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关键词： 磁化水   飞灰   浸出率   响应面法   氯盐   表面张力   黏度  

摘要： 为提高磁化水体系下飞灰中氯盐的水洗去除效果，基于磁化水水浸飞灰中氯盐的单因素试验结果，采用响应面法设计了Box-Behnken试验，建立了线圈匝数、电流频率及固液比3个因素与飞灰中氯盐浸出率之间的数学模型，并优化了飞灰水浸氯盐工艺，结果表明，3个因素对氯盐去除效果的影响程度由大到小依次为固液比、线圈匝数、电流频率。在固液比为0.40、线圈匝数为116 N、电流频率为1.50 kHz的最佳工艺条件下进行了3次平行试验，飞灰中氯盐的浸出率平均值为92.90%,与模型预测值接近。对浸出溶液进行的表面张力和黏度检测分析结果表明，磁化预处理可以有效减小水的表面张力和黏度，从而强化氯盐的水浸效果。

关键词： OME模型   表面活性蛋白   分泌性中耳炎   表面张力   咽鼓管  

摘要： 研究背景分泌性中耳炎(Otitis media with effusion,OME)是以鼓室积液为特征的中耳非化脓性炎性疾病,又称为渗出性中耳炎、鼓室积液、卡他性中耳炎、浆液性中耳炎等,在很多患者中可同时伴有传导性听力下降。分泌性中耳炎可分为急性分泌性中耳炎与慢性分泌性中耳炎,是耳鼻咽喉科、全科医学及儿科临床工作中常见疾病之一。成人及儿童均可发病,但以儿童多见。在儿童患者中其发病率仅略低于上呼吸道感染,是儿童最常见的疾病之一。国外学者曾做过研究调查,通过对健康儿童的鼓膜常规筛查发现,15%至40%的1至5岁儿童患有无症状的OME,这些患者中91%在2岁以内至少有过一次OME急性发作史。OME患者的治疗不及时或者治疗不当,可能会导致鼓膜和中耳的病理变化,如粘连性中耳炎、鼓室硬化、中耳胆脂瘤等,从而使患者面临听力损失的风险,进而可能导致患儿的语言发育延迟。但目前OME的发病机制依然不明确,对OME的发病机制进行深入研究、探索其可能的治疗模式、寻找新的治疗靶点具有重要的临床意义。分泌性中耳炎的发生与多种因素密切相关。咽鼓管(Eustachian tube,ET)的机械性阻塞或功能障碍被认为是OME的重要发病原因之一,感染及免疫反应与OME发病也逐步受到学者的关注。咽鼓管是连通鼓室和鼻咽部的一条狭长通道。咽鼓管功能障碍(Eustachian tube dysfunction,ETD)会导致鼻咽部空气无法进入鼓室腔,使得中耳处于负压状态中,过久的负压状态会影响鼓室粘膜的气体交换,导致粘膜缺氧,血管通透性增加,进而诱发中耳出现渗出液。表面张力是影响咽鼓管功能的重要因素之一。表面张力存在于气体和液体分界处的液体表面,由于液体分子之间的吸引力,使液体表面产生极其微小的拉力,液体的这一拉力称为表面张力。表面张力广泛存在于自然界及人体中,在人体体液如胃液、尿液、消化液、中耳和肺泡内衬层的液膜都有表面张力的存在,对人体有着极其重要的作用。目前研究认为OME的发生发展与咽鼓管的正常开放与否密切相关,而表面张力的变化对于咽鼓管的开放很可能具有直接相关性。表面张力是一个动态变化的过程,受表面活性物质的精确调控。人体中的表面活性物质是磷脂与蛋白质的复杂混合物,具有降低气-液界面表面张力的特性。表面活性蛋白A(Surfactant protein A,SPA)是表面活性物质的主要蛋白质成分,也是肺表面活性物质中含量最丰富的非血清蛋白。SPA可以影响表面活性物质的动态平衡,促进脂质的物理结构发生改变,调节表面活性剂的功能和代谢。SPA在许多身体机能中起着至关重要的作用,但它在OME中的作用却很少受到关注。免疫因素是OME发病机制中的另一研究热点。变态反应及其相关疾病被认为是OME最重要的病因之一。儿童OME患者伴有过敏性鼻炎的患病率高达82%-93%。OME的免疫机制复杂多样,在不同的中耳积液中(如浆液性积液、粘液性积液)炎性介质变化不同,相应的免疫机制也不相同。SPA与宿主的免疫机制及防御细胞密切相关,可通过多种细胞途径促进或抑制免疫细胞活性。SPA是巨噬细胞功能的重要调节者,可以改变巨噬细胞的生物学功能[1,2]。同时,另有学者发现巨噬细胞是体内表面活性物质中磷脂合成和分解的主要贡献者,显著影响表面活性物质的代谢。本研究旨在探讨SPA在OME发生发展中的作用及相关的分子机制。通过构建实验性的OME小鼠模型,检测SPA在分泌性中耳炎咽鼓管组织及分泌物中的表达变化,同时探讨咽鼓管表面张力的改变以及SPA对巨噬细胞迁移的影响。深入研究SPA与OME的关系,对于明确SPA在人体中的作用具有重要意义,有助于进一步了解OME发生发展的机制,为临床工作中OME的预防和治疗提供新的理论依据。研究方案及研究成果第一章:利用灭活肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae,***)建立OME小鼠模型。研究方案:使用体重约15-20 g的健康BALB/c小鼠,经外耳道行鼓室注射灭活***(5μl/耳)构建OME模型。对照组注射磷酸盐缓冲盐水(PBS,5μl/耳)。通过显微镜或耳纤维内窥镜观察鼓膜形态,利用听觉脑干诱发电位(Auditory brainstem response,ABR)及鼓室计评估造模小鼠听力水平及鼓室压力的变化,进一步验证模型构建成功。应用HE染色检测***建立的OME模型的生物学特点。研究结果:***建立的OME模型构建成功,显微镜下可以观察到鼓膜充血及鼓室积液。HE染色可见OME组鼓室粘膜增厚。对照组(PBS组)鼓膜及鼓室无明显变化。2.听功能测试结果提示OME组小鼠ABR检测阈值升高,同时伴有鼓室负压状态,差异具有统计学意义。结论:利用灭活肺炎链球菌建立BALB/c小鼠OME模型,通过观察实验组与对照组有无鼓室积液,ABR变化

