2013-19 科技要闻

揭开巨型叶片生长之谜中国科学院西双版纳热带植物园李帅等通过研究巨型叶片植物在自然界稀少、叶片最大生长面积与叶片结构功能关系等问题发现,叶片边缘部位的生理功能受到抑制,会限制叶片面积的继续扩大。热带典型巨型叶片天南星科植物海芋的叶片直径可达1m。为此,研究人员开展了对海芋叶片不同部位结构和生理功能异质性的研究。研究发现,由于叶片边缘部位导水功能和气体交换功能减低,加上巨型叶片的水汽边界层较厚,叶片边缘散热受到抑制。在晴天下午,露天生长的植株叶片边缘比叶片中部温度高8.8℃,导致一些叶片边缘出现因高     

喷射或抽取气流抑制叶顶密封气流激振的实验研究

针对汽轮机叶片振动导致叶片断裂的问题,提出用喷射或抽取气流的方法来抑制叶顶密封气流激振。在叶片顶部密封装置上设计了带倾角的气流口,用于喷射和抽取气流。实验研究了在叶片顶部喷射或抽取气流对叶片振动的影响。当倾角小于30°时,在叶片顶部喷射气流加剧叶片振动;当倾角大于40°时,喷射气流明显地抑制了叶片振动,叶片振动量随着喷气压力的增加而减小,最低可减至初始振动量的81%。从叶片顶部抽取气流能够减小叶片振动10%以上;对于普通叶片,当抽气口采用正倾角时抽取气流抑制叶片振动的能力比采用负倾角时大;对于带冠叶片,抽取气流抑制叶片振动效果更好,减振能力可达23%,且叶冠宽度较大时减振效果更稳定。     

高负荷轴流压气机喘振时叶片动应力

对某高负荷十级轴流压气机喘振过程中叶片的动应力变化开展了试验研究,结果表明喘振时叶片出口脉动静压首先突增,0.1秒后叶片动应变增长至最高值,叶片第二阶动应力已超过疲劳极限,使叶片产生了高周疲劳损伤,出口脉动静压存在与叶片第二阶频率及叶片通过频率相关的后行波/前行波分量,但没有集中出现在某一固定节径下;对叶片开展了颤振数值模拟,结果表明叶片前三阶的积累功小于零,对数衰减率大于零,未发生颤振;通过增加叶片厚度提高叶片频率来提升叶片抗振能力,叶片根部相对最大厚度从0.076增加至0.089,叶片一弯频率对应的共振转速提高了15.2%;试验表明在75%换算转速进喘时,叶片相对应变降低了18%,本文提高叶片频率的方法很好地解决了工程中出现的转子叶片进喘时动应力突增的问题。     

水平移动式抛丸机叶片受力的有限元分析

为提高水平移动式抛丸机前曲叶片的使用寿命,运用ANSYS软件,建立了抛丸机叶片的有限元模型,以SOLID45和SURF154单元共同划分叶片网格,采用节点载荷加载方式。结果显示：叶片总体为低应力分布,但存在明显的应力集中点,叶片受弹丸正压力的最大值位于叶片边缘。叶片的失效形式是应力集中引起的疲劳断裂和正压力过大导致的表面磨损。提高叶片的使用寿命,除选用合适的材料提高叶片的耐磨性外,还需要设计合理的叶片形状,以降低最大正压力的影响。     

航空发动机动力涡轮叶片断裂试验

为研究航空发动机动力涡轮叶片的断裂转速随弯曲应力占比的变化规律,基于等效原则设计加工了4种不同弯曲应力占比、共32件模拟叶片,采用有限元法分别计算得到模拟叶片的断裂转速。对模拟叶片进行分组并开展了断裂转速测量试验,获取了模拟叶片的实际断裂转速和断裂形式,采用高速摄像技术录取了模拟叶片断裂过程,得到了叶片断裂转速随弯曲应力占比的变化规律。研究表明,模拟叶片实际断裂转速与计算转速误差不大于1.10%;在一定范围内,随着弯曲应力的降低,叶片的断裂转速大体呈现下降趋势,并且随着叶片的弯曲应力占比越大,叶片的断裂转速下降越快。研究为动力涡轮叶片的强度设计和叶片断裂试验方法提供了参考,具有重要的工程应用价值。     

