超声空化场分布的动力学机理研究

超声技术在机械制造中获得了广泛的应用,其应用与声场分布有着密切的关系,精细准确地描述声场分布则是超声技术更广泛地投入实际应用中的关键。该文基于声波叠加原理和牛顿第二定律,分析了染色法生成声像图的物理原因。结果表明,在声场力的作用下,声场中的亚甲基蓝悬浮粒子总是背离声压波节(力的波腹)而向其波腹(力的波节)聚集。在声压波腹附近,超声空化效应导致原本光洁的铜版纸面变得粗糙,使得汇聚到声压波腹附近的悬浮粒子易于附着在纸面;而在声压波节附近,悬浮粒子几乎不会附着在纸面。因而铜版纸被染色的程度呈现出的"声像"形象地反映了声场强弱的分布。     

超声场中空化泡对悬浮粒子微流的影响

对无界黏性液体中刚性粒子和空化泡间的相互作用进行理论分析,得到了悬浮粒子周围的微流分布。数值结果表明:空化泡和刚性粒子间的相互作用可以影响声流速度的大小和方向,尤其是悬浮粒子周围声流速度的切线分量。当θ1(以悬浮粒子中心为原点建立的球坐标系中的分量)从0到π变化时,悬浮粒子微流切向速度大小在θ1=π/2时趋于0;悬浮粒子周围声流速度的大小和方向与其处在介质中的相对位置密切相关。空化泡半径增大时,悬浮粒子周围微流速度增大,但是当空化泡和悬浮粒子间距离增加时,悬浮粒子周围声流速度变小。     

双凹面聚焦超声波场中悬浮粒子操控原理与实验仿真

为提高聚焦超声波场的悬浮能力以及拓宽悬浮粒子的移动区域, 研究了超声波场中声压大小的计算公式以及凹球面阵列中阵元的延迟时间与聚焦点位置的关系式, 并运用COMSOL多物理场软件进行仿真验证. 通过搭建双凹球面超声波阵列悬浮装置, 控制发射极信号相位实现了悬浮粒子在竖直方向上的移动, 实验中粒子的运动轨迹与仿真结果有较好的一致性. 结果表明:双凹球面超声波阵列声场声压更强、聚焦性更好, 且可通过对阵元相位信号的控制实现悬浮粒子在二维平面的移动.     

细微颗粒在行波和驻波声场中运动特性数值实验

采用数值实验方法对平面行波和驻波声场中悬浮细粒子的受力和运动特性进行了研究.通过对声场中细粒子(PM2.5)受力计算和跟踪声场中不同位置细粒子的运动轨迹,发现行波和驻波声场均能够使气体中的悬浮细微颗粒发生运动并产生汇聚.2种声场所引起的细粒子运动特性存在较大差别,行波声场可使气体中原来静止的悬浮细粒子发生顺声波而下、逆声波而上以及原处振动等运动方式,而驻波声场只能使波节点以外的细粒子发生振动.     

部分外露悬浮管桩水平动力阻抗分析

将部分外露悬浮管桩下面对应的土体视为虚土管桩,利用Winker弹簧-阻尼器模型来刻画桩周土、桩芯土与管桩的动力相互作用关系,建立了部分外露悬浮管桩的水平振动模型.通过求解桩周土和桩芯土层水平振动,得到了桩周土和桩芯土对部分外露悬浮管桩的水平作用;运用初始参数法和传递矩阵法,得到了部分外露悬浮管桩的水平动力阻抗.数值分析结果表明:管桩下土层厚度较小时,桩端边界条件对部分外露悬浮管桩水平动力阻抗的影响不大;外露部分的桩长影响水平动力阻抗实部和虚部随频率的变化规律;管桩内半径即管桩壁厚和管桩与土体剪切模量比对管桩水平动力阻抗的影响较大,且在低频时的影响规律与频率有关.     

微米级浓悬浮体系中粒子的沉降稳定性及其表征方法

以具有机电耦合效应的磁性粒子浓悬浮溶液体系为例,讨论微米级粒子在悬浮体系中的沉降稳定性及其表征方法。实验结果表明,在微米级磁性粒子浓悬浮体系中加入一定量纳米粒子,不但能增强其磁流变效应,而且使微米粒子的沉降稳定性显著增加。后者类似结果也适用于具有电流变效应的其它浓悬浮溶体系。     

浸没式喷水推进器水动力噪声的数值预报

为掌握浸没式喷水推进器水动力噪声的基本特征，基于点源模型和边界元方法探索该型推进器噪声的数值预报方法，并分析导管内壁面脉动压力特点以及导管对叶轮声场的屏蔽效应。结果表明：浸没式喷水推进器由于存在叶轮和导叶的相互作用，使得在导管内壁面存在较强的径向力脉动，导致静止部件声场在径向方向贡献最大；导管对旋转叶轮声场在较大范围内均存在一定的屏蔽效果，在径向方向最为显著；导管屏蔽效应导致推进器声场指向性与螺旋桨声场指向性存在较大差异。     

