基于LBM伪势模型下的三维大密度液滴撞击壁面数值研究

伪势多相MRT-LBM(多重松弛时间格子玻尔兹曼方法)模型由于理论简单,自动形成两相界面等特点,被大量应用于多相流中的液滴撞击以及气液相变等数值模拟问题。该文基于二维和三维大密度伪势MRT-LBM模型,研究了三维条件下的单液滴和连续双液滴撞击壁面过程。结果表明:三维MRT-LBM能很好地实现对单液低撞击过程的模拟,且能精确地捕捉不同润湿特性下的撞击过程。该模型在液滴碰撞的模拟中与实验结果吻合程度较高,较高的液滴雷诺数与亲水程度有利于液滴在壁面上的铺展。     

锚索倾角对不同截面悬浮隧道运动响应影响研究

张力腿式悬浮隧道通过张紧的锚索连接使其淹没于深海中,锚索倾角对波浪作用下的悬浮隧道的运动特性有重要影响。该文基于势流理论,将锚索系统进行简化,由水平和垂直方向的线性弹簧代替,建立二维时域模型,计算波浪与张力腿式悬浮隧道的相互作用问题。采用高阶边界元方法对物体表面以及自由水面进行离散,通过相应的边界条件建立积分方程求解物体表面速度势。应用Newmark-β法求解悬浮隧道管体的运动方程,分析悬浮隧道在不同入射波浪条件下的运动特性,针对圆、椭圆、耳形和双圆四种截面形状结构在不同锚索倾角下随入射波波频变化的运动响应进行分析比较。结果表明锚索倾角对结构的运动影响较大,结合四种截面在不同锚索倾角下的水平和垂直方向运动可知50.63°-56.25°范围内结构在波浪作用下会比较稳定。水平方向椭圆截面的位移变化随着波浪角频率的变化最为平缓且位移值较小。垂直方向圆截面的位移变化随着波浪角频率的变化最为平缓,其余三种截面变化趋势相似但位移值在共振处差异显著,双圆结构共振峰值最大,椭圆与耳形相近。该研究可为悬浮隧道设计后续的其他计算模型和结构整体的运动分析提供数据参考。     

基于FLAC3D的饱和-非饱和渗流场初始化方法

建立与真实状态相近的初始渗流场是正确分析边坡降雨入渗的重要前提。鉴于目前FLAC^3D中的饱和-非饱和渗流场初始化方法寥寥无几,提出并详细介绍了饱和-非饱和渗流场初始化的设置方法。根据5种分布形式的基质吸力,按照其基质吸力线性分布和非线性分布规律提出了2种对应的初始化方法:对于线性分布的基质吸力运用MIDAS建模和FLAC^3D内置FISH语言进行渗流场初始化设置;对于非线性分布的基质吸力,用函数来表示其复杂几何形态的地下水位面具有一定的难度,不适合大面积推广应用,将地下水位面简化成一平面后,可利用FISH语言编程进行渗流场初始化设置。通过与常规渗流场初始化方法的计算结果对比,初始渗流场对边坡降雨入渗最终计算结果有较大影响,初始渗流场与真实状态越相近,其计算精度越高。     

基于集对分析联系数的合肥市水资源承载力评价

为科学指导合肥市水资源综合规划与管理,在综合分析水资源承载力与水资源-社会经济-生态环境系统相互关系的基础上,从支撑力、压力、调控力子系统选取13项指标,建立合肥市水资源承载力评价指标体系,运用集对分析联系数评价模型对合肥市2011-2016年水资源承载力进行综合评价。结果表明:合肥市2011-2015年水资源承载力评价等级为3级,2016年为2级,整体形势严峻,承载能力较差,但已有所改善,发展趋势良好;运用减法集对势理论,确定指标人均水资源量、产水模数、植被覆盖率、人口密度、水资源开发利用率、生态用水率是导致合肥市水资源承载力不足的主要因素。     