冲击孔位置对涡轮叶片冲击/气膜复合冷却特性影响的实验研究

为研究冲击孔位置对空冷涡轮叶片冲击/气膜复合冷却特性的影响,选择4种具有不同冷却结构的涡轮叶片开展了综合换热实验。实验叶片由低导热系数的树脂材料制成,分别为仅有气膜冷却结构的叶片0、具有正向冲击孔的叶片1、具有偏置冲击孔的叶片2以及具有交错偏置冲击孔的叶片3。使用红外热像仪拍摄得到实验叶片表面温度分布。实验结果表明,涡轮叶片综合换热特性由内部冷却和外部冷却共同决定。在吹风比较大时,射流冲击强化了冷却剂和叶片内壁面之间的换热,导致具有冲击冷却结构的叶片1、2、3相对于叶片0综合冷却效率提升了3.1%～6.7%。其中,因为冲击孔偏置,叶片2和3的冲击强化换热区域相对独立于叶片表面气膜覆盖区域,所以叶片2和3的综合冷却效率分布更为均匀,且大于叶片1。叶片0仅有气膜冷却结构,紧邻气膜孔出流位置冷却剂动能较大,在气膜孔出口下游冷却剂再贴壁形成热防护,使得距离气膜孔较远的区域冷却效率升高。在吹风比较小时：仅有正向冲击的叶片1相对于叶片0的综合冷却效率有所提高;由于偏置冲击消耗了更多了冷却剂动能,叶片2和3的综合冷却效率相对于叶片0明显降低,当吹风比为0.2时,二者分别下降了6.7%和11.6%。     

涡轮叶片最小冷气需求量的一种估算方法

通过涡轮叶片内外表面对流换热与固体导热的耦合计算,建立叶片冷气流量与叶片壁面温度分布之间的关系,从而获得涡轮叶片最小冷气需求量。首先根据假定冷气流量进行耦合计算叶片温度分布,并从中获得叶片温度峰值;再依据这一温度峰值,逐步调整冷气进口流量,直到叶片温度场符合设计要求。计算得出叶片最小冷气量为燃气总量的4.43%,叶片最高温度为1 299.11K。结果表明采用本文的方法估算的燃气涡轮叶片的冷却空气量是合理的。     

转子叶片外径组合加工方法研究

航空发动机是一种特殊的高科技产品,航空动力技术已经成为一个国家科技水平的重要标识之一。发动机的四大转子叶片外径要求在组合状态下进行加工,且要求在工作状态下进行,即转子高速旋转叶片完全甩开的情况下得到叶片外径尺寸。传统的加工方法采用外圆磨床或普通车床改制的磨床,利用模拟盘螺栓顶紧叶片底面或在叶片底面塞塞片的方法将叶片固定到工作位置的方法来模拟叶片甩开的状态。本文主要从叶片的不同结构出发,总结其叶片外径的加工方法,重点针对叶片与轮盘底面间隙较大的叶片外径加工方法进行创新,设计一种涨紧装置将转子叶片涨紧以模拟叶片的工作状态。此种涨具应用于各类转子叶片的外径加工,可作为一种通用的工装工具加以推广。     

振荡叶栅非定常流动的相互作用对叶片颤振的影响

考虑转轮叶片排的叶片之间非定常流动相互作用对叶片颤振性能的影响，解除了颤振预测中叶片排所有叶片均须以相同振幅振动的限制，发展了一种可以考虑叶片振幅和叶片间相角变化的叶片颤振预测方法，研究了振荡叶栅非定常流动相互作用对叶片颤振的影响。结果表明：振荡叶片与不振荡叶片之间的相互影响随振荡条件的不同而不同，振动叶片产生的非定常流动主要对相邻叶片产生较大的影响。叶片的颤振性能与叶片之间的相对振动条件有关，和实验结果一致。     

