湍流作用下水力空化气泡内温度演变的动力学分析

以水为工作介质, 在综合考虑液体可压缩性、液体表面张力、液体黏性、气泡内外热交换及气泡内部存在水蒸气的情况下, 采用动力学方法对湍流压力场驱动下水力空化气泡内的温度演变及影响因素进行了研究. 分析了液体中空化热效应产生的原因及空化泡平衡半径、孔板水力空化反应器运行与结构参数等对空化泡溃灭温度的影响规律, 拟合得到了各影响参数与空化泡溃灭温度之间的显著函数关系式. 研究结果可为水力空化反应器的优化设计及水力空化技术的发展和应用提供理论指导与技术支撑.     

稳态声空化泡的高精度测量技术

根据稳态声空化泡的周期颤动特征, 提出了一种高精度测量气泡大小随时间演化过程的方法.这种方法运用了可数字移相的脉冲激光照明技术和长距离显微技术, 通过激光器、声光调制器、脉冲发生器和长距离显微镜等实验仪器来实现. 一系列不同相位的气泡图像直接显示了声空化泡半径的时间演化规律. 实验结果与Rayleigh-Plesset 气泡动力学模型很好地拟合, 同时还得到重要的模型参数——声空化泡的平衡半径.     

湍流作用下可压缩液体中空化泡的动力学特性

以水为工作介质, 在综合考虑了液体黏性、表面张力、液体压缩性以及湍流作用等因素的情况下, 对孔板水力空化反应器中空化泡动力学行为特性进行了详细数值研究. 详细分析了湍流作用、空化泡初始半径、孔板下游恢复压力、管道直径以及孔板直径与管道直径之比对空化泡运动特性及其所形成的压力脉冲的影响规律, 发现了一些新现象, 如空化泡半径二次生长现象. 研究结果可为水力空化反应器的优化设计以及水力空化技术的实际应用提供一定的理论指导与技术支撑.     

不同声压下酒精水溶液中的单泡声致发光

测量了不同浓度酒精水溶液中单泡声致发光随驱动超声声压大小变化关系曲线. 结果表明, 根据光强-声压(I-P_a)曲线的变化关系, 可以把酒精浓度分为3个区域. (1) 在较低浓度时, 随着酒精浓度的增加, 曲线往低声压方向移动, 驱动声压变化较大; 相同声压下, 单泡声致发光的发光强度随酒精浓度增加而增加. (2) 当酒精浓度稍高时, 驱动声压变化较小; 相同声压下, 单泡声致发光光强随酒精浓度的增加而降低. (3) 进一步增加酒精浓度, 光强随酒精浓度变化关系趋势在不同声压下的关系不同, 但I-P_a曲线的斜率随酒精浓度的增加而降低. 可以通过气泡动力学以及酒精的物理化学性质解释这些结果, 同时这些结果也有助于进一步了解单泡声致发光的发光机制.     

修正表面张力系数的包膜气泡动力学模型

基于包膜造影剂气泡的实际应用, 在传统的三层模型基础上提出了一个修正的动力学模型来描绘包膜气泡的动力学行为. 通过衔接三层模型中包膜的两个边界条件, 得到一个两层模型并简化了方程的结构. 为了使动力平衡更加准确, 在建立边界条件时考虑了包膜质量, 并将包膜层厚度与气泡半径的关系具体化. 更为重要的是, 我们对绝大多数文献中的表面张力系数不变的假设进行了修正, 认为其随半径变化呈非线性变化, 且通过数值计算对表面张力系数修正带来的变化进行了讨论. 此外, 我们应用本文模型对实验得到的Optison及Sonozoid微气泡的动力学曲线进行了拟合, 并与其他经典模型的拟合结果进行了比较, 结论证明了本文模型具有很好的适用性.     

