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     

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.     

2012我们微笑度过

未来总是显得很遥远。但对于每一个人来说,未来又总是充满期盼的。当我们隐约地感到将会有某些异乎寻常的、令人担忧的事情发生时,这种期盼便会让我们迫切地想要探索未知。关于2012的预言,就是这样一种对未来的暗示。历史上的预言尽管不计其数,但大多像肥皂泡一样,在现实面前无声破灭。即便如此,预言还是层出不穷,     

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?     

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.     

一辈子生活在水中的蜘蛛

正潜水钟蜘蛛可以算是蜘蛛中的异类,因为它是唯一一种几乎整个生命周期都生活在水下的蜘蛛。虽然也被叫作水蜘蛛,但它们和其他蜘蛛一样也需要靠肺呼吸。水蜘蛛采取了一种和龙虱类似的"空气包"策略,不同之处是龙虱将气泡固定在尾部,而水蜘蛛则会将整个腹部用来收集空气。需要补充空气时,它们会在水面上方,通过斥水的纤毛收集气泡。一旦水蜘蛛身体上的纤毛     

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.     

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.     

混凝土气泡的处理方法

在高速公路的建设中,如何处理好混凝土表面的气泡问题是施工技术人员经常遇到而棘手的问题。针对这一问题,分析了产生气泡的原因,采取相应的措施并找出相应的办法予以解决。     

自然之旅

一位身穿白衣的科学家用试管将两种液体混合在一起，混合物中迅速冒出大量气泡——这肯定是一个化学反应。但实验室和试管并不是产生化学反应的必要条件。     

纳米气泡对HOPG表面BSA吸附影响的AFM原位观察

利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)原位观察, 发现纳米气泡会影响牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)在疏水表面高序热解石墨(highly ordered pyrolytic graphite, HOPG)表面上的吸附. 在水/HOPG界面BSA分子可以均匀吸附并与纳米气泡共存. 注入乙醇除去纳米气泡后, 在原来纳米气泡的位置上BSA吸附层出现圆形空洞. 空洞的深度约8 nm, 直径在数十纳米. 纳米气泡与相应位置上空洞面积间的相关系数达0.88～0.94, 显示这些空洞确为纳米气泡所致. 另外, BSA分子环绕纳米气泡排列成环状, 说明在水/HOPG界面BSA倾向于吸附在接触线区域.     

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.     

混凝土气泡的处理方法

在高速公路的建设中,如何处理好混凝土表面的气泡问题是施工技术人员经常遇到而棘手的问题.针对这一问题,分析了产生气泡的原因,采取相应的措施并找出相应的办法予以解决.     

视野

正气泡去哪儿了?knowledge新知现在,让我们来开一瓶香槟酒吧!用力摇晃它,现在打开香槟通常会"嘭"地一下喷出无数气泡。但现在稍等一下,我们用手掌去拍打瓶身,直到手指头都觉得痛。再打开瓶子,我们会发现预想中的气泡灾难并没有发生。是不是觉得很神奇?科学家发现,所有的香槟酒与软木塞之间都有一层气体,里面含有二氧化碳,因此,当你摇动一瓶香槟酒时,     

光学干涉薄膜

在日常生活中,人们常能看到浮在马路积水上的油膜一圈圈地泛现着五颜六色,飘在空中的肥皂泡一只只闪耀着五光十色,变幻多端的美丽鸟羽,光彩晶莹的牡蛎壳和珍珠母.所有这些都是薄膜干涉现象的自然表现. 著名的牛顿环就是一种薄膜干涉图象,光经过透镜曲面和平板表面之间的空气膜引起干涉.在日光或     

生物医学研究为物理学家敞开大门

<正>跨学科的弗朗西斯·克里克研究所将于2015年在伦敦市中心成立,这体现了生物医学研究对物理方法需求日益增加的大趋势。从用肥皂泡进行细胞分裂建模,到使用同步时钟帮助理解胚胎的生长过程,物理学正在成为生物学家眼中越来越高效的工具。伦敦新落成的生物医学研究中心——弗朗西斯·克里克研究所,将把这一领域作为其主攻方向。这座耗资6.5亿欧元(合11亿美元)的研究所以DNA结构的共同发现者、物理学家出身的生物     

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.     

飞秒激光诱导钛表面可控微纳结构用于水下气泡操纵

针对典型金属材料钛,利用自主搭建的飞秒激光振镜扫描加工系统,加工了具有特定形貌特征的多尺度微纳结构.在此基础上对多尺度微纳结构的可逆润湿性及水下气泡操纵特性进行了实验探究,并从微观界面化学的角度阐释了可逆润湿性的调谐机理.研究结果表明:在飞秒激光烧蚀挤压作用下,钛表面诱导的多尺度微纳结构对原始表面的润湿性具有放大效应,固液接触角减小,水下气泡接触角增大;在辅助加热条件下,固液接触角增大,水下气泡接触角同时减小,气泡在表面完全铺展;随后将超疏水表面置于紫外灯下曝光,多尺度微纳结构上的液体接触角又开始减小,并最终实现了超疏水到超亲水性以及水下超亲气到超疏气的可逆调谐.另外,液体接触角与水下气泡接触角的可逆调谐特性呈现相反的变化趋势,这与固液气三相接触线的移动机制密切相关.本文对实现钛表面微纳结构设计与调控,提高具有可逆润湿性的金属表面在水下气泡操纵与收集,以及污水处理等领域的应用都具有重要意义.     

太阳中微子气泡模型

狄拉克曾提出过电子的气泡模型,在这个模型中,电子被视为电磁场中的一个气泡。一个静止电子的能量可以写成为     

基于超声造影剂中包膜微气泡非线性振动的次谐波和超谐波研究

次谐波和超谐波与基波和二次谐波相比, 有更好的组织比(CTR), 在医学诊断领域显示了广阔的应用前景. 给出了基于Church模型的包膜气泡非线性振动的频率响应, 解释了频率偏移现象, 并且讨论了次谐波和超谐波产生的最佳频率. 此外, 在理论和实验上研究了次谐波和超谐波与外加声压的变化关系, 结果显示, 次谐波和超谐波的变化都经过3个阶段: 产生、增长和饱和, 但超谐波的产生略早于次谐波.