模拟生物组织冻结过程计算分析

以冷冻外科为应用背景,用变时间步长法数值求解模拟生物组织（土豆泥）中的一维冷冻过程,当冷刀壁面温度随时间线性变化时,可得到冷冻外科手术时模拟生物组织中各时刻的温度场分布和相变界面的移动速率。并进一步分析了冷刀壁面保持恒定降温速率时,不同介质初始温度和冷刀壁面初始温度对相变区发展过程的影响。     

冷冻外科中一维相变问题的数值解

用变时间步长法求解了冷冻外科手术时模拟生物组织中的一维相变问题。计算方法经与文献比较,简便可行。运用本文的计算方法计算并讨论了不同边界条件下,相变区的温度场分布和无量纲相界面降温速率随Ｓｔｅ数的变化,计算分析表明,相变区的温度基本呈线性分布,无量纲相界面降温速率随Ｓｔｅ数增大而降低,所得结论可对冷刀设计和冷冻外科手术提供帮助。     

生物组织低温作用下相变冻结界面研究

探讨了细胞及生物组织在低温下造成损伤和破坏的机理,给出了生物组织在低温冷冻探头作用下的相变冻结界面半径与低温冷冻探头壁面温度的关系,以及相变冻结界面随时间的变化、相变冻结界面扩展速率随时间的变化关系.     

定量刻画冷冻手术中生物组织损伤度的熵产理论

从不可逆热力学角度出发，建立了有一定通用性、能涵盖各类冻融损伤要素的熵产理论分析方法。基于经典Pennes生物传热方程，导出了描述活体组织传热过程熵产率的热力学模型，初步提出了用以刻画低温手术过程中组织冻融损伤程度的公式，在此基础上，采用有限元数值计算并借助熵产公式，就血液灌注率、代谢产热及手术时间等因素对手术疗效的影响进行了考察，为从组织层次定量刻画低温手术过程中的冻融损伤提供了新的理论途径。     

不同保存温度下生物材料冻结过程中断裂分析

为了预测生物组织低温保存过程中所受到的机械损伤,本建立了一维轴对称柱状模型,模拟计算了降温过程相变界面随时间的移动,壁面温度随时间的变化;组织内温度分布不均引起的热应力随时间变化及其在壁面的分布。主要考虑了最低保存温度的影响,保存温度越低,管壁内部温度变化速率越快,组织内部所受热应力越大;当此应力超过血管壁所能承受的极限应力时,在管壁上会产生裂纹。     

生物组织冻结过程中的应力分析

为了预测生物组织低温保存过程中所受到的机械损伤 ,建立了一维球对称模型 ,模拟计算了降温过程相变界面随时间的移动 ,壁面温度随时间的变化 ;组织内温度分布不均引起的热应力随时间变化及其在壁面的分布。主要考虑了降温速率的影响 ,当降温速率低于某一值时 ,降温速率越高 ,组织内部所受热应力越大 ;降温速率超出这个值 ,组织内的热应力不再随降温速率变化     

磁热疗用磁粉产热率的影响因素

为了研究和开发高产热率磁热疗用磁粉,综合分析了组分与粒径、制备方法、表面包覆对磁粉产热率的影响规律,对这些因素与产热率之间的定性关系进行了总结,并指出了其定量关系的研究方向。结果表明:不同组分的磁粉磁性能不同因而产热率不同,相同组分不同粒径和粒径分布的磁粉对产热率的影响存在一定的规律;制备方法影响粒径从而对产热率有影响;合理的包覆材料和包覆量可提高产热率。     

淬火时间对硼钢板热冲压的作用

现代汽车制造中越来越多地应用硼钢板热冲压技术来减轻车身重量并提高碰撞安全性,淬火时间对该过程中板料热力学行为和组织转变有重要作用。以汽车热冲压件的典型特征结构——U形梁为对象,将马氏体相变动力学模型嵌入硼钢板热冲压全过程热力耦合三维有限元模型中,实现了对该过程中板料热力学行为和马氏体相变的有效预测,预测结果与实验结果吻合良好。揭示了淬火时间对硼钢板热冲压的影响,结果表明,随淬火时间的延长,板料温度和温降速率均降低,温度分布越均匀;马氏体转化率增加,分布趋于均匀,但淬火时间超过22s后,马氏体转化率的大小和分布不再发生变化;最大回弹值减小。     

