第一类鱼抗冻蛋白分子对冰晶表面平衡结构的影响

根据冰晶生长理论,在一定的生长驱动力作用下,冰晶界面生长机制和动力学规律决定于冰晶界面的微观结构.从大分子溶液热力学性质出发,得到了结合抗冻蛋白后冰晶表面微观平衡结构的变化,并讨论了这种变化对冰晶生长形态的影响.结果显示抗冻蛋白造成冰晶表面微观平衡结构改变,是抗冻蛋白溶液中冰晶生长的形态与纯水中冰晶生长的形态有显著区别的原因之一.     

抗冻糖蛋白在冰晶表面吸附结合的随机不可逆吸附模型

某些寒冷环境中生存的生物体内有可以通过吸附在冰晶表面来抑制冰晶生长的蛋白质。这些特殊的蛋白质分子降低冰晶生长点温度的同时不会对冰晶熔点温度造成明显影响,这种现象被称为热滞现象。根据吸附抑制理论,提出了一个随机不可逆吸附模型来描述抗冻糖蛋白(Antifreeze glycoprotein, AFGP)的冰晶表面吸附结合。解释了抗冻糖蛋白在冰晶表面的覆盖率随时间的变化规律,分析了相同曝光时间不同浓度条件下抗冻糖蛋白的热滞活性。理论计算结果与已报道的实验研究结果基本符合。     

抗冻糖蛋白(AFGP1-5)溶液中自由生长条件下冰晶生长激活能的计算

根据冰晶生长速率理论，计算了抗冻糖蛋白（ＡＦＧＰ１－５）溶液中自由生长条件下冰晶生长的激活能．这种定量计算对研究抗冻糖蛋白溶液中冰晶生长习性有重要意义．     

霜晶形态演变过程的实验观测

利用显微可视化实验台,对水平冷板上霜层表面冰晶的形态演变过程进行研究,在霜层成熟期观察到一种冰晶＂吞噬＂现象。冰晶在周围冰晶正常生长的同时发生升华,并且升华过程从温度较低的根部开始。在冰晶升华过程中,有可能于根部生长出新冰晶,最终被新冰晶取代。局部温度场和浓度场的相互作用是产生这些冰晶竞争现象的主要原因。     

低过冷度下抗冻糖蛋白(AFGP8)溶液中冰晶生长速率的理论模型

抗冻糖蛋白是一种具有抗冻作用的特殊生物功能蛋白质分子，可以防止低温环境中生物细胞被冻伤。通过与冰晶的某些晶面相结合，抗冻糖蛋白分子能降低冰晶的生长点温度，而对冰晶的熔点温度无明显影响。冰晶在抗冻蛋白溶液中的生长行为与冰晶在纯水中生长有明显区别。根据晶体生长理论，分析了抗冻糖蛋白溶液中冰晶基面上水分子发生固-液相转变概率与纯水中冰晶棱面上水分子发生固-液相转变概率的差异。在此基础上，结合Jackson理论并将其推广应用于抗冻糖蛋白溶液中冰晶的生长，提出了在低过冷度下抗冻糖蛋白溶液中冰晶沿c轴生长速率的理论模型，应用该理论模型的计算结果与实验数据更加符合。     

抗冻糖蛋白（AFGP1—5）溶液中自由生长条件下冰晶生长激…

根据冰晶生长速率理论，计算了抗冻糖蛋白（ＡＦＧＰ１－５）溶液中自由生长条件下冰晶生长的激活能，这种定量计算对研究抗冻糖蛋白溶液中冻晶生长习性的有重要意义。     

"表面互补"模型--抗冻蛋白通用的分子机理

抗冻蛋白(antifreeze protein,AFPs)是一类能控制冰晶生长和抑制冰晶之间发生重结晶的蛋白质,能在结冰或亚结冰条件下保护生物体不受伤害.AFPs具有两种明显不同的活性--热滞活性和重结晶抑制活性.AFPs虽然在氨基酸序列、物种来源和高级结构等方面具有很大的差异,但都能通过吸附作用与特定的冰晶表面相结合,从而表现出相应的抗冻活性.AFPs与冰晶结合的分子机理主要有"氢键结合"模型和"表面互补"模型,而后者具有更强的优势,已逐渐发展成AFPs通用性的分子机理.目前已测定或建模了三维结构的AFPs都能与冰晶的特定表面形成表面互补,但形成这种表面互补的各种作用力还有待于进一步的研究.     

冷冻浓缩水处理工艺中冰晶纯度影响因素分析

冷冻浓缩水处理工艺的核心是制备颗粒大、纯度高的冰晶.以尿液为试验水样,通过试验研究,分析了冷冻温度、冰晶形态、溶液初温、溶液浓度、种冰、再结晶过程和结晶时间对冰晶纯度的影响,并在此基础上提出了制备高纯度冰晶的途径.     

