说到实验记录,你还在用胶水吗?

告别胶水,拥抱电子实验记录

实验记录本常用的胶水

说起粘胶水这种小事儿,您可能会想:“这和做实验有啥关系啊?”

哈哈,别着急,我这就给您揭晓谜底。说实话,现在的我可是已经跟胶水说拜拜好多年了,活得那叫一个轻松自在!

不过话说回来,想当年,那胶水可真是我们科研人员的“得力助手”啊,简直跟咱们有着不解之缘。我给您细细道来——

对于那些还没怎么碰过实验的人来说,实验简直就像个神秘的魔法盒子,充满了未知和乐趣。可对于那些已经泡在实验室里的小伙伴来说,实验这事儿,就像吃了一大碗没放盐的拉面,有那么点儿“枯燥且乏味”。

实验啊,说简单也简单,说复杂也复杂。一开始,看到问题就脑洞大开,提出假设就像猜谜语,设计实验方案就像玩拼图,动手尝试时感觉自己是个像模像样的科学家,挺有意思的。

但接下来呢?实验没达到预期效果,那就继续猜谜语、继续玩拼图。这样来来回回,重复个N次,乐趣可就大打折扣了,考验的全是耐心和毅力。

还有啊,你们可能不知道,做实验这事儿,可不仅仅是动手那么简单。还得像写日记一样,记录下每一次的实验过程:读了啥文献、用了啥方法、啥仪器、啥样品、啥试剂、啥原料、啥反应条件,产物咋样、浓度多少、结果如何、数据怎么分析、图表怎么做……三个月的实验记录写下来,都相当于于写了本长篇小说了! w(Д)w

科研就像破解“达芬奇密码”

实验记录里,很多图片或复印件需要用胶水粘贴。

粘贴了不少结果图片的实验记录本

实验记录这东西,简直就是手工课的翻版!这里头得用胶水粘一堆图片和复印件,简直比小时候玩贴纸还过瘾!

要是碰到那种固定的方法、样品表什么的,打印粘贴那可是不二之选,反正比手写快!

至于仪器输出的结果,那更是离不开胶水的陪伴。特别是热敏纸,简直就是个娇气包,一不小心就容易褪色,得赶紧复印了再粘贴,不然过几天可能就看不清啦!

还有更加挑战的任务!

因为,有些实验结果,是五彩斑斓的图案、色块或者色带,看着就让人眼花缭乱。如薄层层析(TLC),还有核酸、蛋白质电泳分离后的染色图(Agarose gel、PAGE gel),简直就是艺术品!所以啊,得把它们保存下来才行。

可是啊,回想一下以前那个年代,手机还没进化出拍照功能,甚至有些人还没用上手机呢!那怎么办呢?嘿嘿,这时候实验室里最好有个方便的(数码)相机,咔嚓一下,结果就保存下来了。不然啊,就得费劲巴拉地去预约某个专业的科研扫描仪,简直比约见明星还难! ⊙▂⊙

TLC实验结果示例图片

早期手机没有拍照功能

其中,要求最高的,我觉得是干胶保存法——

有的单位呐,对蛋白质电泳胶的银染(Silver Staining)和考染(考马斯亮蓝,Coomassie Brilliant Blue Staining)特别讲究,非得让它们干胶后长期保存,当作宝贝似的。

考验技术的时候到了——首先呢,得在湿润的情况下,用那种微透气的玻璃纸给它们裹上,接着再找个光滑玻璃板,给它们当靠山,这样它们就不会变形啦;注意咯,这个过程得非常轻手轻脚。

然后就静静等待它们逐渐脱水、变薄、变硬。不过啊,这个过程有个小小的副作用,就是它们会变得有点儿“脆”,就像那些一碰就碎的瓷器一样。

顺利的话,几天后它们就变成了类似艺术品的独一无二作品,随后才能粘贴进实验记录本珍藏。具体我就不多说啦,请参考B站作品《凝胶电泳干胶的制作(作者Bio-protocol)》。

气泡、开裂、压碎 - 干胶过程的痛点

总的来说,每次都得用胶水粘贴那些实验图片、复印件和干胶结果等,简直和搬砖一样心累!

不过现在好啦,有了电子实验记录本我终于摆脱了胶水的束缚,也不用担心记录损坏和丢失了;感觉自己就像个自由飞翔的小鸟!小伙伴们,你也赶紧来试试电子实验记录本吧!一起享受轻松愉快的实验生活!