空气中悬浮金属微粒子的燃烧特性

为了揭示悬浮于空气中的金属微粒子的燃烧特性,基于金属的燃烧热、升温及相变过程的热焓,定义用以预测金属燃烧反应相态的两个比例系数Rmp和Rbp,并对一些常用金属的燃烧相态进行了分析预测.另一方面,利用装有光学扩大装置的高速摄像仪对典型金属的铝粒子和铁粒子悬浮在空气中的燃烧现象行进行实验研究,同时用扫描电镜对它们燃烧前后粒子的形态和粒径进行观察分析.实验结果表明：熔点及沸点不同的轻、重金属粒子在空气中的燃烧特性绝然不同,由实验验证得到的铁和铝微粒子的燃烧反应相态与理论预测结果一致.     

90°弯管的流场中涡相互作用对声场的影响

运用Fluent软件中的大涡模型对90°弯管中的非定常湍流场进行了数值模拟,在流场计算的基础之上,采用FW-H方程研究声场行为,得到5个不同截面的声压随时间变化关系图.从模拟结果可知,流场在一定的外界条件下会产生二次涡,这些涡与涡之间的相互融合或分裂产生了一定的声压.进一步给出5个不同截面流场和声场的变化情况,以及不同时刻涡和涡之间的相互作用对声场的影响.针对流场的5个特定区域,在其截面上选取5个监测点,利用FW-H方程进行计算,结果发现声场中声压随时间的增加先达到极大值后迅速趋于平稳.     

天然水中重金属化学形态的研究

阐述了研究天然水中重金属化学形态的重要意义和研究化学形态的两种方法．介绍了溶解态金属、颗粒态金属的分析手段及微量元素与悬浮粒子相互作用的三种理论及应用。     

咪唑类离子液体在金纳米粒子表面结构性质的模拟研究

采用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟方法,研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF₄])离子液体在不同尺寸的金纳米粒子表面的结构性质.计算结果在分子水平上揭示了咪唑类离子液体在Au纳米粒子表面的结构特征与纳米粒子尺寸密切相关.通过分析,发现阳离子中的烷基侧链在小尺寸Au₁₃纳米粒子表面聚集的最多,然而阳离子中的咪唑环则在大尺寸Au₃₀₉纳米粒子表面聚集的最多.同时,取向分布也表明阳离子中的咪唑环倾向于分布在大尺寸Au₃₀₉纳米粒子周围而不是小尺寸Au₁₃纳米粒子.进一步的能量分析表明,阳离子中的烷基侧链与小尺寸的Au₁₃纳米粒子相互作用能要强于阳离子中的咪唑环,而Au₃₀₉纳米粒子则与咪唑环的相互作用能最强.此外,无论是对于小尺寸的Au₁₃纳米粒子还是大尺寸的Au₃₀₉纳米粒子,阴离子的相互作用能都是最小的.这预示着阴离子对于Au纳米粒子表面结构性质是典型的间接作用.     

标量粒子在中性介子混合中的效应

中性粒子混合提供了寻找超出粒子物理标准模型的新物理的理想场所. 讨论一种包含很重的标量粒子的新物理模型. 标量粒子与标准模型的夸克相互作用,可导致味道改变的中性流过程,从而产生中性粒子之间的震荡. 讨论了标量粒子在中性介子混合中的效应,根据实验数据对于新模型中的参数,如标量粒子的质量和耦合常数给出了限制.     

电流变液中悬浮粒子形状对其性质的影响

采用近邻相互作用近似方法 ,计算了悬浮于液相中旋转椭球颗粒在外场下形成的不同结构的电偶极矩相互作用能 .发现相互作用能随c/a(c、a分别为椭球长、短半轴 )变化而变化 .这一现象显示悬浮颗粒的形状对电流变液的相互作用能有很大影响 .     

洁净室（区）中悬浮粒子检测结果不确定度评定

目的:评定尘埃粒子计数器测量洁净室中悬浮粒子结果的不确定度.方法:建立测量过程中的数学模型,对过程中的误差进行辨别,分析测量过程中的不确定度.结果:粒径≥0.5μm的粒子其测定结果的相对扩展不确定度为0.4799;粒径≥5μm的粒子其测定结果的相对扩展不确定度为0.4804.     

