血液在可见光及近红外范围内随温度变化的动态吸收特性

人体病变组织的光热效应是皮肤病激光疗法与光学诊断的基础,深入理解血液光吸收特性随温度变化的动态规律对利用激光来治疗葡萄酒色斑(PWS)等血管性疾病具有重要意义。设计并搭建了血液动态吸收光谱实验测量系统,利用常温水浴将血液样品缓慢加热至80℃(0.5～1.0℃·min^-1),每间隔5℃为单位对血液的光吸收特性进行测量,得到了血液在可见光及近红外范围400～1000 nm内随温度变化的动态吸收光谱。实验结果表明,加热过程中血液光吸收特性变化可分为4个阶段:常温至50℃血液吸收光谱基本无变化;50～58℃吸收特性曲线变平缓, 630 nm处吸光度增加为常温下的2倍;随着温度的进一步上升,血液光吸收特性大幅度增加;65℃后略有增加直至不再变化。整个加热过程中,血液吸光度均在970 nm处存在峰值,并且吸收性能随着温度的上升有所增加,这为今后使用该波段治疗较深的顽固病变血管奠定了坚实的基础。     

水力加砂压裂施工用节流器结构优化设计研究

为了减轻流体对水力加砂压裂施工用节流器和套管的破坏,利用FLUENT软件对井筒系统中流体的流场和动压力分布做了数值模拟,进而对节流器入口过渡形状和出口形状进行优化。最后得出如下结论:(1)节流器入口处的流线形过渡形状能够明显减弱节流器空腔的旋流场,是可取的过渡型线;(2)近似流线形的节流器出口形状,是理想的节流器出口截面;(3)上述流线形入口和出口形状的结合使用,能够明显减弱井筒中流体流动对井筒的破坏。     

激光手术喷雾冷却中R404a液滴的蒸发特性

制冷剂低温喷雾冷却是激光治疗葡萄酒色斑的主要辅助手段,可以有效保护表皮不受热损伤.目前采用的R134a制冷剂不易抵消深色人种皮肤的黑色素对激光能量的大量吸收,采用沸点更低的R404a制冷剂可以更好保护黄色与黑色人种的皮肤.针对单个液滴建立了蒸发过程的理论模型,水滴蒸发实验的预测结果与实验结果非常吻合,验证了模型的有效性.利用该模型比较了R404a液滴与R134a液滴的蒸发冷却效果,发现R404a液滴可以达到更低的温度.分析了不同初始直径和环境蒸气质量分数对R404a液滴蒸发特性的影响,所得结果对于黄色和黑色人种激光手术治疗鲜红斑痣的制冷剂喷雾手术有参考价值.     

节流器内液-固两相流固体颗粒冲蚀数值模拟

建立了考虑颗粒碰撞的颗粒冲蚀计算模型,该数学模型包括:在Eulerian坐标系下求解连续相流场;在Lagrangian坐标系下运用离散颗粒硬球模型求解颗粒碰撞;应用半实验关联式求解颗粒冲蚀速率。对水力加砂压裂施工中节流器内液-固两相流的固体颗粒运动和冲蚀特性进行了数值模拟。计算结果表明,固体颗粒密集于节流器入口到出口的一段狭长区域内,冲蚀速率随流体速度呈指数性变化。颗粒直径越大,冲蚀速率也越大。节流器内冲蚀最严重的位置发生在距离节流器出口上边缘10mm以内的局部区域。     

塔式太阳能吸热器表面热流密度预测及优化

以塔式太阳能聚光集热系统为研究对象,耦合蒙特卡洛光线追踪法和卷积法,通过综合考虑定日镜阴影和遮挡因子以及反射光束对热流密度的影响,建立一种精度高、计算量小的吸热器表面热流密度分布预测数学模型,获得考虑光线遮挡、余弦损失、溢出损失及大气衰减等因素时单定日镜及全镜场下的光迹追踪路线及热流密度分布规律。并根据镜场光学效率与镜面所处的位置关系提出一种镜场布局优化方式。优化后12:00时镜场的光学效率从43.5%提高到45.6%,日平均光学效率提高约2%,太阳热流密度分布更加均匀。     

制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却表面温度的快速测量

制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却已经成为激光治疗葡萄酒色斑临床手术中重要的冷却辅助手段,能够保护表皮不受激光的热损伤,提高治疗激光能量,改善治疗效果。针对制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却表面温度快速准确测量的难点,建立了制冷剂闪蒸喷雾冷却实验系统,利用磁控溅射技术直接在被测表面沉积T型薄膜热电偶,对薄膜热电偶测量瞬态表面温度技术进行了详细研究,校核了薄膜热电偶的静态温度特性和动态反应时间,对测得的温度结果进行了巴特沃斯低通滤波处理,比较了滤波截止频率和采样率对滤波结果的影响。     

预测水平管气-液环状流周向液膜厚度分布的理论模型

针对水平环状流液膜厚度沿周向分布的不对称性 ,用 5组双平行电导探针测量了水平管内气液环状流沿周向的瞬态液膜厚度 ,得到了平均液膜厚度沿周向的分布规律 .分析了液膜向上输送的机理 .为更为准确地预测液膜厚度 ,综合考虑了扰动波抽吸作用机理、气体二次流机理及液滴沉降和携带机理 ;通过量级比较和应力平衡的方法 ,提出了一个预测液膜厚度沿周向分布的理论模型 .数值模拟结果表明预测值与实验测量结果符合较好     

减弱节流器中颗粒冲蚀破坏措施的数值模拟

井下节流器是水力加砂压裂施工中的重要元件之一。对在节流器内壁面设置肋条以提高其抗冲蚀性能的方法,采用考虑颗粒-颗粒碰撞的离散颗粒硬球模型进行了数值模拟,并采用半实验关联式计算了节流器内壁面的冲蚀速率,进一步对肋条的几何参数进行了优化。结果表明,设置肋条不仅可以在壁面附近形成类似滚动轮子的流场结构,减弱连续相的流速,还可以将90%以上冲击颗粒的速度降低到0.5 m/s以下,从而明显地提高了节流器的抗冲蚀性能;同时,当肋条高度H为3 mm、宽度B与间距L相同(5 mm),布置4个肋条时可以达到相对最佳的抗冲蚀效果。     

油水分层流条件下腐蚀动力学特性模拟

当石油输送管道内处于油水分层流条件时,管道底部与酸性水层接触极易造成内腐蚀,严重威胁管道安全,传统的静止和单相流条件的腐蚀预测方法已不能指导管道的安全运行,而多相流动、离子传质、化学反应及电极动力学等多种不同尺度的物理化学过程对多相流腐蚀预测提出了挑战。本文基于多相流动特性及电化学腐蚀特性的耦合机理提出了分层流条件下腐蚀动力学模型,首先建立油水三层流传质计算模型,进而基于溶液区域和产物膜内部的传质计算,依据阴阳极电化学反应电流密度与传质通量之间的平衡关系,形成多相流条件下腐蚀预测方法。探究了离子传质、电极反应以及产物膜动态生长的耦合过程对腐蚀行为的作用机理,揭示了CO₂分压、温度对腐蚀发展规律的影响机制。研究发现温度、CO₂分压的改变会导致平衡反应方向的移动,从而改变离子浓度;离子的扩散系数是决定传质系数变化的内在原因;腐蚀速率的变化规律由产物膜生长和电极反应两种因素共同决定：腐蚀产物膜的生长会阻碍反应离子的传质效应,从而抑制腐蚀;而离子浓度的升高或传质增强会加快电极反应,促进腐蚀。