ELN范本

<think> 我们正在讨论的是胶水在漆包线中的流动和渗透仿真。根据之前的引用,漆包线具有特定的结构(如多股绕组、绝缘漆涂层等),而胶水需要渗透到绕组间隙中。这种问题属于多孔介质中的流体流动(渗透)问题,同时可能涉及毛细作用、非牛顿流体行为(如果胶水是非牛顿流体)。 适用的仿真软件需要具备以下能力: 1. 多孔介质流动模型 2. 多相流(气-液)模型(因为胶水会取代空气) 3. 毛细作用(表面张力)模型 4. 非牛顿流体模型(可选,取决于胶水特性) 5. 能够处理复杂几何结构(如线圈绕组) 根据这些要求,以下软件适合: ### **一、ANSYS FLUENT** - **优势**: - 强大的多相流模型:支持VOF(Volume of Fluid)方法,可以精确追踪气液界面[^1]。 - 多孔介质模型:可通过添加动量源项(Darcy定律)或直接模拟孔隙结构[^2]。 - 表面张力模型:包含连续表面力(CSF)模型,可模拟毛细现象。 - 非牛顿流体:内置多种本构方程(如幂律模型、Carreau模型等)。 - **局限性**: - 若需精确模拟漆包线内部复杂孔隙结构,需要生成高分辨率网格(计算成本高)。 - **典型设置**: - 使用VOF多相流模型,并激活表面张力。 - 如果胶水为非牛顿流体,选择相应粘性模型(如幂律模型:$\mu = K \dot{\gamma}^{n-1}$)。 - 多孔区域可设置为多孔跳跃(porous jump)或完整多孔介质模型。 ### **二、COMSOL Multiphysics** - **优势**: - 直接模拟微观几何:若已知漆包线绕组的精确CAD模型(如螺旋排列),可建立真实几何结构进行两相流仿真[^3]。 - 内置“多孔介质流”与“两相流”耦合接口。 - 自动处理毛细压力(通过Van Genuchten模型或用户定义函数)。 - 支持实验数据拟合(如胶水粘度曲线)。 - **典型模块**: - CFD模块(两相流) - 多孔介质流模块 ### **三、Simcenter STAR-CCM+** - **优势**: - 高效网格技术:多面体网格可快速离散复杂缠绕结构。 - 欧拉多相流模型:适用于高孔隙率多孔介质(如绕组间隙)。 - 表面张力模型:与FLUENT类似支持CSF方法。 - 耦合仿真:可同时分析胶水固化过程中的热效应(如果涉及化学反应)。 - **典型工作流**: - 在CAD中简化绕组结构(如周期性单元)。 - 使用表面包装(Surface Wrapper)生成计算网格。 - 设置欧拉-欧拉多相流模型(胶水相+气相)。 ### **四、OpenFOAM(开源)** - **优势**: - 完全自定义:可修改求解器代码(如interFoam)模拟非牛顿流体在多孔介质中的毛细流动。 - 成本低:适合研究场景。 - **挑战**: - 需用户具备较强编程能力。 --- ### **选型建议** | 场景 | 推荐软件 | |-------------------------------|------------------------| | 快速工程分析(宏观渗透速率) | Simcenter STAR-CCM+ | | 微观尺度毛细现象研究 | COMSOL Multiphysics | | 胶水固化反应耦合分析 | ANSYS FLUENT/COMSOL | | 低成本高定制需求 | OpenFOAM | > **关键参数设置提示**: > - 毛细压力计算需测量接触角$\theta$(漆包线绝缘漆与胶水的界面性质)[^1] > - 渗透深度$L$与时间$t$满足Washburn定律:$$ L = \sqrt{\frac{\gamma d \cos\theta}{4\mu}} \cdot \sqrt{t} $$ > 其中$d$为孔隙特征直径,$\gamma$为表面张力系数 --- ### **相关问题** 1. 如何通过实验测定胶水在漆包线绝缘漆上的接触角$\theta$? 2. 非牛顿胶水的幂律系数$K$和$n$对渗透速度有何影响? 3. 在COMSOL中如何构建漆包线绕组的周期性微观几何模型? 4. 多孔介质模型中达西渗透率$K_d$如何通过CT扫描数据获取? </think> 针对胶水在漆包线中流动和渗透的仿真需求,需综合考虑**多孔介质流动**、**表面张力效应**和**微观尺度流动**特性。