关键词： 特种表面活性剂   非水相泡沫   溶解性   液相粘度   表面张力   发泡性能  

摘要： 非水相泡沫在日用化妆品、食品加工、石油化工和多孔功能材料等领域均有着广泛的应用。然而常规表面活性剂在非水相溶剂中却难以起泡，因此，本文探究了特种表面活性剂对非水相溶剂发泡性能的影响，主要选取了八种特种表面活性剂和不同极性的溶剂水、甲醇、甲酰胺、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸苄酯、甲苯、环己烷和癸烷等。全文从特种表面活性剂与非水相溶剂形成的溶液性能出发，分析了非水相表面活性剂溶液的溶解性、液相粘度及表面张力对发泡性能的影响，研究了特种表面活性剂在不同极性溶剂中的发泡性能，通过观察形成非水相泡沫的发泡体积、排液半衰期和泡沫的微观结构，对特种表面活性剂稳定非水相泡沫进行了系统的研究，实验得出结论如下:　　（1）分析了溶液体系的溶解性能和表面活性对泡沫的形成和稳定性的影响。溶液体系的液相粘度总体呈现出增大的趋势，且其在甲酰胺中的液相粘度范围为3.845～3.958 mPa·s,这表明特种表面活性剂在不同极性的溶剂中的溶解性能较好。而溶液体系的表面张力随着特种表面活性剂浓度的增大而呈现出先下降后上升的趋势，其在非水相溶剂甲酰胺中的表面张力值相较于其它溶剂为最大，范围为43.326 mN/m～49.026 mN/m。　　（2）分析了发泡剂的发泡性能并对其进行优选。选取了乙氧基硬脂醇C18E9、氟碳表面活性剂FC-170C、聚二甲基硅氧烷PDMS、乙撑基双十八烷基二甲基溴化铵DDAB、月桂酰基谷氨酸钠LGS、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺CMEA、茶皂素TS和椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱CHSB体系。并对搅拌速率和搅拌时间进行了优选，当搅拌速率和搅拌时间分别控制在8000 r/min和90 s时，溶液体系的发泡性能达到最佳。　　（3）揭示了特种表面活性剂在不同极性的非水相溶剂中发泡性能的影响规律。溶液体系在强极性溶剂中的发泡性能明显高于在中极性和弱极性溶剂中的发泡性能，且溶液体系从弱极性溶剂到强极性溶剂的泡沫含气率和排液半衰期均存在一个范围。当特种表面活性剂的浓度为0.5 wt％或0.7 wt％时，溶液体系的发泡性能和泡沫稳定性达到最佳。C18E9、LGS和TS在非水相溶剂甲酰胺中形成的气泡较为分散，气泡大小不均一，且形成的泡沫微观形貌杂乱无章，而FC-170C、PDMS、DDAB、CMEA和CHSB在甲酰胺中形成的泡沫排列较为紧密，且气泡大小较为均一，此时溶液体系表现出较强的稳定性。