声致发光中线状光谱的参数相关性

基于一系列声致发光光谱的测量, 研究了单泡声致发光和多泡声致发光的线状光谱的参数相关性, 探索声致发光中线状光谱的一般变化规律. 实验发现, 单泡声致发光的OH*谱线、Na谱线以及稀有气体谱线等的相对强度均与声场的驱动声压以及溶液中的稀有气体含量相关. 驱动声压越小, 溶液中的稀有气体含量越高, 线状光谱在总光谱中所占比例就越大. 多泡声致发光中的线状光谱的参数相关性与单泡声致发光中的相同. 声致发光中出现线状光谱可能是泡内温度较低的体现. 单泡和多泡声致发光的光谱具有相同的特征, 以往实验中所表现出来的区别可能来自于两者泡内温度的不同.     

气液两相系统非平衡相变过程的定压比热研究

以空气-水蒸气-水组成的两相流混合物为例, 应用两相流及热物理理论, 推导了有相变的两相流系统非平衡过程的定压比热计算式, 并应用相应的数值模型进行计算, 同时与平衡相变过程的结果进行了比较. 计算结果表明, 在蒸发过程中, 初始的流场温度越高, 颗粒半径越小, 质量分数越大, 定压比热变化得越快. 比较平衡过程的定压比热, 在每一时刻, 平衡过程的值要高于非平衡过程.     

汽液两相系统非平衡相变过程的定压比热研究

以空气-水蒸气-水组成的两相流混合物为例,应用两相流及热物理理论,推导了有相变的两相流系统非平衡过程的定压比热计算式,并应用相应的数值模型进行计算,同时与平衡相变过程的结果进行了比较.计算结果表明,在蒸发过程中,初始的流场温度越高,颗粒半径越小,质量分数越大,定压比热变化得越快.比较平衡过程的定压比热,在每一时刻,平衡过程的值要高于非平衡过程.     

植物膜蛋白的囊泡转运及调控机制的研究进展

膜蛋白的囊泡转运对维持植物的生长发育、细胞内外的物质交换、细胞识别、免疫应答、信号转导等生物学过程具有重要的生理学意义.近年来,随着超分辨显微技术和蛋白标记方法的更新和进步,对膜蛋白转运相关机制的研究也取得了很大进展.尽管当前对囊泡转运机制的研究手段或技术方法有很多,但关于膜蛋白囊泡转运途径及其研究技术方法缺少系统的总结.本综述首先介绍了膜蛋白囊泡转运所涉及的相关细胞器,全面总结了植物膜蛋白的不同囊泡转运途径,并在此基础上,系统概括了研究植物囊泡转运所使用的化学方法和突变体;最后,展望了植物膜蛋白囊泡转运途径中的研究前景,以期为了解和阐明植物体如何感知及适应环境的调控机制提供一定的思路和见解.     

氯化钠水溶液中多泡声致发光光谱的实验研究

实验研究了不同浓度、不同氪气含量氯化钠水溶液中的多泡声致发光光谱, 对其连续谱背景上出现的310 nm处的氢氧根离子光谱和589 nm处的钠原子光谱进行重点观察与比较. 发现在相同实验条件下, 钠原子光谱强度明显高于氢氧根离子光谱强度, 并且其对实验条件的改变更加敏感. 而氪气含量、氯化钠水溶液浓度及驱动声压也在一定范围内对光谱强度有较明显的影响.     

植物气孔计算生物学模型及其应用

气孔作为植物与外界进行碳、水交换的重要器官,将光合作用所需要的二氧化碳导入植物体内,并且通过蒸腾作用将水分散失到大气中.因此,深入了解气孔行为、有效调控气孔开度,对于提高植物的光合作用和水分利用效率具有深远的意义.气孔运动是由离子的运输、积累和释放所驱动的保卫细胞体积变化所引起的.然而,复杂的离子交换机制阻碍了人们对气孔运作机制的深入了解.定量系统的计算生物学分析方法为探索微观离子运输与宏观气孔生理活动之间的联系提供了一种有效的研究手段.通过系统整合保卫细胞离子运输、信号传导和离子稳态平衡等相关信息建立定量动态保卫细胞模型,可以为研究者在细胞和分子层面上对保卫细胞离子运输和气孔行为的研究工作提供有效的指导.本文通过回顾气孔建模工作的发展历程和研究现状,比较了传统经验、半经验的气孔模型和新式计算生物学模型,提出进一步发展气孔计算生物学促进计算生物学在我国农业领域的发展.     

