磁场影响水溶液冰晶的试验及装置

为寻找生物组织低温无损保存的新方法,研究了磁场对KMnO4溶液冰晶形成的影响.建立了不同形式的磁场发生装置,包括旋转磁场、方波叠加正弦波磁场、50kHz磁场.为保证样品降温过程慢速均匀,运用虚拟仪器技术建立了温度测控系统.使用低温显微系统对磁场影响下样品冰晶的形态进行了记录.结果表明,低频旋转磁场对生物溶液冰晶的形成产生了影响,尤其50kHz交变磁场对溶液中冰晶的生长具有较为显著的抑制作用,说明在易于产生的低冷冻速率下,交变磁场对生物组织的低温无损保存研究具有重要意义,适合实际应用.     

冻结过程中肾细胞体积变化的实验研究与数值计算

以肾细胞为研究对象,采用低温显微系统研究了不同降温速率时细胞的脱水传质过程,观察了冻结过程中细胞体积的变化;同时,采用差示扫描量热仪(DSC)测定了肾细胞冻结过程中的放热量,通过理论模型计算出细胞冻结过程中的体积变化.由低温显微镜直接观察和DSC方法获得了相似的细胞体积和体积变化趋势.最后,针对不同的降温速率,根据细胞水分渗透模型计算出细胞膜水分的渗透系数和表观渗透活化能.这些参数的获得为优化细胞的保存条件提供了理论依据.     

冻融循环条件下重塑黄土水分迁移及其对力学性质影响

以西安地区黄土为研究对象,通过常规三轴剪切试验,研究了冻融循环对重塑黄土物理力学性质的影响。结果表明:试样冻融过程中水分不断向冰晶冰冻锋面迁移;即试样冻结过程中水分向试样表面迁移,融化之后水分向试样内部迁移;在此过程中试样结构性破坏,内部空隙增大,其剪切强度逐渐减小;故而试样含水率越大,冻融过程中水分迁移量越大,试样破坏越明显,其剪切强度降低越明显。     

相场法模拟冰晶生长的参数优化

水溶液冻结过程生成的冰晶是低温保存中造成细胞损伤的主要原因.研究如何降低冰晶形成和生长过程对细胞伤害的方法,是低温生物研究的重要课题.本文采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将体系视为水和溶质二元系统,研究了界面厚度尺度、各向异性强度和过冷度对结晶过程冰晶生长的影响.结果表明:界面厚度影响模拟结果,为了获得可靠的计算结果,界面厚度参数取值为3.00dx;各向异性系数大小对冰晶形貌有很大影响,取值越大,冰晶的二次分枝越发达,且尖端速度波动的幅值越大,各向异性系数取值范围0.010~0.025;过冷度明显影响冰晶的生长和形貌,过冷度大,冰晶生长速度加快,二次分枝发达,形貌变化较大,固相率也随之变大.参数优化结果为:界面厚度尺度等于3.00dx,各向异性系数等于0.023,过冷度等于20K的模拟结果与低温显微镜下观察到的冰晶生长形貌试验结果相吻合.     

Pilodyn和Resistograph对湿地松活立木基本密度的评估

木材基本密度是决定松类人工林木材质量的重要性状。Pilodyn和Resistograph检测方法均是活立木基本密度无损评估方法，建立基于两种方法的湿地松基本密度评估模型，对两种检测方法进行对比分析，为湿地松活立木基本密度估测和育种提供技术支撑。     

使植物免受霜害的药液

日本关西大学最近研制出能抑制造成植物霜害的冰核活性细菌繁殖和作用的药液。 通常植物细胞中的水分在-15℃时才能冻结,但感染上冰核活性细胞后,细菌分泌的蛋白质在-4℃时就会使植物细胞中的水分形成冰晶,植物因此受到霜害。     

木材无损检测技术研究历史、现状和展望

 无损检测是以不损害被检验对象的使用性能为前提,应用多种物理原理和化学现象,对材料进行有效检测。它具有检测时间短、方法简便、稳定性高、不破坏木材使用性能、适于连续化生产等特点,已经广泛应用于木材科学和工程领域。通过无损检测研究木材的力学性能,并对木材进行力学强度分等,不仅能了解不同无损检测在力学性能测试中的表现,还能在木材利用率、生产成本和生产效率上带来显著提升,具有重要的理论意义和经济价值。本文介绍了国内外常用木材无损检测技术的基本原理、特点和仪器设备,概述了发展历史和研究现状,从试验研究、仪器开发和实际应用3个方面展望了研究方向和工作重点。     