关键词： 湘南   石英脉型锡钨矿床   微量元素   流体包裹体   H-O-S同位素  

摘要： 红旗岭锡钨多金属矿床位于南岭成矿带中段北缘,东坡矿田北东侧,是湘南脉状锡钨铅锌矿床的典型代表之一。根据矿物组合特征及脉体穿切关系,识别出三个成矿阶段:锡钨矿化阶段（S1）、铅锌矿化阶段（S2）以及石英-萤石-方解石的成矿后阶段（S3）。本文通过对红旗岭矿床产出的黑钨矿、锡石、闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿开展电子探针和微量元素等分析,同时开展黑钨矿与石英、萤石等脉石矿物的流体包裹体显微测温和H-O-S同位素分析,总结不同成矿阶段成矿流体的性质和特征,探讨矿质沉淀机制,揭示其演化过程。取得以下主要认识:（1）电子探针测试显示,矿区主要矿石矿物—黑钨矿整体具富铁特征,且从深部演化至浅部,黑钨矿类型表现为中间密集型,指示其形成与深部岩浆作用密切相关。微量元素测试表明,红旗岭矿区黑钨矿具有高Nb、Ta、Sc特征,不同演化阶段微量元素含量随距离深部岩体远近具有一定变化规律。稀土配分模式整体呈现左倾型LREE亏损状态,深部近岩体侧黑钨矿样品与千里山花岗岩配分形式一致,指示早期成钨流体来自千里山深部花岗质岩浆。另一高温矿石矿物锡石中变价态与稳价态元素出现2次先上升后下降情况,推测岩浆热液可能存在两次脉动式出溶。每次岩浆热液出溶为成矿流体补充大量的微量元素,伴随高温矿物的持续结晶,这些元素大量进入矿物相导致成矿流体中相应元素含量降低,进而导致后续结晶的硫化物中的微量元素含量降低。（2）S1阶段黑钨矿及共生石英中包裹体的红外及可见光测温实验结果表明,成矿流体为Na Cl-HO热液体系,黑钨矿中原生包裹体均一温度平均值约高于共生石英40℃。不仅如此,流体经历温度下降伴随小范围恒定盐度,指示黑钨矿析出缘于流体混合以及简单冷却且沉淀早于共生石英。矿床脉石矿物中的流体包裹体整体以HO-Na Cl型气液两相包裹体为主,显微测温结果表明成矿流体属低盐度、低密度流体,温度变化较大。其中S1阶段均一温度为236～377.6℃（平均305.3℃）,盐度为3.55～10.7wt.%Na Cleqv;S2阶段均一温度为206.5～332℃（平均280.7℃）,盐度为1.57～5.11 wt.%Na Cleqv;S3阶段均一温度为170.9～328.7℃（平均246℃）,盐度为0.18～5.86 wt.%Na Cleqv。激光拉曼探针分析显示,脉石矿物中的流体包裹体组分以HO为主,并在S1、S2成矿阶段含有CO及微量N。（3）硫化物δS值范围为-5.91～1.84‰,表明矿床的硫主要来自于岩浆,成矿流体δD值在S1～S2阶段为-51.5‰～-76.6‰,δO_水值在S1、S2阶段分别为-0.9‰～-6.6‰、-10.2‰～-12.9‰,综上研究,表明原始流体来自于深部花岗质岩浆,在成矿期与大气降水发生明显混合,而红旗岭由于其特殊的碎屑岩围岩性质,为岩浆上侵和多种流体混合提供优质空间。该流体混合作用及其引发的自然冷却作用被认为是控制矿石沉淀的关键性机制。