悬浮粒子浓度实验室检测能力的E_n值评价

为了客观评价药品检验机构洁净室悬浮粒子浓度的检测能力,选择了三家药检机构进行比对分析.将这三家药检机构常用的悬浮粒子检测仪器集中于同一采样点,由同一测试人员操作,在《医药工业洁净室(区)悬浮粒子的测试方法》规定的条件下进行检测,并统计三台仪器的检测结果.计算各仪器测量的标准不确定度,并采用比值率E_n值对三台仪器的测量结果进行评价.结果显示,参加比对的三家药品检验实验室悬浮粒子浓度测量结果的E_n均小于1(越接近0越好),表明该三家实验室的检测结果均准确可靠,检测能力令人满意.     

悬浮聚合制备非球形聚苯乙烯/蒙脱土复合粒子

以一种片层状的有机蒙脱土作为改性剂,通过悬浮聚合法制备了毫米级的非球形聚苯乙烯粒子.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析了蒙脱土的片层状结构,通过X射线能谱(EDS)和SEM表征了蒙脱土在聚苯乙烯粒子中的分布情况.考察了悬浮聚合中不同的蒙脱土含量、油水比及分散剂含量对产物粒子形态的影响,并分析了非球形粒子的形成机理.结果表明:随着蒙脱土含量的增加,产物粒子由椭球形向梭形转变;随着油水比的增大,产物由梭形变为盘状;当分散剂含量提高到一定值时,产物将由非球形向球形转变.     

建筑通风空调管道中悬浮微生物的实测与分析

为了解悬浮微生物在通风管道中的分布特性,先后于2003年夏、冬季对长沙市某一综合性大楼展开了实测调查.采用了空气微生物检测仪(JWL-IIB200)对通风空调系统管道内悬浮微生物进行采样,并在实验室进行培养分析;采用了尘埃粒子计数器(MetOneA2400)等仪器对可能影响悬浮微生物的因素进行测试和分析.实测结果表明,通风空调管道中悬浮微生物的污染分布同管道的位置以及管道中的温度、湿度、风速等环境参数紧密相关.将管道内悬浮微生物的污染物分布特点与相同测点的总悬浮颗粒物浓度、颗粒物的沉积量、环境温湿度等参数相对比,均反映出一定的相关性.     

激光光梯度力消除雾霾的实验研究

利用激光光梯度力破坏雾霾粒子的力平衡体系从而加速雾霾沉降的新机理,搭建了模拟动态雾霾的实验舱。通过向悬浮的雾霾粒子辐射激光的方式验证了激光消除雾霾的可行性。大气中的雾霾粒子由于受到曳引阻力、范德瓦尔斯斥力、旋转升力等的作用,处于稳定的网状力平衡状态。激光与雾霾粒子的相互作用过程即为利用激光光梯度力俘获电介质粒子的过程。当激光产生的光梯度力打破雾霾粒子所处的平衡状态时,激光对雾霾粒子的捕获能力大于大气的悬浮能力,雾霾粒子便会脱离原有的力平衡体系而坠落。实验数据表明,功率为2.6mW的氦氖激光器产生的光梯度力足以打破直径分别为0.3、0.5和1.0μm的雾霾粒子原有的力平衡体系。激光开启时,实验舱内粒子浓度急剧衰减,衰减速率明显高于粒子的自然衰减速率,成功达到了加速粒子沉降的目的。实验结果还表明,烟雾粒子粒径越大沉降的效果越明显。这种治理雾霾的新机理对净化大气、消除工厂粉尘以及对人们的健康生活、经济持续发展等具有重要意义。     

海洋动力要素耦合作用对悬浮物质输移的影响

利用近岸海洋动力要素耦合作用的数学模型提供的水动力条件,对悬浮物质输移扩散规律进行了数值模拟,并与在单纯潮汐风暴潮条件下的悬浮物质输移扩散规律进行了比较.数值模拟结果表明,考虑波浪和潮汐耦合作用的海洋动力参数与实测资料更加吻合,从物理机制上看也更加合理;考虑近岸海洋动力要素耦合作用的悬浮物质输移扩散规律明显不同于单纯潮汐风暴潮情况下的悬浮物质输移扩散规律.因此,在考虑悬浮物质输移扩散时,不应只考虑潮流,必须考虑近岸海洋动力要素的耦合作用.     

低温等离子体表面改性掺锶羟基磷灰石的研究

为提高自制的纳米掺锶羟基磷灰石(Sr-HAP)粒子的分散性和蛋白吸附能力,采用低温等离子体表面改性接枝技术,在Sr-HAP粒子表面接枝了丙烯酸(AAc),并对接枝了丙烯酸的纳米粒子Sr-HAP-AAc进行了傅里叶变换红外光谱、热重分析和悬浮稳定性的表征研究.结果发现:SrHAP-AAc在水溶液中的分散性增强和稳定性变好,并且对目标蛋白的吸附量明显增大.