非饱和土基质吸力测试技术的分析与实践

非饱和土力学是目前岩土力学研究的热点和难点,土水特征曲线体现了非饱和土体的持水能力,它是非饱和土力学研究的核心问题之一。现场试验和室内试验通常针对非饱和土的基质吸力进行测试,从而获得有效的土水特征曲线。基质吸力的测试方法很多,主要包括张力计法、滤纸法、热传导探头法、渗析法、时域反射计法、压力板仪法等。着重对使用较为广泛的张力计法、滤纸法、时域反射计法、压力板仪法、热传导探头法进行归纳介绍及实践应用分析。     

常用屋顶绿化基质材料的保水性能

研究在饱和状态、反复干湿循环和自然蒸发3种情况下常用屋顶绿化基质材料陶粒、草炭和保水剂的保水性能。通过抽真空饱和试验得到基质材料的蓄水性能,试验发现基质材料混合后实测饱和含水量大于理论推算值,分析了导致材料混合使得蓄水性能大幅提高的原因。采用反复干燥吸水试验证明陶粒和草炭具有良好的热稳定性,而保水剂在较高温度烘干时主分子链易断裂,反复吸水和烘干后其保水性能大幅降低。常温常压蒸发试验表明在含水量较高时,三者蒸发速率与自由水面蒸发的相当,随着含水量降低,保水性能越差的基质材料蒸发速率降低越快,合理添加保水剂能有效改善基质材料保水性能。     

页岩气藏改造体积的快速确定

对影响页岩气单井产量的基质渗透率、人工裂缝(长度、条数)、天然裂缝(导流能力、连通性)及吸附气量等诸多参数进行模拟。结果发现,页岩气单井产量与上述参数均呈正比,而与天然裂缝间距成反比。通过大量的数值模拟计算进行了图版绘制,用BP人工神经网络法对各因素与改造体积的关系进行训练,以快速确定任意条件下的改造体积形状和大小。     

高分子基质和光学-氧压敏感涂料性能的关系

基于氧对荧光的淬灭作用,由荧光探针和高分子基质组成的氧压敏感涂料(PSP),是用于风洞测量空气动力学模型表面空气压力分布的新型压力传感器.研究荧光探针和高分子基质对PSP压力灵敏度的影响,可以为提高压力传感器的测量精度提供向导.实验将聚甲基苯基硅氧烷、三氟氯乙烯-醋酸乙烯酯、聚二甲基硅氧烷和聚甲基氟丙基硅氧烷分别与芘丁酸(PYB)和N,N,N’,N’-四甲苯基联苯胺(TBD)两种荧光探针共混,观察其荧光发射的氧猝灭作用.结果表明,PYB在上述聚合物中的氧猝灭灵敏度和响应时间随聚合物的透氧性而变化,属于扩散控制机理;在氮-氧转换时荧光猝灭时间响应也与聚合物的氧透过率一致;而TBD与4种聚合物的相互作用导致荧光发射光谱不同程度的位移,即TBD/聚合物体系的氧猝灭灵敏度与探针-聚合物的相互作用相关,而聚合物的氧透过率影响不明显.     

Evaluation of apatite-coated chitosan microspheres for bone regeneration

The apatite-coated chitosan microspheres were fabricated by incubating chitosan in five times simulated body fluid. The apatite deposited on the microspheres was similar to natural bone mineral, as demonstrated by scanning electron microscopy, X-ray diffraction spectra and Fourier transformed-infrared spectroscopy analyses. Rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells （BMSCs） were seeded on apatite- coated microspheres to investigate the effect of this scaffold on cell proliferation and differentiation. BMSCs seeded on uncoated microspheres were served as a control. In vivo experiment was evaluated by transplanting the microspheres loaded with or without BMSCs in 5-mm cranial defects of Wistar rats. Bone regeneration was investigated via micro-CT and histological analysis. It was found that apatite-coated chitosan microspheres could significantly promote the proliferation and alkaline phosphatase activity of BMSCs compared with uncoated microspheres. Histological slices and Micro-CT images at 8 weeks revealed much better regeneration of bone in the apatite-coated microspheres loaded with BMSCs than the control. In addition, the defect filled with pure microspheres induced little new bone formation. Our findings suggest that the apatite-coated chitosan microspheres scaffold is a promising carrier of stem cells for cranial bone tissue engineering.