单个蛋白质气泡的振动特性分析

根据粘弹性材料有限变形的应变能密度函数、Maxwell模型的松弛函数及气泡的变形梯度张量,推导出蛋白质气泡有限变形的应力方程.并结合气泡的动力学方程,得到气泡在内外压力差、弹性有限变形应力及粘性耗散应力共同作用下内径的非线性振动方程.利用该方程,通过数值模拟方法,对蛋白质气泡有限变形时的振动特性进行了分析,研究了气泡内外压力差、膜的厚度、膜的粘性以及气泡大小对气泡振动特性的影响.结果表明,蛋白质气泡的振动具有非线性特性,当初始压力差不同时,气泡的振动频率、振幅、速度的变化是不同的,停止振动时的大小也不相同;增加膜的厚度和膜的粘性会抑制气泡的振动,增强气泡承受载荷的能力;对于大小不同的气泡,尺寸较小的气泡振动频率高,速度衰减慢.     

存在内外质量交换的声空化泡动力学模型

对于空化微气泡的动力学研究多基于气泡内外无质量交换的Rayleigh模型。考虑了气泡内外的物质交换,泡内气体分子数量,即气泡平衡半径成为变量,进而将Rayleigh模型推广到有质量交换的情形。通过数值计算,获得稳定平衡半径,以及它与驱动声压的相关性。结果表明:在低声压驱动下,气泡稳定平衡半径随驱动声压增大而减小;而在高声压下,气泡稳定平衡半径随驱动声压增大而增大,稳定平衡半径-声压曲线存在一个转折点。     

振动力对流化床内气泡行为影响的数值模拟

为了分析振动力对气-固流化床中气泡行为的影响,探究振动力改善流化床中颗粒流化状态的深层原因,采用计算流体力学方法,运用Fluent14.5及PBM模块模拟了振动流化床中气泡的尺寸、上升速度及床层波动等变化规律,通过物理模型构建、数学模型修正、网格划分、边界条件设定、实验验证等环节,揭示了振动力加入前、后床内气泡尺寸分布、气泡上升速率沿高度分布、床层压力的脉动信号变化的周期性等的变化特征。结果表明:未加振动时,气泡尺寸分布比较均匀,大气泡较少,气泡直径随着床层高度增加而增大;加入振动后,气泡在床内分布不均匀,大气泡较多;在气泡上升初期,气泡直径不断变大,气泡上升速度也不断增大,而后期气泡上升速度不断减小;床层压力脉动信号的周期性明显增强。     

多泡液体的声频散

气泡流体的波传播模型很多,但直到描述微泡运动的RP方程的出现,才可能给出气泡流体中卢波传播的严格数学模型.本文首先建立多泡流体中波传播的波动方程,然后结合微泡运动的RP方程,给出多气泡流体中的声速表达式.     

一种考虑时延的双气泡耦合振荡模型

基于单气泡Keller-Miksis振荡方程,在考虑时延的情况下,建立了一种双气泡耦合振荡计算模型。该模型将气泡振荡的周期分成若干份,初始扰动引起第一个气泡的半径在极短时间内变化而产生振荡并辐射声压,声压在传播一定时间后作用到第二个气泡,第二个气泡同样在短时间内做耦合振荡并反馈到第一个气泡,然后重复此过程。利用数值仿真在此模型的基础上分别研究了气泡振幅、半径、间距等参数对耦合振荡的影响。结果表明:初始扰动越大、两个气泡半径越接近,气泡耦合效应越明显;初始半径和平衡半径较大的气泡对耦合振荡有显著影响,振荡的频率向低频移动;气泡间距越大,耦合效应越弱;在某个特定距离处,气泡耦合效应的阻尼会异常减小或者增大。     

浸没排气过程声信号与流场振荡规律研究

采用流体体积(Volume of Fluid,VOF)模型和威廉姆斯-霍金斯(Ffowcs Williams and Hawkings,FW-H)模型对浸没排气过程声信号进行数值模拟,研究竖直向下浸没排气过程声信号产生机制及理论依据。将模拟结果与实验结果进行对比,验证模型的适用性和准确性。研究结果表明,声信号与流场流动状态相关,气泡间分离和气体再注入过程引起的气泡体积剧烈振动是影响气泡流声信号产生的关键因素。在同一深度处,在径向上声压随位置的变化服从指数衰减,在周向上声信号呈现球源信号传播特点。     

声二极管中声传播模型研究

提出一种数值计算模型以描述声子晶体和包膜气泡群构成的声二极管中声传播。声子晶体中的声传播基于有限差分的方法数值求解,而微气泡中的非线性声传播采用非线性声波方程耦合微气泡振动方程求解。数值模拟的结果与已报道的实验结果相符合,证明了数值模型的有效性。在此基础上进一步讨论了包膜气泡参数改变对声二极管整流比的影响。     