变耦合区域风力机叶片弯扭耦合效应研究

弯扭耦合风力机叶片可以有效降低叶片极限载荷,但会增加叶片发生气弹不稳定的风险,耦合区域对叶片弯扭耦合性能有重要影响。本文基于节点位移给出了弯扭耦合系数及等效弯扭耦合系数的定义,该定义将弯扭耦合系数视为叶片整体属性,可以考虑耦合区域对叶片弯扭耦合特性的影响。以NREL 5MW风力机叶片作为基准模型,设计了变耦合区域弯扭耦合叶片,研究耦合区域、铺层角度和叶片材料对弯扭耦合叶片的变形及其等效弯扭耦合系数的影响。数值计算结果表明,全区域碳纤维叶片弯扭耦合效应最显著,而全区域玻璃纤维-碳纤维混合铺层叶片也可以获得较显著的弯扭耦合效应。     

甜瓜叶片的衰老与超氧化物歧化酶活性及脂质过氧化作用的关系

分别用全营养液、缺Cu-Zn营养液、缺Fe营养液、缺Mn营养液、10％NaCl营养液培养甜瓜幼苗,研究不同时间甜瓜叶片的超氧化物歧化酶(SOD)及脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量的变化。实验结果表明：随着胁迫时间的延长,SOD活性降低,MDA含量显著增高。证明甜瓜为Cu-Zn SOD。观察了SOD同工酶随胁迫时间的延长在叶片中的变化。讨论了离子胁迫过程中氧自由基对酶及质膜的损伤影响。     

缺磷对长豇豆幼苗ZRs含量的影响

为了研究耐缺磷程度不同的3种长豇豆幼苗在缺磷胁迫下ZRs含量的变化,选用耐缺磷程度不同的长豇豆品种：芦花白、香港青和二芦白的幼苗作为材料,设供磷和缺磷2个处理,取供试幼苗的根系、最嫩完全展开叶、老茎叶、嫩茎叶作样品,采用ELISA方法进行测定。结果表明,缺磷胁迫下长豇豆幼苗各部位ZRs含量都下降,根系和老茎叶ZRs含量降幅二芦白＞芦花白＞香港青;最嫩完全展开叶降幅为：芦花白＞香港青＞二芦白;嫩茎叶降幅为：芦花白＞二芦白＞香港青。指出缺磷胁迫下长豇豆幼苗生长受抑制可能与ZRs含量有关,其中二芦白老茎叶和根系衰老较严重,生长受抑制也较严重。     

入侵植物大狼把草对2种农作物的化感作用

运用水浸提法提取入侵植物大狼把草茎叶化感物质,通过对比试验研究了不同浓度的大狼把草茎叶水浸液对大麦和小麦种子萌发以及幼苗生长发育的影响.结果表明,大狼把草浸提液对大麦种子的萌发有显著抑制作用,对小麦种子萌发抑制作用不明显.除50g/L浸提液外,其余处理对大麦和小麦苗高和根长均有显著的抑制作用.浸提液对2种作物根的分化均有一定抑制性,其中,对小麦根的分化抑制作用较大.大狼把草浸提液对小麦及大麦化感作用的综合效应为抑制作用,对大麦的抑制力大于小麦.     

大麦苗期耐盐性生理指标的筛选

采用NaCl琼脂固定法研究了大麦苗期耐盐性的生理指标,测定不同NaCl胁迫下的株高、根长,鲜重和干重、叶绿素含量、超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量。结果表明:随着NaCl胁迫浓度的增加,植株生长受到明显抑制;叶绿素含量先升高后下降;超氧化物歧化酶活性呈现出典型的“V”形变化;丙二醛含量逐渐增大,以上4个指标可以作为大麦耐盐性评价的生理指标。     

不同割苗期对大麦籽粒及麦苗功能性成分的影响

云南常年大麦种植面积22～23万hm2,居全国之首.为了在云南省选择合适的大麦麦苗和籽粒两用型品种,以南方大麦区域12个品系为试验材料,三叶一心(Ⅰ)、五叶一心(Ⅱ)与对照不割苗(CK)等不同时期进行刈割处理,研究不同割苗时期对籽粒和麦苗功能性成分的影响以及籽粒和麦苗功能性成分的相互关系.结果表明:①不同割苗期籽粒黄酮含量为CKⅡⅠ;籽粒抗性淀粉为ⅠCKⅡ;-氨基丁酸、生物碱差异不显著,-氨基丁酸为CKⅠⅡ,生物碱为Ⅱ Ⅰ CK;选择三叶一心刈割(割苗Ⅰ),籽粒功能性成分较高.②割苗Ⅱ比割苗Ⅰ平均生物碱、总黄酮显著升高;麦苗-氨基丁酸含量差异不显著,Ⅱ ＜Ⅰ;五叶一心刈割(割苗Ⅱ)麦苗功能性成分较高.③不同割苗期冬性、半冬性及春性大麦籽粒和麦苗功能性成分存在差异;二棱和多棱功能性成分存在差异.④相关分析显示籽粒-氨基丁酸与麦苗-氨基丁酸、麦苗总黄酮之间,籽粒总黄酮与籽粒-氨基丁酸之间呈显著正相关,且与产量性状之间呈显著正相关.⑤初步筛选出苏啤3号、2008品22作为适宜麦苗生产、籽粒生产的两用型大麦品种.     

