎｍ差别较大，小容易发生共振效应，如采用金胶效果可能会更好。 ３．２如果对检测流程进行合理规范，比如，常备纳米银胶以及采用干燥设备制备样品，检测速度还有提高的空间。 【参考文献】 【ｌ】程光熙．拉曼、布里渊散射【Ｍ】．北京：科学出版社，２００３Ａ． 【２】范康年．谱学导论【Ｍ】．北京：高等教育出版社，２００５．１２． （上接第１０６页）自己的学科知识，而且是学生的导师，指导学生发展自己的个性，督促其自我参与，学会生存，成才成人。教师的劳动不再是机械的重复，不再是在课堂上千篇一律的死板讲授，代之而行的是主持和开展种种认知性学习活动，师生共同参与探讨数学的神奇世界；新课程标准下的教师也不再是学生知识的唯一源泉，而是各种知识源泉的组织者、协调者，他们让学生走出校门，感受社会和整个教育的文化。可以说，促进人的发展，促进文化和科学技术的发展，促进社会生产的发展，这是新课程标准下数学教师的根本任务。 作者简介：石绍华，临沂师范学院物理系。 对教师和学生都提出了新的要求，面对新课程，教师要在数学 教学过程中充分理解新课程的要求，要树立新形象，把握新方法，适应新课程，把握新课程，掌握新的专业要求和技能一学会关爱、学会理解、学会宽容、学会给予、学会等待、学会分享、学会选择、学会激励、学会合作、学会“ＩＴ＂、学会创新，这只有这样，才能与新课程同行，才能让新课程标准下的数学教学过程更加流畅。 【参考文献】 【１１鲍玉发．数学课程标准【Ｍ１．北京师范大学出版社． 【２】王安忠．科教文汇。２０００． 万方数据
模电第五章
第五章放大器的频率响应 习题类型 5.1 频率响应的基本概念 5.3 增益函数的零点、极点概念 5.2及.4～5.6 利用增益函数极点求解电路转折频率 5.7～5.12及5.16～5.20 利用时间常数法求解电路转折频率 5.13～5.15 求解BJT的频率参数 5.1某单级阻容耦合共射放大电路中频电压增益A vm=40dB，通频带为20Hz～20KHz，最大不失真电压范围为－3V～+3V。 （1）若输入电压v i=20sin（2π×103）mV，输出电压幅值v om是多少？是否会出现失真？（2）若输入为谐波频率范围在1kHz～30kHz的非正弦波，其最大幅值为50mV，输出电压v o是否失真？若失真，属于什么失真？ 解: （1）V om=V i m A v m=20×100=2×103mV=2V， 且不会出现失真。 （2）会出现失真，非线性失真和频率失真。 5.2某放大电路当输入信号频率在f =5～40kHz范围时，电压增益为100，而当f=500kHz 时，增益降为10。求该放大电路上转折频率f H。 解: 由题意有： 解出： 5.3某放大电路增益函数为，指出A(s)的极点和零点并求中 频段增益A m（dB）。 解: 极点为：－107，－108，－5×108（rad/s） 有限零点为：1010，1012（rad/s） ∵A（s）极点数>零点数，且 ∴ A（s）=A H（s）
···· 5.4某放大电路电压增益函数， 求出其中频电压增益A v m及下转折频率f L、上转折频率f H。 解: ∵ A v(s) 极点数>零点数， 且， ∴ A v(s) 是全频段增益函数。 低频极点 p1=－10；p2=－20； 高频极点 p1=－105；p2=－2×105； 令低频极点s→∞，高频极点s→0，A v(s) →A vm=400 又：s→jω ,
表面增强拉曼光谱技术及其在生物分析中的应用
食品课程论文 题目表面增强拉曼光谱技术及其生物分析应用研究进展 姓名陈坤学号2009309010006 专业食品科学 二○○九年十二月
