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.     

基于格子玻尔兹曼方法的单孔射流鼓泡床的离散颗粒模拟

利用基于格子玻尔兹曼方法的离散颗粒模型对单孔射流鼓泡床进行了研究. 此算法基于四向耦合的离散颗粒模型, 流体的控制方程采用考虑了孔隙率和流固相的滑移速度对流体流动影响的修正格子玻尔兹曼方法来求解, 颗粒间相互作用通过时驱硬球模型求解, 流固耦合采用EMMS曳力模型. 首先研究了不同颗粒对形成气泡大小的影响, 结果表明, 在相同的射流气速下, 粒径越大形成的气泡越小. 在粒径相同的情况下, 提高气体的入射速度, 则形成的气泡越大. 同时考察了气泡的分离时间与粒径以及射流气速的关系, 结果表明, 随着粒径以及射流气速在一定范围内的改变, 气泡的分离时间并没有明显改变. 另外颗粒床层扩展影响气泡形状, 颗粒床层变宽后, 气泡的形状接近于圆形; 颗粒床层高度增加时, 气泡明显变小. 最后考察了气泡诱导现象, 模拟发现当区域有空腔时, 气泡会被诱导到空腔的方向.     

光电化学反应中界面气泡多尺度作用机制的研究进展

太阳能驱动的光电化学转化制燃料是解决能源危机、助力我国“双碳”(碳达峰、碳中和)目标达成的重要途径.常见的光电化学转化制燃料包括光电催化分解水制氢、二氧化碳转化制碳氢燃料等.上述光电催化反应是一个典型的界面析气反应过程,可在界面位点生成多种气体燃料.反应界面析气过程从表面的气体成核开始,以两相流结束.需要指出,该过程涉及不同时间和空间尺度的匹配以及各子过程的相互作用,对界面光子、电子、分子、离子等多载能子的耦合传输与转化有关键影响.本文的目的是阐明析气反应界面气泡生长各过程之间的内在联系.首先,以光电催化分解水为例,分析光电极表面气泡动力学多尺度过程及其对界面能质传递和转化的作用机理;随后,详细讨论微观尺度界面气泡成核、介观尺度气泡生长、宏观尺度气液两相流这一系列界面气泡生长演化的多尺度过程,并分析每一个子过程之间的耦合作用及其对光传递、物质传递、物质转化的影响规律;最后,对光电化学反应中界面气泡多尺度作用的研究挑战和未来方向进行展望.     

二甲醚气泡生长与破碎的数值模拟研究

编写了一个可用于模拟均匀过热液体内部气泡生长过程的计算程序, 利用过热水中气泡生长的实验数据对计算程序的有效性进行了验证. 结果表明, 模拟计算结果与实测数据吻合较好. 在准确计算二甲醚各主要热物性参数的基础之上, 利用该计算程序对二甲醚在闪急沸腾条件下的气泡生长过程进行了数值模拟研究. 在综合考虑压力、表面张力和黏性应力对气泡生长不稳定性的影响之下, 采用线性稳定性分析方法, 推导得到了可描述气泡生长不定稳性的色散方程, 建立了新的气泡破碎准则. 研究结果表明, 气泡Weber数和气泡的体积分数越大, 气泡越不稳定; 气泡破碎时间将随着气泡生长速度的增大或者初始油滴/气泡半径比的减小而缩短.     

垂直相分离冷凝管内气泡泄漏机理

提出相分离冷凝管在管内悬空布置微米级金属丝网,形成"气贴近管壁,液在中心"的流动结构,在管壁形成超薄液膜,显著提高管内冷凝换热系数.然而,相分离冷凝管内气泡向丝网中的泄漏,可能影响冷凝传热强化.为避免气泡泄漏,本文基于杨-拉普拉斯方程,通过考虑惯性力、黏性力及冷凝管内特有的脉动流等因素,提出相分离管内气泡泄漏的理论判别式,发现气泡泄漏主要取决于无量纲参数G*与We数;利用VOF方法发展了相分离结构中两相层流流动的数值模型.对气泡泄漏现象进行数值分析,结果表明,气泡泄漏出现在气泡顶端,与实验吻合良好;通过对比不同G*与We数下气泡运动规律,获得了气泡泄漏临界曲线,确定了气泡泄漏理论判别式中的待定参数,最终给出垂直相分离管内气泡泄漏临界判别表达式,为相分离冷凝管的设计及运行提供了理论依据.     

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.     

微尺度下台阶结构对气泡的约束作用及临界失效体积

利用微气泡的特殊性能的微流体器件因其独特的优势而受到越来越多的关注,其中很多情况下,器件功能的实现要求气泡必须被约束住从而可控地生长或收缩.表面张力是微尺度下一种造成气泡偏移的重要因素,对台阶结构阻碍气泡因表面张力而发生偏移的作用进行了研究.制作了底部布置有电极的台阶试件,并进行了水中电解的实验,观察了微气泡的生长过程.实验观察证实了台阶的约束效果,同时也发现了约束失效的现象.在数值模拟和分析的基础上提出了台阶约束的临界失效体积,并针对二维气泡模型给出了临界体积的解析解.使用台阶结构可以通过设计合理的台阶高度来简便地实现对所需体积的气泡的约束.     

