HIFU焦域的温度分布模拟及其疗效分析

高强度聚焦超声(HIFU)是一种非侵入性、对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的肿瘤治疗手段,对其治疗过程中的疗效以及肿瘤周围正常组织破坏情况的监测是实现HIFU治疗剂量精准控制的关键.本文首先从HIFU局部组织加热出发,建立了HIFU治疗系统模型,利用有限元数值模拟了HIFU焦域的声场以及温度场分布,并研究了换能器参数、超声功率、治疗时间对焦域温度分布的影响.结果表明,随着治疗时间的增长,焦点温度上升,逐渐形成椭球状的焦域;在达到治疗疗效时,即焦域径向±0.4 mm椭球范围内的组织温度达到了343 K(70℃)时,随着换能器结构系数(半径/焦距)的减小,所需要的治疗时间增长,所形成的焦域不断扩大,其轴向宽度与径向宽度比值增大,焦域变得细长,焦点处的温度逐渐降低.本研究对已知结构系数的聚焦换能器的焦域温度场仿真,可以为HIFU治疗中的温度估计和监控提供新方法,也可为疗效评估和剂量控制提供新技术.     

Bjerknes力对微气泡运动特性的影响

以水为工作介质,利用气泡的控制方程,模拟微气泡在驻波声场中运动特性,分析了Bjerknes力对气泡运动轨迹的影响.结果表明:不同声压下,同一位置或相同声压不同位置的气泡所受到的Bjerknes力的系数相差几个数量级,气泡在向声压波腹区域移动过程中,所受的主Bjerknes力先增大后减小,而次Bjerknes力一直增大,它们的作用使气泡在声轴周围形成一个圆环,声压越大,圆环越大.     

超声热疗中媒质特性对声聚焦的影响

以凹球面自聚焦超声换能器为例,用瑞利积分进行数值模拟计算,研究声衰减、声速、温度等参数对声聚焦的影响,并对不同生物组织中声聚焦的特点进行了比较.研究表明,不同的媒质的特性参数聚焦表现出不同的特点.声衰减系数增大,则焦斑向声源靠近且焦斑缩短;声速越大,则焦距越小,但焦域最大声压值升高,焦斑的面积增大;温度变化不大时,对声聚焦的影响不明显.     

超声空化气泡运动方程的求解及过程模拟

考虑液相的动力粘度、表面张力和溶剂的蒸气压对空化泡运动特性的影响,建立了超声作用于均相液体中空化泡运动的动力学模型,并用MATLAB工具对建立的普遍化的模型方程进行了数值求解和过程模拟.探讨了超声在水介质中传播时超声的频率、功率和空化泡的初始平衡半径对空化泡运动规律的影响以及声压幅值和液相主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响,为超声的空化效应在化工过程中的研究和应用提供了基础理论依据.     

弯曲振动超声换能器的振动特性及辐射声场研究

对弯曲振动气介式超声换能器的振动特性及辐射声场进行了研究.该换能器由中心激励的弯曲振动圆盘及纵向振动夹心式压电陶瓷换能器组成.对圆板的轴对称弯曲振动进行了分析,得出了边界简支薄圆板的共振频率方程,推出了夹心式换能器与弯曲圆盘复合振子的机电等效电路及总体频率方程,并求出了其辐射远场声压分布指向性的解析表达式及换能器辐射近场的三维声压分布.结果表明,弯曲圆盘换能器的近场声压分布同样具有指向性,且主要分布在与换能器横向尺寸相同的空间内.对于弯曲振动圆板不同振动模式,等效电路参数及声场分布和指向性不同.     

一种扭转振动复合换能器等效电路的研究

目的对一种扭转振动复合超声换能器进行研究。方法仿真建模,有限元分析法。结论建立了此换能器机电类比等效电路模型,推导了此换能器的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式;分析了换能器的共振频率与其几何尺寸之间的关系,对该换能器的扭转振动模态进行了分析。结果换能器的共振频率在其他尺寸不变时随着外环金属薄圆环的半径增大而降低,随着内环金属薄圆环的内半径减小而降低。     

两种立方体构型的微泡超声造影剂的温度场

通过计算黏性耗散产生的能量, 研究了磷脂薄膜超声造影剂在外界声压激励下, 单一微泡在血液环境内的温度场. 结合实验观测, 构造了以一个红细胞为中心, 8 个微泡为顶点的正立方体模型, 计算了微泡引起的中心温度的增量. 对于微泡浓度较高或出现微泡团黏滞在组织机体表面上的情况, 提出了密排面心立方体模型, 计算了微泡团对矩形区域产生的温度场, 得到了在此范围内的最高温度. 最后对所提出模型的安全性进行分析, 证明了其可行性和有效性.     