离子边界半径的理论研究

在原子边界半径模型基础上 ,并利用MELD从头计算程序 ,对离子的边界半径做了进一步的研究 ,给出了前四周期一价正、负离子的边界半径 .这些离子边界半径与ShannonandPrewitt半径和Pauling离子半径有相当好的关联 ,显示了其合理性和可应用性 .     

离子边界半径的理论研究

在原子边界半径模型基础上 ,并利用MELD从头计算程序 ,对离子的边界半径做了进一步的研究 ,给出了前四周期一价正、负离子的边界半径 .这些离子边界半径与ShannonandPrewitt半径和Pauling离子半径有相当好的关联 ,显示了其合理性和可应用性.     

重大工程建设与生态系统变化交互作用

以重大工程建设与生态系统变化间的交互作用为主要科学问题,基于DPSIR框架模式,从驱动、压力、状态、影响、响应等层面分析了工程建设与生态系统变化间交换作用的内部链接,构建了重大工程建设与生态系统变化交互作用模型,并提出了交互作用指数II(驱动响应指数IIDR、驱动影响指数IIDI、影响响应指数IIIR、影响作用指数IIII)以及相应的计算模型、情景分析模式和交互作用指标体系.通过采用不同的交互作用指数来反映重大工程建设驱动对生态系统的影响以及产生的响应;以西南纵向岭谷区澜沧江干流漫湾水电站建设以及纵向岭谷区公路交通网络建设为例进行了重大工程建设与生态系统变化交互作用模型验证分析.经过分析,漫湾电站建设中的驱动响应指数为3.67,驱动影响指数IIDI为3.92,影响响应指数IIIR为14.35,影响作用指数IIII为0.35;漫湾电站建设与生态系统变化交互作用体内部要素变异性不大,电站建设对生态环境影响有利于整体区域环境与经济的可持续发展,但此结果是基于不考虑漫湾电站建设中的环境成本、影响的扩散效应以及潜在负面影响和潜在响应的前提;由案例应用研究可知,本文构建的交互作用模型在交互作用体构建以及量化方面具有很好的实际应用价值.     

量子格点系统的平衡时间尺度

平衡时间尺度问题是理解量子系统平衡化过程的一个重要的问题,此问题尚无一个广泛适用而又准确的解答.本文研究了量子格点系统的局域平衡时间尺度问题,通过平衡与纠缠熵的关系,给出一种新的平衡的判据,相对其他判据, Rényi熵的计算更简单,能与信息的传播相联系.对平衡时间上界,我们沿用观测上时间平均平衡这个判据.由于这个判据与观测对应,因此定义准确,但计算比较复杂.通过适当地假设系统的初始状态,我们给出了一个新的结果.由于对系统哈密顿量没有限制,此结果适用范围很广.此结果给出的平衡时间与具体观测相关,正比于能隙坐标下观测算符与初始密度矩阵乘积分布的二阶Rényi熵.当观测限于一个小区域时,平衡时间上界可被限制得很小.对于平衡时间下界,通过计算短程相互作用、指数衰减相互作用、长程相互作用系统的局域二阶Rényi熵变化率,我们给出了这些系统平衡时间新的下界.本文得到的平衡时间上下界对于理解量子系统平衡化具有重要意义.     