斜拉索在平面内的非线性自由振动分析

根据小垂度拉索的受力特性,给出其在平面内发生横向振动的非线性自由振动方程,该方程不仅反映了拉索的Irvine参数及各模态对其自振频率的影响规律,也反映了拉索各模态之间的相互耦合作用。针对拉索发生单模态振动的情况,将上述的方程简化为一个带平方项的Duffing方程,并运用平均法给出了它的近似解析解。最后,结合具体的工程实例,分析了拉索的有关动力特性,并与数值方法进行了对比。     

超声微泡造影剂的低频动力学行为

低频超声联合微泡造影剂有可能用于治疗肿瘤,因此开展造影剂低频的动力学特性研究是十分重要的。将低频声场(26.2kHz)中有壳和无壳的微泡造影剂视为以流体为负载的非线性振子,由带耗散函数的拉格朗日方程导出在不可压缩的粘滞流体中造影剂球对称振动的运动方程,利用球谐振腔和Mie散射技术对CO2微泡和带人白蛋白壳的全氟丙烷造影剂微泡进行了气泡散射光强I(t)曲线的实验测定,结果与数值模拟曲线相一致。表明:有壳和无壳的造影剂微泡在低频稳态空化时同样呈现大幅膨胀、迅速塌缩和回弹的非线性振荡;如处于内径较小的微血管中,微泡周期性大幅度(>血管内径)膨胀收缩将会引起血管轴向破裂,形成微血管栓塞;而在塌缩相,微泡内的气体被急剧压缩,泡内压强急剧增大,易在泡壁不稳定处形成高速微射流,诱发内皮细胞损伤而形成血栓。     

单摆大振幅振动的解析逼近解

构造了单摆大振幅振动的高精度解析逼近周期和周期解.首先,利用Maclaurin展开和Chebyshev多项式加速技术将单摆振动方程中的正弦型恢复力用三次多项式近似代替,得到一个Duffing型方程;然后,将牛顿法与谐波平衡法结合起来建立Duffing方程的解析逼近周期及周期解,从而给出单摆振动的解析逼近解.因此,在求解过程中避免了关于参数的非线性代数方程组的出现,只需解线性代数方程组就能建立单摆振动的解析逼近周期及周期解.几乎在振幅(初始摆角)的全部取值范围内,与数值方法给出"精确"周期及周期解比较,得到的解析逼近解都有很高的逼近精度.     

关于声致发光机理研究

1　引　言　　近年来声致发光已成为热门课题 ,其机理研究已取得重要进展。由于其马赫数较大 ,微扰法无法利用 ,故借助于数值方法来求解。在求解实际气泡内的方程组的过程中 ,将气泡表面的振动方程作为动态边界条件 ,而用得最多的是 Rayleigh- Plesset方程 ,简称 R- P方程。本文将就此方程的可靠性作一探讨。此外 ,还对高温粘滞及热传导系数及等离子体物理问题作一些讨论。2　气泡的有限振幅振动　　流体中的欧拉体系的方程组为　　ρjdudt=-△ p (ζ 43η) .u η 2 u　　 dρjdt ρj .u=0　　 p =p(ρj,s,xi)式中 ζ,η是流…     

一类矩阵方程组带有子矩阵约束的最小二乘中心对称解

约束矩阵方程问题在控制理论、振动理论、工程和科学计算等领域具有重要应用.基于共轭梯度法的思想,本文构造了一种算法,以寻求一类矩阵方程组的带有子矩阵约束的最小二乘中心对称解.在没有舍入误差的情况下,该算法经过有限步迭代得到了矩阵方程组带子矩阵约束的最小二乘中心对称解,而且,通过选择一种特殊的初始矩阵,得到了矩阵方程组的带子矩阵约束的最小范数最小二乘中心对称解.数值实验显示该算法具有较快的收敛速度.     

三自由度偏心索风致振动稳定性分析

索结构在表面覆冰后在横截面上引起偏心,在风荷载作用下面内、面外两个横向振动与扭转振动会耦合在一起,动力学状态较为复杂.该文建立了悬索风致振动的三维耦合振动模型,将风荷载表示为攻角的非线性函数,通过Hamilton 原理导出动力学方程.采用Galerkin 法将控制方程离散化,根据Routh-Hurwitz 判据得到索平衡构形在参数空间内的稳定域,确定了发生Hopf 分岔的临界风速,并且用数值解验证了稳定性条件.在给定的Hopf 分岔设计点附近,采用近似解析方法确定了稳定域的边界形状,节省了一定的计算工作量.     