杂交水稻叶片衰老的研究

在杂交水稻开花期间,通过剪去穗部部分枝梗和叶片等处理,形成不同的库源比,结果表明,杂交水稻W6154S／早特青原库矛盾大,叶片衰老快,降低库源比能明显减缓其叶片中蛋白质、叶绿素含量下降和丙二醛含量上升,说明杂交水稻叶片早衰与其库源比较大有关。     

脱落酸对离体叶片衰老的影响及其与活性氧代谢的关系

研究了脱落酸对离体韭菜叶片衰老的影响与活性氧代谢的关系.发现在暗诱导衰老过程中膜脂过氧化产物丙二醛含量随超氧物歧化酶、过氧化氢酶活性和抗坏血酸、谷胱甘肽含量下降而增加.脱落酸处理后,伴随着叶绿素和蛋白质含量下降,超氧物歧化酶、过氧化氢酶活性和抗坏血酸、谷胱甘肽含量降低,而丙二醛含量增加.证明脱落酸促进离体韭菜叶片衰老的作用与活性氧代谢有密切关系.     

倒伏对大麦种子发芽影响的研究

为了研究倒伏对大麦种子发芽的影响,以7个来源不同的大麦品种倒伏株与正常株的籽粒为材料,测定种子发芽率、生活力、发芽3天、7天幼苗的芽长、根长、根数及10株苗的鲜、干重,分析倒伏对大麦种子发芽的影响,研究结果表明：倒伏对大麦种子发芽率和生活力的影响虽达显著水平,但影响程度基本上在5%的范围内.倒伏对大麦幼苗的生长和形态建成有明显的影响.除发芽3天芽长外,倒伏对芽长、根长、根数和10株苗鲜重、干重均产生了极显著的影响,倒伏种子对大麦芽生长的影响小于对根生长的影响.倒伏对不同品种发芽的影响存在一定的差异.     

RNAi-mediated knockingdown of rlpk2 gene retarded soybean leaf senescence

Leaf senescence that occurs in the last stage of leaf development is a genetically programmed process. It is very significant to elucidate the molecular mechanisms that control the initiation and progression of leaf senescence and the way the senescence signal is transduced. In a previous study on artificially induced soybean leaf senescence, we cloned a novel gene designated rlpk2 (Genbank Accession No. AY687391) that encodes a leucine-rich repeat (LRR) receptor like protein kinase. The expression level of rlpk2 gene was shown to be strongly up-regulated during both the natural leaf senescence process in this report and the artificially induced primary-leaf-senescence process in our previous work. The RNA interference (RNAi)-mediated knocking-down of rlpk2 dramatically retarded both the natural and nutrient deficiency-induced leaf senescence in transgenic soybean. The transgenic leaves showed more cell-aggregated surface structure and higher content of chlorophyll.     

Na2CO3对粳稻发芽和幼苗生长的影响

以冕粳147、合系22-2两个粳稻品种为材料,研究Na2CO3胁迫对粳稻发芽和幼苗生长的影响.结果表明,当Na2CO3胁迫浓度≤20mmol/L时,对粳稻种子发芽和幼苗叶片和根系生长有一定促进作用,幼苗叶片中的叶绿素含量略增加;但随着Na2CO3胁迫浓度的增加,粳稻种子萌发和幼苗叶片和根系生长受抑制的程度增强.当Na2CO3胁迫浓度＞60mmol/L时,幼苗叶片的叶绿素含量迅速下降,脯氨酸含量急剧上升.说明,粳稻种子萌发和幼苗生长对Na2CO3的耐受浓度为60mmol/L.