基于声学的木材无损检测技术研究进展

 声学的无损检测方法具有成本低、易于携带、无辐射、检测速度快等优点,在木材领域内广泛应用。阐述了基于声学的常见6种无损检测方法,包括冲击应力波法、超声波速法、共振法、声发射、声-超声和层析成像技术的基本原理,并对其特点进行了分析与比较。介绍了这些方法在木材工业中的应用,包括对木材的物理力学特性的评估、木材内部缺陷的检测。综述了提高检测精度的研究现状,分析了基于声学的木材无损检测研究中存在的困难。展望了木材无损检测设备在信号源、信号传输机理、信号分析与处理、便携性与实时性等方面的发展趋势。     

基于声学的木材无损检测技术研究进展

 声学的无损检测方法具有成本低、易于携带、无辐射、检测速度快等优点，在木材领域内广泛应用。阐述了基于声学的常见6种无损检测方法，包括冲击应力波法、超声波速法、共振法、声发射、声-超声和层析成像技术的基本原理，并对其特点进行了分析与比较。介绍了这些方法在木材工业中的应用，包括对木材的物理力学特性的评估、木材内部缺陷的检测。综述了提高检测精度的研究现状，分析了基于声学的木材无损检测研究中存在的困难。展望了木材无损检测设备在信号源、信号传输机理、信号分析与处理、便携性与实时性等方面的发展趋势。     

基于叶蒸腾作用的立木生理干燥效果

 利用活立木上树叶的蒸腾作用可以将树干中的水分排出。以新疆杨为试材,依据树叶蒸腾作用理论,采取切断试材水分来源的手段,定期取样,分析树干中不同部位含水率变化规律,探讨了活立木生理干燥的效果。研究结果表明：新疆杨进行边材切割和剥皮处理可以实施活立木的生理干燥,其边材最终含水率约达20%,心材含水率约达29%。     

环境温度对活立木内部含水率变化的影响

【目的】分析活立木内部含水率变化的影响因素,研究含水率在不同环境温度下的变化规律。【方法】在室外不同温度(-26Symbol～A@10 ℃)下采用时域反射计(time domain reflectometer, TDR)对落叶松和小叶杨两种活立木进行检测,获取树内温度和电磁波传播时间的连续变化值,据此推导出不同温度下活立木的含水率。在此基础上,分析了活立木内部电磁波传播时间和含水率的昼夜变化,以及较长时间周期内随温度变化的规律,确定了环境温度与含水率的定量关系,建立了两者之间的关系模型。【结果】在1个昼夜时间周期内,含水率和树内温度变化趋势基本一致,含水率变化略滞后一些,随昼夜平均温度的下降,含水率变化范围收窄; 在较长时间周期内,随日均树内温度的降低,活立木样本平均电磁波传播时间和含水率均呈下降趋势,落叶松电磁波传播时间变化曲线没有明显拐点,含水率变化曲线在-6.3 ℃之前变化率较大(14.75%/℃),之后趋于平稳(0.94%/℃),小叶杨与之变化相似; 树内温度和环境温度具有显著线性正相关性,二者线性模型拟合优度较高(R²=0.91),可以用环境温度预测树内温度; 树内温度与活立木含水率的关系分3个变化阶段,均呈线性关系,决定系数R2均高于0.71。【结论】低温环境下,以环境温度为研究点探究活立木内部电磁波传播时间和含水率变化是可行的,通过相关公式可以推导出活立木内部含水率。     

不连续分凝冰发育规律的研究

提出并推导土体在冻结过程中由于冻结速度和水分移速度的影响,造成不连续分凝冰有单薄冰层、双冰层和厚冰层３种发育模式,采用受控试验的反演分析验证了不连续分凝冰的发育模式,试验结果同时表明：在整个试验期间,分凝暖端的孔隙冰压力变化平稳;当单薄冰层和双冰层发育时,冰分凝温度和孔隙水压力波动较大,尤其是在双冰层生长时,冻结缘发育最充分,分凝暖端的温度和孔隙水压力降低幅度最大;在厚冰层形成后,由于冻结锋面推移     

冰蓄冷技术相关固液相变传热现象的研究进展

列举了与常规冰蓄冷技术相关的传热问题，综述了冰－水固液相变导热控制、导热对流耦合控制下圆管外和球内固液相变传热现象的研究进展情况，以及在冰－水固液相交换热实验研究中所采用的实验方法．     

超声辅助冷冻对湿面筋蛋白中可冻结水含量及冰晶粒度分布的影响

超声辅助食品冷冻过程是一种新的技术。本文通过对湿面筋蛋白中可冻结水含量及冰晶粒度分布的检测,研究超声辅助食品冷冻过程中冰结晶的热力学机制。用差示扫描量热仪测定了不同冷冻环境下湿面筋蛋白中可冻结水的含量,结果可见：超声辅助冷冻和液氮浸渍冷冻的湿面筋蛋白中可冻结水的含量比传统冷冻过程的高。用扫描电镜间接观察和分析了冷冻的湿面筋蛋白中冰晶的形状和粒度分布,表明适当的功率超声能加速湿面筋蛋白的冷冻过程;超声辅助和液氮浸渍冷冻的湿面筋蛋白中冰晶细小且分布均匀,可减少冷冻时对面筋蛋白网络结构的破坏。显示超声辅助冷冻是改善冷冻食品品质的实用技术。     