超声造影剂SDA的巨非线性参量

1　引　言近年来 ,含微气泡液体的非线性声学特性引起了人们极大的兴趣。液体中的空气泡是很好的声散射体 ,能产生强的超声散射信号。液体中气泡的非线性振动 ,尤其是在它们的共振频率附近的非线性振动 ,使得它们的存在能够增强液体的声学非线性效应。因此 ,研究含有微气泡的液体的非线性声学特性是非线性声学领域也是它的应用领域的一个重要课题。例如 ,利用含微气泡液体的非线性声特性是水声学中用来增强声参量阵效率的一个有效方法。媒质的非线性声特性可以用非线性声参量 B/A来描述。到目前为止的所有文献上 ,液体、生物流体和组织的非…     

圆形薄膜自由振动的理论解

本文研究圆形薄膜的自由振动。首先根据哈密顿原理建立薄膜横向振动的动力学方程,然后采用分离变量法,导出时间t\、径向坐标r和环向坐标 变量分离的2个二阶常微分方程和1个贝塞尔方程并分别求解,求得周边固定圆形薄膜、扇形薄膜自由振动的理论解,从而得到固有频率及其振型的解析表达式。最后,应用ANSYS有限元计算软件计算上述几种类型自由振动的频率及其模态并与理论解比较。ANSYS有限元数值解与理论解二者十分接近,理论解是有限元数值解的下限。     

转动悬臂梁自由振动分析的人工参数法

分析转动悬臂梁的自由振动问题,通过综合运用解析法和数值方法解决悬臂梁振型函数过于复杂的问题.由于系统本身具有不能忽略的几何非线性因素,使所得到的系统的控制方程为一个强非线性方程.通过引入人工参数的方法,得到系统自由振动的一阶近似解.与采用数值方法得到的系统的自由振动曲线比较表明,采用人工参数法所得到的一阶近似解有较好的精度.     

一类离散时间代数Riccati矩阵方程异类约束解的双迭代算法

本文研究在最优控制系统中遇到的离散时间代数Riccati矩阵方程(DTARME)异类约束解的数值计算问题.首先对多变量DTARME中的逆矩阵采用矩阵级数方法进行等价转化,然后采用牛顿算法求多变量DTARME的异类约束解,并采用修正共轭梯度法求由牛顿算法每一步迭代计算导出的线性矩阵方程的异类约束解或者异类约束最小二乘解,建立求多变量DTARME的异类约束解的双迭代算法.双迭代算法仅要求多变量DTARME有异类约束解,不要求它的异类约束解唯一,也不对它的系数矩阵做附加限定.数值算例表明,双迭代算法是有效的.     

泡沫塑料成型气泡膨胀阶段气泡振动机理的研究

本文研究在气泡膨胀阶段,气泡振动的机理,分析振动产生的原因,特别通过对气泡膨胀方程的简化,揭示气泡振动的主要本质和影响因素,为研究气泡振动对气泡膨胀过程的影响,严格控制泡沫塑料成型加工提供理论依据。     

泡沫塑料成型气泡膨胀阶段气泡振动机理的研究

本文研究在气泡膨胀阶段，气泡振动的机理，分析振动产生的原因，特别通过对气泡膨胀方程的简化，揭示气泡振动的主要本质和影响因素，为研究气泡振动对气泡膨胀过程的影响，严格控制泡沫塑料成型加工提供理论依据。     

基于OpenFOAM的含不凝气蒸汽气泡冷凝模拟

对初始蒸汽质量分数在0.5以上的干空气-蒸汽混合气泡在过冷水中的冷凝过程进行了数值研究。基于开源软件包OpenFOAM中的icoReactingMultiphaseInterFoam多相流求解器对以上问题进行模拟。采用的相界面追踪方法是流体体积方法（VOF）,并结合连续表面应力模型（CSF）,相变Lee模型以及k-ε模型建立三维数值模型。所建立的数值模型的计算结果能够较好的和实验结果匹配,表明了此模型能够很好的对含不凝结气体的蒸汽气泡直接接触冷凝的行为进行预测。结果表明：气泡体积稳定后,气泡的形状会出现震荡;在冷凝过程中,气泡的边界附近存在温度梯度;气泡的冷凝时长与过冷度和气泡初始直径呈非线性关系;终端等效直径与气泡初始直径呈线性关系,并且对于初始不凝气含量高的气泡,其终端等效直径随初始直径的增大而增长更快;小间距的竖直气泡对,下方的气泡中的蒸汽的凝结会被抑制。