冬鲽血清蛋白的抗冷冻机理

在南极和北极的一类鱼的血清中，有一种抗冷冻蛋白（ＡＦＰ）．它们能够保护这类鱼在低于一般鱼的冰点以下生存．这是一种非依数性效应．为了解释观测到的热滞（冰晶生长点和溶点的差），本文提出一个吸附的抗冷冻蛋白能够在冰晶生长方向引起冰晶表面弯曲的模型，在生长动力学的基础上并考虑抗冷冻蛋白在溶液和冰晶中的不同溶解度，计算了冬鲽抗冷冻蛋白溶液的热滞，得出与实验较符合的结论．     

初始冰晶浓度对雷暴云微物理和起电过程的影响

为了研究雷暴云中高温区次生冰晶浓度对雷暴云微物理过程和电过程的影响,根据模拟个例的地理位置,更新了原有的三维强风暴动力-电耦合数值模式中的初始冰晶核化公式;并在模式中的-5℃温度层结上均匀播撒了3.0 km×3.0 km×0.5 km的低中高三组浓度的自然冰晶,从而影响了云中次生冰晶的产量。结果表明:1初始冰晶的播撒量与次生冰晶的产量呈正相关;2繁生冰晶的增加使得云中冰晶粒子分布区域向雷暴云上部发展,霰粒子分布区域向雷暴云下部发展,从而增加了雷暴云中冰晶和霰的混合区域;3高播撒的初始冰晶会改变闪电的出现时刻并使得闪电频次明显增多。模拟中算例2和算例3闪电分别增多了24.4%和46.9%。     

极地船换热器中海水-冰晶两相流的流动及传热特性的数值研究

为改善极地船舶在北极航行时换热器的换热以及解决管程的冰堵问题,保障船舶海水冷却系统的运行与控制,基于CFD数值模拟方法,使用欧拉-欧拉双流体模型耦合相间传热传质模型,对海水-冰晶在壳管式换热器入口直管中的流动和传热进行数值模拟,研究入口含冰率和速度对冰晶流动和传热特性的影响.结果表明,冰晶在流动过程中由于融化发生分层现象,增加入口IPF或降低速度,会出现更显著的分层现象且顶部近壁处的冰晶体积分数随之增大.此外,与单相海水传热特性相比,当速度为1.0 m/s时,冰晶会增强传热;当速度为1.5 m/s、IPF小于6%或者速度为2.0 m/s、IPF小于10%时,冰晶对海水-冰晶两相流的传热具有减弱的作用,而且这种影响随入口速度的增加而增大;IPF为20%时,传热系数达到最大值.     

在低过冷度HPLC-6溶液中冰晶生长习性的研究

通过推广冰晶在纯水中的生长理论 ,结合冰晶的空间结构及 HPLC-6分子在冰晶表面的吸附模式 ,计算了在低过冷度条件下 ,冰晶在 HPLC-6溶液中沿 a轴和 c轴两个不同方向的生长速率 ,得到的结果与实验结果符合较好 .     

第一类抗冻蛋白与冰晶相互作用能的简单计算

第一类抗冻蛋白分子上的苏氨酸或缬氨酸对其在冰晶表面的吸附起主要作用,在此观点的基础上,认为抗冻蛋白分子在冰晶表面的吸附依赖于这些氨基酸上的甲基与冰晶的van der Waals相互作用,从理论上计算了第一类抗冻蛋白分子与冰晶的相互作用能,给出了几种第一类抗冻蛋白分子与冰晶的相互作用能.计算结果与实验结果符合较好.     

人体脐带血单核细胞与冰晶间相互机械影响的显微研究

利用低温显微镜观察了脐带血单核细胞在降温过程中与冰晶间的相互机械作用,比较了在不同保护剂情况下有无静电场的降温过程中,冰晶形成和生长以及由此引起的机械作用的变化.结果表明,在脐血中的细胞与冰晶间存在一定的机械作用,静电场的引入在一定程度上改变了冰晶的形成和生长特性,使其细化;不同的保护剂,由于其本身的化学机制不同,对冰晶的抑制影响也不同.     