Stockmayer流体气液相图的计算机模拟

提出粒子交换分子动力学模拟方法(particle exchange molecular dynamics, PEMD), 可以用来得到各种流体气液平衡相图. PEMD中有两个相互耦合的模拟箱, 具有恒定总粒子数、总体积, 粒子在两个模拟箱的转移由两箱粒子化学势之差驱动. 最终两个模拟箱拥有相同压强、温度及粒子化学势, 从而实现热力学平衡. 进而利用PEMD研究了极性Stockmayer流体的气液相平衡. 讨论了极性变化对相图的影响, 预测了临界点. 与Gibbs Ensemble Monte Carlo结果相比较, 发现两者符合得很好.     

金属液体射流变形的光滑粒子流体动力学模拟

采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)模拟液体射流与刚性表面的碰撞, 建立了半径为0.24 cm, 高为0.75 cm的圆柱形铝液滴以100 m/s的速度与刚性表面发生碰撞的SPH计算模型. 在计算中借助Voronoi多边形分配粒子的初始质量, 并考虑了大变形过程中随着粒子相互间距离的变化而采用可变光滑半径. 根据计算结果分析了碰撞过程中圆柱形液滴沿轴向的压力波形演化特征, 并给出了不同时刻金属液体射流的变形情况. 通过粒子速度随时间的变化曲线, 观察到液体在碰撞后首先进入一个稳定流动的过程, 此稳定流动的过程相对较短, 随后流动开始发生混乱.     

水声共形阵障板影响和阵元互耦计算及发射波束优化

基于边界元理论并结合优化方法, 提出了计算水声发射换能器共形阵驱动电压加权向量的新方法, 该方法可以控制发射波束的旁瓣并获得良好的发射性能. 首先, 由边界元方程推导出在阻抗边界障板条件下换能器阵的振速与辐射声场之间的关系式; 然后, 计算出换能器阵的互阻抗矩阵, 并根据换能器等效电路原理给出了换能器阵的驱动电压与其振速之间的关系式；最后结合优化方法计算出换能器阵驱动电压的加权向量来获得低旁瓣的发射波束. 对14元共形阵进行了仿真计算, 并在消声水池中进行了实验验证. 仿真计算及实验结果表明, 本文方法可以充分考虑换能器阵障板影响和阵元间的相互作用, 不仅使基阵获得低旁瓣的发射波束, 而且使得驱动电压的最大幅值一定时, 换能器阵轴向上的辐射声压达到最大.     

Gamow宇宙学中的大质量中微子晕的形成

在文献[1]中我们已经指出,有静质量中微子的存在意味着有可能存在一种质量非常大的中微子自引力体系,它依靠中微子的费米压力而达到平衡。在这一处理中,我们假计中微子处于简并态,对一些特定的平衡组态计算了它的费米温度。这些自引力体系的参数,包括它的质量M以及半径R等,都是中微子静质量m_v的函数。如果m_v～10eV,则R大体相当于我们的星系的半径,而其质量M则可高达M_(crit),其值约为我们的星系中的所有可见质量M_(vis)的11~4倍。这种平衡组态的质量及半径都随m_v~(-2)而变化。     

方兴未艾的超声空化技术应用

超声波与声波一样,是物质介质中的一种弹性机械波,其频率范围为2×104Hz～109Hz.超声波在物质介质中可形成介质粒子的机械振动.当超声波能量足够高时,就会产生超声空化现象:液体中的微气泡在声场作用下发生一系列动力学过程,压力波的作用使流体中分子的平均距离随着分子的振动而变化,在超声波纵向传播形成的负压区微气泡产生、生长,而在正压区又迅速崩溃、闭合.理论和实验已证实,空化过程可以把声场能量集中(聚焦)起来,伴随空化泡崩溃瞬间,在空化泡周围的极小空间内产生异乎寻常的高温(＞5000K℃)、高压(＞5×107Pa)、强冲击波和射流等极端物理条件,其能量效应和机械效应会引起特殊的物理和化学效果.