Cu-2.0Ni-0.5Si合金时效析出动力学研究

研究了不同时效温度和时间对Cu-2.0Ni-0.5Si合金组织和性能的影响,合金经不同温度和时间时效处理后,第二相呈弥散分布,并可获得较高的显微硬度及导电率。通过该合金在500℃时效过程中的导电率变化,同时根据导电率与新相的转变量之间的关系计算出了时效过程中新相的转变比率,从而确定了该合金不同温度下时效时的Avrami相变动力学方程及导电率方程。该合金时效析出过程中以Orowan机制为主,实际强化的结果与采用Orowan强化机制计算的结果非常接近。     

复合相变储能材料制备工艺对其浸渗率和相对密度的影响

本文探索了Na2SO4/SiO2无机盐/陶瓷基复合相变储能材料的自发熔融浸渗工艺制度.讨论了预制体制备工艺的四个主要影响因素:造孔剂含量、成型压力、烧成温度和颗粒粒度与复合相变储能材料的浸渗率和相对密度的关系,分析了熔融盐与预制体浸渗合成时,浸渗温度、浸渗时间以及浸渗方式对复合相变储能材料浸渗率和相对密度的影响.对复合相变储能材料的物相组成和显微结构进行分析,结果表明:制备工艺对复合储能材料的物相组成影响不大,Na2SO4与SiO2两相表现出较好的高温稳定性和相容性,且分布均匀.     

影响血浆冷冻效果因素的数值模拟研究

血浆袋中心点温度降至-30℃是衡量血浆冷冻过程的最终指标,冷冻过程中的降温速率和温度分布均匀性是决定血浆冷冻质量的关键因素。本文通过实验测定了血浆的热物性参数,结合数值模拟方法研究不同冷冻温度对血浆冷冻过程中降温速率和温度分布均匀性的影响。结果表明:降低冷冻温度,可缩短血浆中心达到-30℃所需的冷冻时间,但使血浆内温度均匀性变差;不同冷冻温度时,由于空气与血袋壁面换热能力相对较弱,血浆最高温度均分布在与空气接触壁面附近;通过增大血袋与冷冻箱内壁的接触面积或提高空气的流速、湍流度,可能成为增大血浆降温速率和温度均匀性的重要措施。     

血管影响肿瘤治疗效果的仿真研究

在冷冻治疗中,无论对于正常组织还是病变组织,血管的存在对冷冻治疗效果影响显著,研究血管对于冷冻过程的影响机理意义重大。本文建立了一种基于柔性冷刀治疗系统的三维传热传质模型用于研究血管对冷冻过程的影响,采用周围血管半径为0.7 mm的肿瘤组织作为模拟对象,分别对距离冷刀3、6 mm及垂直方向和水平方向的血管进行研究,分析血管对于温度场的分布,﹣1、﹣8、﹣20、﹣40 ℃等值面的分布特性及组织损伤程度的影响。研究发现,血管越靠近冷刀对冷刀周围温度场的扰动越大,其中X=3 mm处的血管对温度的影响最大,而Z=﹣3 mm处的血管干扰冷冻过程,使组织损伤范围最小。血管与冷刀平行比与冷刀垂直对冷冻过程温度的影响大,但血管与冷刀平行的组织损伤范围大。     

太阳能空调相变蓄冷理论及实验研究

针对一种自制的能够与太阳能空调系统匹配的相变蓄冷材料,建立了蓄冷球蓄\释冷过程数学模型,得到稳态及非稳态工况下蓄冷球内温度分布、蓄\释冷量、蓄\释冷速率的变化规律及影响因素。同时,在相应工况下对单个蓄冷球进行蓄\释冷循环实验,验证理论结果。研究表明,自制蓄冷球能够在170min完成相变。缩小球径、降低冷冻水温度、增大球壁热导率及减小球壁厚度均可缩短蓄冷时间。稳态运行工况下,蓄冷球的蓄\释冷量分别为17.30kJ和16.46kJ;太阳能空调非稳态运行工况下,蓄冷球在165min完成相变,蓄冷量为16.34kJ。     

过冷对共析钢动态相变和组织演变的影响

将共析钢在600-700℃的过冷奥氏体状态下进行单轴热压缩,获得了亚微米级别等轴铁素体 纳米级别弥散分布球化渗碳体的复相组织,其组织演变经历动态相变、片层渗碳体球化、铁素体动态再结晶和纳米级别渗碳体颗粒析出等过程.随着形变温度的降低,过冷度增加,相变动力学过程加快.片层渗碳体的球化程度由球化时间和球化速度控制,形变温度升高使渗碳体球化速度加快,但是相变开始时间及动力学延迟使得用于渗碳体球化和熟化的时间相应缩短,导致球化程度降低.铁素体再结晶和等轴化过程则主要受位错迁移、渗碳体颗粒钉扎的影响,形变温度升高导致较高的等轴化发展速度.     