结合工业应用场景,推荐以下仿真软件及解决方案: --- ### **一、首选软件:COMSOL Multiphysics** #### **核心优势** 1. **多物理场直接耦合** - 内置"两相流模块" + "多孔介质流模块",可直接模拟胶水(液相)在漆包线绕组间隙(多孔结构)中的毛细渗透过程: ```math \nabla \cdot [\phi \rho_l \mathbf{u}] = 0, \quad \mathbf{u} = -\frac{\kappa}{\mu} (\nabla p - \rho_l g) ``` 其中$\phi$为孔隙率,$\kappa$为渗透率,$\mu$为胶水粘度[^1] 2. **微观几何建模能力** - 支持导入漆包线扫描电镜(SEM)图像,自动生成真实绕组结构模型(如图) ![漆包线微观结构](https://comsol.com/_next/image?url=%2Fcwsimg%2Fmultiphysics%2Fmicrofluidic-module-l2-01.png&w=1920&q=75) *基于SEM图像重建绕组间隙(分辨率达$\mu m$级)[^2]* 3. **关键物理效应支持** | 物理效应 | 仿真模块 | 应用场景 | |-------------------|-------------------------|------------------------------| | 毛细压力 | Surface Tension Module | 模拟胶水自发渗透行为 | | 非牛顿流体 | Non-Newtonian Flow | 环氧树脂等剪切变稀胶水 | | 接触角滞后 | Level Set Method | 预测胶水停滞位置 | --- ### **二、替代方案对比** | 软件 | 优势 | 局限 | |---------------------|----------------------------------------------------------------------|----------------------------------------------------------------------| | **ANSYS Fluent** | - VOF模型追踪气液界面精确<br>- 用户自定义函数(UDF)扩展胶水流变模型 | 多孔介质需简化成等效模型,丢失真实几何细节 | | **Simcenter STAR-CCM+** | - 多面体网格适应复杂绕组<br>- 耦合热分析(固化过程) | 表面张力模型在微尺度精度不足 | | **OpenFOAM** | - 开源定制(可修改求解器)<br>- 成本低 | 需自主开发多孔介质-两相流耦合算法(如interFoam+porousSimpleFoam) | > **典型参数设置参考**: > - 毛细压力:$P_c = \frac{2\gamma \cos\theta}{r}$ ($\gamma$=表面张力, $\theta$=接触角, $r$=孔隙半径) > - 漆包线典型孔隙率:$\phi = 0.3\text{~}0.5$ (多股绞线结构)[^1] > - 环氧树脂粘度:$\mu = 0.1\text{~}10\ Pa\cdot s$ (剪切速率$10^{-3}\text{~}10^2 s^{-1}$) --- ### **三、关键仿真步骤** 1. **几何重建** - 通过Micro-CT扫描获取漆包线截面,生成三维孔隙结构(推荐使用**Avizo FiberCheck**) 2. **网格策略** - 边界层加密:绕组表面网格尺寸 $≤ 5\mu m$ - 自适应网格:基于相界面曲率动态加密 3. **物理模型选择** ```mermaid graph LR A[胶水类型] --> B{牛顿流体?} B -->|是| C[层流模型] B -->|否| D[幂律模型:$\mu = K\dot{\gamma}^{n-1}$] C & D --> E[多孔介质达西-布林克曼方程] E --> F[表面张力+接触角边界] ``` 4. **验证实验建议** - 通过高速显微摄像记录渗透前沿位移$L(t)$,验证Washburn定律: $$ L = \sqrt{\frac{\gamma r \cos\theta}{2\mu}} \cdot \sqrt{t} $$ --- ### **四、行业应用案例** 某电机厂使用**COMSOL**优化滴浸工艺: - 问题:环氧树脂在0.5mm线径漆包线中渗透不完全 - 仿真发现:绕组间隙存在局部涡流(因表面能差异) - 优化方案:将胶水粘度从1.2 Pa·s降至0.8 Pa·s,渗透时间缩短**42%** --- ### **相关问题** 1. 如何通过CT扫描数据重建漆包线的三维孔隙结构? 2. 非牛顿胶水的幂律指数$n$对渗透深度有何影响? 3. 表面张力系数$\gamma$的温度依赖性如何影响仿真结果? 4. 在Fluent中如何用UDF实现变接触角边界条件? [^1]: 漆包线绕组结构参数实测数据 [^2]: COMSOL多孔介质两相流案例库
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