趣味科普问答

晶莹的水环 问:有一次,我在温哥华水族馆观看白鲸表演时,看见其中一条鲸在水中吐着环状气泡,这些环状气泡似乎没有受到明显的浮力的作用,甚至能够随水流沉入池底。有些鲸还能够水平地吐出一个个环状气泡,然后将它吸入口中。是否有人对这些有趣的环状气泡做过研     

多电子原子模型势理论中的矩阵元计算

最近,郑能武提出了一个近似描述多电子原子或离子体系中单电子运动的势模型。应用这一新的势模型,并根据实验光谱或电离数据确定模型势的参数后,单电子的径向波函数可用广义拉盖尔函数表示。 如果以该模型作为量子化学计算的出发点,我们还需计算各种幂次径向算符的矩阵元。本     

行星原子

当量子理论最初正在发展的时候,玻尔提出一个原子模型,这样的原子有分立的电子,象行星围绕太阳运动一样围绕着原子核在轨道上运转,他的原子是以允许一个电子仅仅占据所有可能轨道中一个特定的次轨道而“量子化”的,后来量子力学或波动力学把电子散布成几率云,消除了电子象一个粒子一样作经典轨道运动的概念,然而,双电子原子光谱学最近的发展至少已经恢复玻尔最初概念的     

相对论赝势ab initio研究——KX~-(X=Cl,Br,I)的电子结构

碱金属卤化物负离子(MX~-)具有非常特殊的电子结构和性质,它也为电子与闭壳层的强偶极分子相互作用提供一个极好的模型。曾有人用静电模型来描述这一相互作用,认为电子是“附着”于偶极分子的正极一端。也有人用极化模型来描述,认为卤素负离子(X~-)使中性的碱金属发生极化。Jordan等人用ab initio方法对比较轻的离子LiF~-,LiCl~-,     

银河系巨大气泡

2010年11月11日，据美国太空网报道，科学家探测发现了银河系中心溢出高能量放射线形成的两个巨大气泡，并认为这两个巨大气泡可能源自一个超大黑洞的喷发。专家称目前最新发现的银河系巨大气泡结构仍存在着谜团，我们并不能完全理解它的特性或者起源．     

环形多烯存在电荷、自旋密度波的可能性——兼论酞菁络合物之对称性

■(porphyrin)和酞菁(phthalocyanine)具有相似的结构:一个16个原子的大环形π电子结构(以下简称16元环结构),早先Kuhn用一维的电子气态模型来近似16元环上的电子结构,得到了和实验所得的光谱位置、偏振、振动结构一致的结果,以后Schnabel等和Ahrens等做了推广并且假设16元环结构上的电子运动自成一个共轭体系和苯环上的电子是分开的。     

在物理和化学之间的尼尔斯·玻尔(下)

玻尔的周期性系统1920年初,玻尔不再研究分子,但对于化学方面的探索丝毫没有松懈。他抛弃了之前以单一量子数并且在平面环绕原子核移动的电子为基础的"薄饼模型",以一个明显不同的原子结构模型取而代之。根据新的图片,一个电子有两个量子数,用nk     

谈谈反气泡

气泡是一种人们很熟悉的物理现象,但说起反气泡,许多人可能会问,反气泡是什么?     

毕竟,λ是遍布于时-空的一种张力

宇宙学常数(cosmological constant)λ之值非常接近于零。印度班加罗尔拉曼研究所的两位科学家在美国物理学家Rafael Sorkin提出的因果集丛(CausalSet)理论的基础上,用起泡皂液模拟的方法来说明λ之值如何演变为如此之小的问题。此前,气泡曾被用于摹拟多种自然现象。例如,1986年,当时在美国哈佛史密松天体物理中心工作的天文学家Mar-garet Geller和John Huchra在分析了数千个遥远星系的影象后提出了一个星系分布的气泡状结构:星系和星系团散居于跨度长达数亿光年的气泡壁上,而在气泡内部却是没有星系的大“空洞”,这种巨洞的直径长达8千…     

分析充满粘性液体的二维文杜里毛细管道中长气泡分裂的边界元方法

近年来,由于石油强化回收技术的发展,人们发现泡沫在油层中产生,能大大增加出油率。已有的研究指出泡沫产生的一个重要机理是油层多孔介质中气泡的分裂(snap-off)。 油层中气泡分裂是一个复杂的非定常气液两相自由面问题。本文在文献[2,3]工作的基础上,发展了一个二维的ω-ψ非定常边界元方法,对于液膜起重要作用的区域,我们的结果还是可跟实验比较的。     

乙烷核态池沸腾中的气泡生长、脱离和上升

利用高速摄影仪对乙烷在水平铜表面饱和核态池沸腾中的气泡行为特性进行了实验研究,并开展了理论分析,实验测量压力为0.2 MPa,热流密度范围为14.65~80.79 kW m~(-2).实验中观测到气泡的生长、脱离和上升过程,得到单个气泡的生长周期,同时绘制出单个气泡生长周期内的直径变化曲线,并将其分为快速、慢速和稳定增长3个阶段,且气泡直径与时间呈幂函数关系.鉴于其分段特性,推荐采用分段预测模型.发现了气泡脱离直径及频率随热流增大而增大,气泡脱离形状随热流增大而呈现球型、椭球型和不规则形状的变化.还观察到气泡合并,轨迹变化,附加运动和流型变化等现象,并分析讨论了其形成机理,发现系统压力、加热壁面性质液体物性对气泡的行为特性有较大影响.相比文献中的常温液体,乙烷气泡生长周期有差异,其脱离形状有椭球型及不规则形状,且气泡上升轨迹变化相对简单.     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

S~3方程和φ~4方程的密切关系

一、导言 近年来,Jackiw和Rebbi(J-R)研究了一维的一个无自旋费米场和一个破缺对称的玻色场相耦合的相对论模型;同时,Su,Schrieffer和Heeger(SSH)独立地研究了在准一维导体聚乙炔(CH)_x中电子声子耦合的非相对论模型。这二个模型中的一个是从凝聚态物理的实际体系中导出的,而另一个则是从相对论场论中的数学模型的研究中得到的。在细节上