非线性超声场中医用微泡的空化预测研究

以两种常见医用微泡的实验材料为计算参数,利用修正的Rayleigh-Plesset方程,对粘滞流体中不同半径的医用微泡在非线性超声波驱动下的空化行为进行了数值仿真.结果表明:一定驱动声频下,声压越大,医用微泡的空化概率越大,且向半径减小的方向移动,其空化概率受微泡材料参数影响也较大;同时,声作用周期个数越多,空化概率越大.当声作用周期个数增到一定数量时,其空化概率达到饱和.     

基于CAM模型的紫外光老化后沥青胶浆黏弹性参数演化研究

高原地区沥青路面易受紫外光影响,沥青胶浆是决定抗老化性能关键因素.利用室内紫外光环境箱开展沥青胶浆老化试验,运用动态剪切流变仪进行不同辐照时间下沥青胶浆温度(频率)扫描试验,结合CAM模型建立老化后沥青胶浆复数剪切模量主曲线,分析辐照时间对其黏弹性参数影响.研究表明：随辐照时间延长,胶浆复数剪切模量逐渐增大,相位角逐渐减小,两者趋于稳定;CAM模型可拟合不同辐照时间下沥青胶浆复数剪切模量数据,相关系数达0.99以上;当频率f逐渐减小时,平衡剪切模量G_e^*逐渐增大,胶浆抗高温变形性能增强;当频率f逐渐增大时,玻璃态复数剪切模量G_g^*逐渐减小,低温抗变形性能降低,敏感性参数R_G逐渐降低,紫外光老化提升胶浆频率敏感性.     

超声声场中气泡的锥状聚集现象

从非线性KZK（khokhlov—zabolotskaya-kuznetsov）方程出发，利用分离变量法，得到了换能器的声场分布表达式和声场分布图．结果表明，当轴向距离大于瑞利距离时，声压随距离增加逐渐减小到某一极限值，近似为平面波．声场中气泡锥状聚集主要发生区域是声压较大且呈现梯度的区域，气泡脉动影响声场分布，气泡间的Bjerknes力作用对气泡在高声压区的分布有调节作用，从而可引起声场出现锥状气泡结构现象．     

稠油蒸汽泡沫共混体系的流变性能研究

为了进一步加强对稠油蒸汽泡沫驱油过程中流体力学性能的认识,在油藏压力7.60 MPa下,利用高温高压流变仪测得了不同条件下稠油蒸汽泡沫共混体系的流变曲线.实验结果表明:稠油蒸汽泡沫驱油体系均为假塑性流体,其流变方程能很好地关联幂律模型;随蒸汽相饱和度和泡沫剂浓度升高,体系表观黏度增大;随蒸汽干度和温度升高,体系表观黏度降低;在低剪切速率时,表观黏度和温度关系满足Arrhenius方程,随着剪切速率增大,表观黏度和温度关系逐渐偏离Arrhenius方程;黏流活化能的绝对值随剪切速率增大而降低,在低剪切速率时,表观黏度对于温度变化更敏感.     

注射成型的计算机数值模拟中参数S的探讨

在注射成型的数值模拟中,流导S是一个在压力场和温度场求解过程中耦合压力方程和能量方程的关键参数,基于材料非弹性、非牛顿、非等温的流动充填机理及边界条件,建立了温度、剪切速率、粘度、流导S的数学模型,并采用了外推法和非流温度法计算流导,研究结果表明：流导S与压力的相关性决定了压力代数方程的线性性;S是模腔半厚度h的增函数;非流温度法减少了外推法过度外推引起的误差。     

考虑黏度变化的球塞副稳态工况泄漏特性研究

建立球塞副偏心稳态运动的双边楔形缝隙流场数学模型,应用数值方法联合迭代求解雷诺方程和能量方程,利用求解出的压力场和温度场相互修正. 在此基础上得到压差-剪切流动造成的黏度变化并运用于泄漏量特性计算. 基于此得到球塞副在不同入口压力、不同工作转速、不同滑转率下的泄漏特性,并对压差和剪切导致的泄漏进行了区别分析. 结果表明入口压力直接影响泄漏量,黏度变化导致泄漏量变化速率增加;运动引起的剪切产热导致泄漏增大,但在高压条件下所占比例减小;试验结果验证了计算结论,说明变黏度泄漏计算模型的准确性.      