应力波在落叶松活立木中的传播规律

【目的】探究应力波在落叶松活立木中的传播形式和传播规律,为人工林材质预测评估提供理论基础。【方法】依据固体介质中的应力波传播理论和弹性力学理论,基于活立木的正交各向异性假定,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对应力波在活立木中传播的波阵面进行了模拟计算,并通过试验验证数值模拟方法的合理性。【结果】应力波传播波阵面在开始阶段为倾斜曲线(二维)或倾斜曲面(三维),且曲线和曲面都弯向脉冲力输入点,随着距离的增大,波阵面倾斜度逐渐减小,直至最后与活立木的长度方向近似垂直,即应力波在活立木中由三维膨胀波传播形式逐渐转向准平面波传播形式; 波阵面倾斜度的减小速度随着活立木直径的减小而加快; 传播距离对波速没有影响,波速总体上随着直径的增大而增加。最后,通过试验验证,证明了这种数值模拟研究应力波在活立木中传播规律的方法是可行的。【结论】通过数值模拟手段研究应力波在活立木中的传播规律以及直径和传播距离对波速的影响是合理可行的,直径和传播距离都会对应力波在活立木中的传播形式及规律造成影响,但二者对波速的影响不同。     

寒区隧道围岩水热耦合数值分析

寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用 COMSOL Multi-physics 软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0.82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0.74℃ 降低到-11.11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.     

The stability against freezing of an internal liquid-water ocean in Callisto

The discovery of the induced magnetic field of Callisto-one of Jupiter's moons-has been interpreted as evidence for a subsurface ocean, even though the presence of such an ocean is difficult to understand in the context of existing theoretical models. Tidal heating should not be significant for Callisto, and, in the absence of such heating, it is difficult to see how this internal ocean could have survived until today without freezing. Previous work indicated that an outer ice layer on the ocean would be unstable against solid-state convection, which once begun would lead to total freezing of liquid water in about 108 years. Here I show that when a methodology for more physically reasonable water ice viscosities (that is, stress-dependent non-newtonian viscosities, rather than the stress-independent newtonian viscosities considered previously) is adopted, the outer ice shell becomes stable against convection. This implies that a subsurface ocean could have survived up to the present, without the need for invoking antifreeze substances or other special conditions.     

基于有限元分析的新型立式蓄冰板结构的优化设计

在立式封装板蓄冰设备的优化研究中,冰板结构尺寸的确定是一个基础而重要的环节．通过建立二维立式蓄冰板的相变传热数学模型,运用有限元分析对蓄冷过程进行模拟,通过模拟不同结构立式蓄冰板内的温度场的变化情况来分析蓄冰板的蓄冷、释冷性能,从而确定蓄冰板的优化结构,得出蓄冰板的厚度对完全结冰所需蓄冷时间、平均蓄冷速率等的影响较大．为充分利用8h的波谷电价时间段,确定立式蓄冷板的最优结构为600mm×320mm×50mm．     

引黄入晋工程申同嘴水库冬季输水安全性分析

为给万家寨引黄入晋工程中中同嘴水库是否采取保温措施提供决策依据,针对水库水温的变化情况建立了基于冰屑形态的水体结冰时间计算模型和基于冰盖形态的出库水温计算模型,计算了水库水体的结冰时间和出库水温．结果表明：库水结冰时间取决于库水位和入库水温,其中库水位影响较大;在形成有效冰盖的状态下,不采取保温加盖措施也能保证冬季输水安全．     

Ice-free cryopreservation of mouse embryos at -196 degrees C by vitrification

The failure of complex mammalian organs, such as the kidney, to function following freezing to low temperatures is thought to be due largely to mechanical disruption of the intercellular architecture by the formation of extracellular ice. Classical approaches to the avoidance of ice formation through the imposition of ultra-rapid cooling and warming rates or by gradual depression of the equilibrium freezing point during cooling to -80 degrees C have not been adequate. An alternative approach relies on the ability of highly concentrated aqueous solutions of cryoprotective agents to supercool to very low temperatures. At sufficiently low temperatures, these solutions become so viscous that they solidify without the formation of ice, a process termed vitrification. When embryo suspensions are cryopreserved using conventional procedures, this supercooling behaviour allows intracellular vitrification, even in the presence of extracellular ice. We have therefore used mouse embryos to examine the feasibility of obtaining high survival following vitrification of both the intra- and extracellular solutions and report here that in properly controlled conditions embryos seem to survive in high proportions after cryopreservation in the absence of ice.