冷冻外科疗法的组织破坏机制（综述）

冷冻治疗主要是指根据低温对组织细胞有破坏作用的原理,利用低温或超低温清除人体某些病灶的方法。本文探讨冷冻对组织细胞的影响以及组织细胞的损伤机制,以便在临床上利用这些原理,达到最好的治疗效果。组织的降温和复温过程组织受冻后,迅速出现血管反应,首先是浅层微动脉及小动脉收缩,继之毛细血管、微静脉和小静脉也收缩,使浅层血流减少,温度随之下降,继而转为扩张,温度回     

基于微型镓基共晶固定点的温度传感器在轨校准方法研究

介绍了微型镓基共晶固定点的灌注工艺和准绝热相变特性测量系统;结合空腔黑体和非近位安装的温度传感器,研究了Ga-Sn和Ga-Zn共晶固定点的相变温坪重复性和Ga固定点的相变温坪长期稳定性;通过特定的热环境下镓及2个镓基共晶固定点三者熔化过程中温度传感器测量到的相变温坪值,对嵌入空腔黑体底部的温度传感器进行校准,其校准结果与实验室常规校准方法得到的结果差异均小于2mK。实验结果表明:在热环境保持不变的条件下,随着相变时间的增加,相变温坪值就越靠近理论上相变物质的熔化温度,即固定点与温度传感器测孔之间的异位温差越小;对于Ga-Sn和Ga-Zn共晶固定点,温度传感器测量到的相变温坪值与加热功率呈线性关系,零功率下的单点校准温度分别为20.352℃和25.187℃。     

基于堆积床相变蓄热的模型验证及堆积优化

针对堆积床相变蓄热罐,建立二维非稳态连续固相模型,对其蓄热特性进行数值研究。通过模拟结果揭示了蓄热过程中斜温层的变化情况以及换热温差的分布状态。探究了初始温度、传热流体进口温度、相变胶囊直径对蓄热性能的影响,并将所得结果与已有文献进行对比验证。为进一步提高堆积率,结合颗粒堆积理论,提出颗粒直径服从Alfred分布的堆积优化方案。模拟结果显示,该优化方式在蓄热时间少量增加的情况下能显著提高蓄热量,具有很好的优化效果。     

相变储能墙板主被动节能评价方法研究

为评价相变储能墙板应用于主动和被动式节能建筑的热工性能,根据相变储能材料的特性提出了相对时间滞后率、节能效率以及峰温差3个评价指标。在此基础上研制了节能评价装置,利用相变石膏板和绝热材料导热系数参比板(参比板)进行对比实验,对相变储能墙板应用于主动式和被动式节能建筑的节能效果及对室内热环境的影响进行了评价研究。结果表明,相变材料掺量为5%的相变石膏板由初始温度上升至人体舒适温度上限的平均时间比参比板滞后约8.5%,维持室内人体舒适温度所耗电能节约23%,峰值温度低0.9℃。相变储能材料的加入提高了主动式和被动式节能建筑的节能效率,改善了室内居住环境,具有较高的工程应用价值。     

ULCB钢相变产物粒状与板条状贝氏体组织性能研究

对ULCB钢的主要相变组织粒状贝氏体与板条贝氏体进行了力学性能比较,结果显示粒状贝氏体与板条贝氏体是完全不同的两种组织,较高温度相变产物粒状贝氏体组织较为粗大,对强度和韧性有不利影响,而较低温度相变产物板条贝氏体组织对强度和韧性是有益的.     

奥氏体高温转变区二段冷却速率对铁素体相变的影响

采用Gleeble热力模拟机对C-Mn钢热压缩变形后过冷奥氏体高温转变区进行二段冷却速率控制,通过冷却过程中施加微小应变,并根据应力-温度曲线,结合金相组织观察,研究了二段冷却速率对铁素体相变开始温度和相变组织的影响。结果表明:在过冷奥氏体高温转变区冷却相同时间,相对于连续冷却,当前段快冷,后段缓冷时,铁素体相变开始温度下降,相变的铁素体体积分数增加;当前段快冷速率为100℃/s时,铁素体相变开始温度下降幅度能达到100℃,铁素体体积分数增加近1倍。因此,应用前置式超快冷,并随后缓冷的冷却方式有助于提高铁素体转变量,并降低铁素体相变的温度,以细化铁素体晶粒。