微尺度下压力对聚丙烯剪切黏度影响研究

利用高精度RH10毛细管流变仪开展微尺度下聚丙烯（PP）流变实验研究。选用内径分别为0.25、0.5、1.0 mm的口模,研究剪切速率3×10²~5×10³ s^-1范围内,温度为210、220、230℃时PP黏度变化。结果表明：在相同的剪切速率与温度下,相比于1.0 mm口模中PP熔体黏度,0.25、0.5 mm口模中PP熔体的黏度增大;3种口模内体现黏度与温度关系的Arrhenius公式拟合系数不同,揭示了微尺度下PP剪切黏度的尺度依赖性。分析认为在微小直径口模内PP熔体压力的增加是黏度变化的原因之一,并基于Barus公式提出用于量化微尺度下PP黏度的等效压力概念。     

高吸水冻胶调剖堵水剂的流变性能

研究了高吸水冻胶调剖堵水剂HSG成胶前溶胶体系的流变性能。通过考察主剂共聚物含量对溶胶体系表观粘度的影响,以及粘温特性、触变性、蠕变-回复、小幅振荡剪切应力扫描和频率扫描实验,确定了溶胶体系的流变性参数。结果表明:HSG溶胶体系的表观粘度随主剂共聚物含量增加而增大,随温度升高明显下降。HSG溶胶体系表现出正触变性,主剂共聚物含量越大,溶胶体系触变性越强。蠕变-回复实验表明:随共聚物含量的增加,溶胶体系弹性增强。通过小幅振荡剪切应力扫描、频率扫描实验得出随主剂共聚物含量增加,线性粘弹性区域变宽,储能模量、耗能模量和复合动态粘度变大。     

Influence of Rotor Clearance on Internal Mixer''s Capacity

To find the influence of rotor clearance on internal mixer's capacity,3D finite element method(FEM)models were built and pressure field,viscosity field,velocity field,and temperature field were simulated.In addition,the experiment was also conducted on the X(S)M-1.7L laboratory mixer.The simulation shows that rotor clearance brings some effect on internal mixer's capacity such as the pressure,temperature,viscosity,velocity,and shear stress,etc.The experimental result indicates that rotor clearance affected ...     

高浓度聚合物驱所用聚合物性能研究

针对喇嘛甸油田高浓度聚合物驱所用聚合物,利用PHYSICA MCR300型流变仪研究了其浓度、分子量及矿化度对溶液流变性和黏弹性的影响。结果表明:在一定范围内,聚合物溶液的表观黏度随着剪切速率的增加而降低,表现出假塑性流体的特性。聚合物浓度、分子量增大时,溶液的表观黏度、储存模量和损耗模量均增大;相应的储存模量和损耗模量曲线都有一个交点。所对应的角频率随聚合物浓度、分子量增大而减小。水质对聚合物溶液性能有较大影响。随着矿化度的增大,溶液的表观黏度、储存模量和损耗模量均减小,储存模量和损耗模量曲线的交点所对应的角频率增大。     

高压下铌的强度和状态方程研究

室温下,以氦为传压介质的准静水压环境中加压到41GPa,在两柱全景金刚石对顶砧中加压到70GPa,研究了铌在高压下的强度和状态方程.准静水压下,X射线衍射数据拟合得到的体弹模量和其一阶导数分别为166(2)GPa和3.2(2).铌的差应力与剪切模量的比值(t/G)在超过6GPa后几乎为常数,表明由于塑性形变而发生屈服.结合高压下的剪切模量,发现铌在6GPa时由于塑性形变而发生宏观屈服时受到的差应力约为1.26GPa.差应力从2到6GPa可以表示为t=-0.557(94)+0.306(21)p,其中p是压力,单位是GPa.差应力在30GPa后再次增大,表明铌开始出现强化现象,此时对应的差应力约为1.67GPa.在70GPa时,铌受到的差应力最大,且约为3.96GPa.     

水平管道内冰浆流体阻力特性CFD模拟

以水平管道内冰浆流体无相变流动过程为研究对象,运用计算流体力学（CFD）为工具,采用两相流双流体模型,研究了管道内冰浆流体阻力特性.结果表明,沿管道流动方向冰粒子浓度场滞后于其流场的充分发展.当存在湍动时,颗粒动力学理论模型可以很好地描述冰粒子间的剪切作用.当流动为层流时,基于Thomas方程的反推黏度模型的模拟效果优于前者.若浆体输送速度进一步降低,需对冰粒子间的剪切效应进行分段考虑.     

Influence of Rotor Clearance on Internal Mixer＇s Capacity

To find the influence of rotor clearance on internal mixer's capacity,3D finite element method(FEM)models were built and pressure field,viscosity field,velocity field,and temperature field were simulated.In addition,the experiment was also conducted on the X(S)M-1.7L laboratory mixer.The simulation shows that rotor clearance brings some effect on internal mixer's capacity such as the pressure,temperature,viscosity,velocity,and shear stress,etc.The experimental result indicates that rotor clearance affected the maximum power,consumption of unit energy,production capability,mixing time,and dumping temperature and so on.