表面增强拉曼光谱技术及其生物分析应用研究进展Bioanalysis Application of Surface-enhanced Raman Spectroscopic （陈坤2009309010006 食科院食品科学） 摘要：拉曼光谱诞生距今已整整80年，激光器、CCD检测器、光纤探针技术的发展使拉曼光谱分析仪器及其应用进展日新月异。然而传统拉曼光谱信号微弱，因此表面增强拉曼散射光谱（SERS）凭借其超灵敏且具有化学选择性而被广泛应用于生物分子鉴定。它是一种信号强度高，荧光和水的背景干扰小的表面分析技术。本文就SERS在生物应用方面的研究作简单回顾。 关键词：表面增强拉曼光谱（SERS）；生物分析；应用 拉曼光谱是用途广泛的无损检测和分子识别技术，它能够提供化学和生物分子结构的指纹信息。但是常规拉曼散射截面分别只有红外和荧光过程的10-6和 10-14。[1]这种内在低灵敏度的缺陷曾制约了拉曼光谱应用于痕量检测和表面科学领域。尽管拉曼光谱技术是一种重要的生物化学分析工具，但由于其信号强度低，而生物分子通常在自然环境下含量较低，这样得到的拉曼信号很小或者检测不到，作为信息读出手段往往缺乏高灵敏性。直到20世纪70年代中期，Fleischmann、Van Duyne和Creighton分别领导的3个研究组[2-4]分别观测和确认了表面增强拉曼现象，即在粗糙银电极表面的吡啶分子的拉曼信号比其在溶液中增强了约106倍。人们将这种由于分子等物种吸附或非常靠近具有某种纳米结构的表面，其拉曼信号强度比其体相分子显著增强的现象称作表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering，SERS)效应。SERS效应的发现有效地解决了拉曼光谱在表面科学和痕量分析中存在的低灵敏度问题。 1. 表面增强拉曼散射机理 与SERS实验和应用所取得的进展相比，SERS理论的研究一直相对滞后，这主要是因为具有SERS效应的体系非常复杂。体系表面形貌和表面电子结构，光和粗糙表面的相互作用，光和分子的相互作用，分子在表面的取向、成键作用以及分子和表面的周边环境，入射光的强度、频率、偏振度和偏振方向等因素对SERS谱图的影响均比较复杂。SERS体系的这些复杂性导致了人们对SERS效应认知的多样性. 人们从各个角度和具体实验条件提出了不同的SERS机理[5]。 目前学术界普遍认同的SERS机理主要有物理增强机理和化学增强机理两类。SERS谱峰强度ISERS常具有以下正比关系[6, 7]： 式中，E（ω0）和E（ωS）分别为频率为ω0的表面局域光电场强度和频率为ωS的表面局域散射光电场强度；ρ和σ分别为分子所处位置的激发光的电场方向和拉曼散射光的电场方向；（αρσ）fi是某始态∣i〉经中间态∣r〉到终态∣f〉的极化率张量。 式（1）I SERS前半部分表明，入射与散射光的局域电场强度越大，拉曼信号强度越大，这来自于物理增强机理的贡献，通常归因于电磁场增强（Electromagnetic enhancement, EM）机理[8]。式，（1）后半部分表明，体系极化
表面增强拉曼散射作用在免疫标记检测中的应用研究进展
表面增强拉曼散射作用在免疫标记检测中的应用研究进展 焦昆鹏 （河南科技大学食品与生物工程学院洛阳471023） 摘要：SERS标记免疫检测具有灵敏度高、高光谱选择性，特别适合分子识别、药物筛选、生物靶向等生物医药领域，和食品、环境检测领域。本文就SERS现象、SERS标记免疫检测的基本原理和SERS标记免疫检测的研究进展进行了简单的论述和总结。 关键词：SERS；免疫检测；研究进展 表面增强拉曼现象（SERS）自1974年被M. Fleischmann等首次报道以来，相关理论和应用研究一直是科学研究的热点。多数分子的SERS光谱和普通拉曼光谱差别较大，因此SERS光谱可用于研究分子-界面相互作用。由于水分子的拉曼截面很小，拉曼光谱适合于水环境的检测。同时，SERS具有极高的检测灵敏度，特殊条件下甚至可以达到单分子和单纳米粒子的检测。在生物技术领域，SERS金纳米标记方法结合免疫检测技术是一个研究热点。该方法将具有强拉曼信号的标记分子和抗体（抗原）蛋白分子吸附于纳米金表面，通过拉曼谱仪检测标记分子的SERS信号，以达到示踪抗原/抗体的目的。相比其他免疫检测方法，SERS标记免疫检测具有灵敏度高、高光谱选择性，特别适合分子识别、药物筛选、生物靶向等生物医药领域，和食品、环境检测领域。本文就SERS现象、SERS 标记免疫检测的基本原理和SERS标记免疫检测的研究进展进行了简单的论述和总结。 1.拉曼散射 1928年，印度物理学家Raman和Krishnan根据一些科学家在1923-1927年间的语言，首次在苯中发现了散射光频移的现象，即拉曼效应[1]。拉曼散射是由于物质对光的非弹性散射引起。当入射光子以一定的能量与某一分子发生非弹性碰撞后，光子频率出现位移，位移量与碰撞分子的某一振动频率相等。散射后的光子能量与入射光子相比，可能增高也可能降低，这取决于与之碰撞的分子是处于激发态还是基态。当光子与某一处于基态的分子相互作用后，光子激发某一振动失去能量，散射后光子表现出较低能量V s，这种散射称为斯托克斯散射；当