雷暴云中冰晶粒子对电磁波的极化作用

为了研究雷暴云中冰晶粒子在带电情况下对电磁波传播的影响,利用冰晶粒子的介电常数模型和瑞利近似条件下带电粒子对电磁波的散射模型,推导了电磁波经过雷暴云中冰晶粒子区域时产生极化的计算模型,并进行了仿真和分析。结果表明:在传播过程中,电磁波的极化会受到冰晶粒子所带电荷的影响;冰晶粒子所带电荷量越多,对电磁波极化影响越大;冰粒表面电荷分布角越小,对电磁波的极化影响也越严重;电磁波频率和冰晶浓度越高,对电磁波造成的极化作用也越大,影响电磁波的传输质量。因此,在电磁波经过雷暴云时必须考虑带电冰晶粒子对其传播的影响。     

乙醇胺接枝聚天冬氨酸仿生低温保护剂的合成及性能

基于抗冻蛋白的结构和功能特点,合成了仿生低温保护剂乙醇胺接枝聚天冬氨酸。利用红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H NMR)分析聚合物结构,通过非等温差示扫描量热法(DSC)分析聚合物的抗冻性能并利用光学显微镜观察在低温下聚合物溶液冰晶形态。实验结果表明,聚合物具有良好的抗冻性能。接枝率较高时,具有较好的热滞活性,冰点降低程度较大,冰晶体积较小且较圆润。接枝率80%时,热滞活性最高,达0.44℃,保护剂质量浓度存在阈值为5 mg/mL。该仿生低温保护剂为现代低温保护技术提供了一种新的可能。     

第一类抗冻蛋白HPLC-6溶液中冰晶表面局部曲率的变化

根据冰水相变平衡条件，按已知的HPLC—6分子的空间结构的特点，并结合HPLC—6分子在冰晶表面具体的吸附模式，得到了冰晶表面局部的曲率半径与吸附于冰晶表面的HPLC—6分子在冰晶表面的覆盖度之间的函数关系，这个结果对定量计算HPL-6分子的热滞活性有重要意义。     

离子水合对胞内冰成核与生长的影响

使用Karlsson于1994年建立的细胞内冰晶成核与生长的模型研究了细胞内Na 和Cl-离子的水合对细胞内冰晶成核的影响.对水合层中的水分子数h取3个典型值0.0,1.0,2.0,详细研究了细胞内冰晶的成核与生长过程.取细胞内溶液为H2O-NaCl-丙三醇(Glycerol)三元系统,研究发现随着h值的增加,细胞内最终冰晶体积分数减少,而胞内冰晶成核的起始温度不变.取玻璃化转变对应的冰晶体积分数临界值为10,结果表明h的取值对玻璃化转变条件的确定有本质影响.对H2O-NaCl-Glycerol研究表明,在描述胞内冰成核与成长的理论模型中,h应为一状态函数h([cw,cs,ca],T)(其中cw,cs,ca分别是细胞内H2O,NaCl和丙三醇的质量分数).为进一步完善胞内冰晶成核与生长的模型,必须建立低温下h值与溶液组分、温度之间的函数关系.     

搅拌对冰浆存储冰晶粒径演化的影响

为研究搅拌作用下冰浆存储过程中冰晶粒径演化的规律,基于冰晶动力学事件核模型,利用Fluent软件、耦合多相流模型与数群平衡模型对冰浆存储过程中冰晶粒径演化进行模拟,将平均粒径模拟值与实验值进行对比分析,并对模型有效性进行验证。基于修正的冰晶动力学事件核模型对搅拌作用下冰浆存储过程中的冰晶粒径演化进行模拟,分析单螺旋桨桨叶直径及位置、双螺旋桨桨叶间距对冰浆存储过程中冰晶体积分数分布、冰晶粒径数量密度分布及冰晶平均粒径演化的影响。研究结果表明:桨叶直径对冰晶体积分数分布、冰晶粒径数量密度分布及冰晶平均粒径均有影响;桨叶间距对冰晶体积分数分布影响显著;双螺旋桨能够使蓄冰槽内冰晶分布更加均匀,更能抑制冰晶粒径增长。     

冰浆存储过程中冰晶粒径动力学演化影响因素

为研究冰浆存储过程中冰晶粒径演化的影响因素及其规律,运用群体平衡模型,并通过数学变换,将模型中数量守恒方程转换为质量守恒方程,进而对冰浆存储过程中冰晶粒径分布及演化的影响因素进行数值模拟研究,着重分析添加剂种类与质量分数、含冰率、耗损率等因素对冰晶粒径分布密度及冰晶平均粒径的影响。研究结果表明:在相同添加剂质量分数下,乙二醇和乙醇比氯压钠对抑制冰晶粒径增长的效果好。对于同一种类添加剂,减少添加剂质量分数会降低冰晶粒径增长的速度;含冰率越低,冰浆溶液中冰晶粒径增长速度越慢,而降低含冰率会导致冰浆的蓄能密度下降;耗损率越高,冰浆溶液中冰晶粒径增长速度越慢,增大耗损率会改善冰浆流动性但会增加冰浆制冷的能耗。研究成果为冰浆存储与应用过程中冰晶粒径的控制与预测提供了参考。