表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介
表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介 1.拉曼光谱简介： 光与物质分子的碰撞可以分为两类，即弹性碰撞和非弹性碰撞。光的散射可以看作是光子与物质碰撞后运动方向的改变。如果发生的是弹性碰撞，即光子仅改变运动方向而在碰撞过程中没有发生能量交换，这种散射为瑞利散射(Rayleigh scattering)；如果发生的是非弹性碰撞，即光子不仅发生了运动方向的改变，而且在碰撞过程中有能量交换，这种散射就是拉曼散射(Raman scattering)。结合图1我们可以更加清楚地了解光的散射过程。 图1 瑞利散射与拉曼散射的基本原理 在激发光的激发下，分子从它的某一振动态(基态或激发态)跃迁到一个激发虚态，在皮秒时间尺度内跃迁回基态，同时伴随着光子的释放。这时，大部分跃迁回基态时所释放的光子的波长与激发光相同，就是瑞利散射线。另有少数光子的波长与激发光不同，即拉曼散射线，该散射又可以分为两类(见图1)：Stokes 散射和反Stokes散射。由于常温下处于振动基态的分子数远多于处于振动激发态的分子数，所以Stokes谱线要比反Stokes线强得多。拉曼光谱所关心的是拉曼散射光与入射光频率的差值，即拉曼频移。不同的激发光所产生的拉曼散射光频率也不相同，但是拉曼频移是相同的。拉曼频移表征的是化合物的振动—转动能级，在这一点上拉曼光谱与红外光谱是十分相似的[1,2]。 拉曼光谱是一项重要的现代光谱技术，它的应用早已超出化学、物理的范畴，渗透到生物学、矿物学、材料学、考古学和工业产品质量控制等各个领域，成为研究分子结构和组态、确定晶体结构的对称性、研究固体中的缺陷和杂质、环境污染物、生物分子和工业材料微观结构的有力工具。
表面效应单元
【讨论】表面效应单元的使用方法 这是一个加表面效应单元的例子，你看一下有没有帮助。 FINISH /CLEAR !!!gauss加载 /title, the simulate of laser cladding process *SET,P,2000， !the power of the laser *SET,V,0.008 !scanning speed !*SET, RADIUS,0.003 !radius of the laser beam *SET, R,0.003 *set,k,0.6 !the coefficient of the absorb *SET,L,0.05 !the length of the block /prep7 !熔覆层高5mm=0.005m !基体高10mm=0.01m,长x=50mm=0.05,宽=20mm=0.02m BLOCK,0,0.05,0, -0.0105,-0.01,0, Vsel,all vplot ! /USER, 1 /VIEW, 1, -0.198026943995E-01, 0.382677277552 , 0.923669829831
/ANG, 1, -0.107453019382 /REPLO ! ET,1,SOLID70 ET,2,Surf152 DOF,TEMP KEYOPT,2,3,0 KEYOPT,2,4,1 KEYOPT,2,5,0 KEYOPT,2,6,0 KEYOPT,2,7,0 KEYOPT,2,8,4 !根据固体表面温度计算对流系数KEYOPT,2,9,0 !用温度表方式定义材料性能 Mp,kxx,1,82.9 Mp,dens,1,8900 Mp,c,1,471 mptemp,1,20,300,600,750,900,1200,1500,1800,2000 mpdata,hf,1,1,6,50,120,180,200,250,378,700,850 ! ! Mshkey,0 !自由网格化