关键词： 含铌精炼渣   黏度   表面张力   界面张力   模型  

摘要： 铌在钢中是一种重要的微合金化元素,既能提高钢的韧性又能增强钢的强度。在目前的铌钢生产工艺中,少量铌被氧化为铌氧化物而进入到精炼渣中。铌元素在渣/钢两相间的分配行为与铌氧化物在熔渣中的物理化学性质密切相关。因此,研究和掌握铌氧化物在精炼渣中的物化性质是精确控制钢液中的镅含量和提高铌收得率的关键。为了研究和掌握铌氧化物在精炼渣中的物化性质,本文以CaO-Al2O3-MgO-Nb2O5四元渣系为研究对象,分析温度、R值（CaO/Al2O3）和Nb2O5含量等因素对熔渣黏度、表面张力、界面张力等物理化学性质的影响,并基于分子离子共存理论和实验测量数据,建立熔渣黏度及表面张力的回归模型,优化该体系熔渣成分,为优化铌微合金化过程提供理论基础和数据支撑。本文主要的工作和结论如下:（1）CaO-Al2O3-MgO-Nb2O5熔渣黏度均随温度的增加而减小,且各组熔渣均表现为短渣的特性;1823 K时熔渣黏度约为0.241-0.299Pa.s。在同一温度下,熔渣R值较低时,熔渣黏度随着R值的增加呈现先升高后迅速降低再增加的趋势;熔渣黏流活化能的变化范围为227.9～272.9 kJ/mol,随着R值的增加其呈现减小的趋势（Eη=296.97-59.13R）。在同一温度下,随着Nb2O5含量的增加,熔渣黏度整体呈现出升高的趋势;黏流活化能的变化范围为206.7～289.8 kJ/mol,随着Nb2O5含量的增加其呈现增大的趋势(Eη=270.44+6.61w（Nb2O5）)。（2）熔渣与BN基板之间初始接触角均大于90°,熔渣与基板基本不反应。基于熔渣与BN基板间接触角数据,结合Dorsey法和Young方程计算得到熔渣表面张力以及界面张力。在温度为1697～1823 K的范围内,熔渣表面张力为622～638 mN/m,熔渣表面张力随温度的增加而降低,随着R值的升高呈线性下降（1773 K时,σ=640.248-14.112R）;熔渣表面张力随着熔渣中Nb2O5含量的增加而逐渐上升(1753K时,σ=626.587+0.334w（Nb2O5）)。熔渣界面张力随着温度的增加而逐渐降低,随熔渣R值的增加而线性降低(1773 K时,σsl=488.361-265.967R),随着Nb2O5含量的增加呈线性增大(1753 K时,σsl=236.189+7.698w（Nb2O5）)。（3）基于分子离子共存理论和实验测量数据,建立了黏度及表面张力的回归模型。模型的计算值与实验值基本吻合,黏度和表面张力的计算值与实验值的平均偏差值分别为4.93%和0.14%。综合考虑,认为当R值为0.9～1.0、温度为1803～1823 K时,CaO-Al2O3-5%MgO-5%Nb2O5四元渣系具有较好的流动性及润湿性。

关键词： 氟表面活性剂   表面张力   氧乙烯基   磷酸酯   磺酸酯  

摘要： 含氟表面活性剂（Fluorinated Surfactants）是一类疏水链段含有氟原子的特殊表面活性剂,相比于普通碳氢烷基链的表面活性剂,其具有更优秀的表面活性、高化学稳定性与热稳定性,氟原子很强的电负性与适当的原子半径起到对碳链的屏蔽作用,使得表面活性剂的化学稳定性更好,可以应用于不同酸碱盐浓度与高温的严苛环境中。在近些年有着很大程度的发展。非离子氟表面活性剂为在溶液中不发生解离或电离的表面活性剂,相比于离子型氟表面活性剂,其表面活性要稍弱,受溶液盐浓度、温度和酸碱性的影响较大,也无法像离子型表面活性剂在解离后表面活性基团由于静电作用从而均匀分散。因此本文首先合成出全氟聚醚磷酸酯阴离子氟表面活性剂,其结构类似于天然磷脂分子结构,生物相容性很好。详细探究其合成过程中醇解磷酸化实验与水解实验的工艺条件,选择不同磷酸化试剂和加料工艺得到最佳方案,解决了磷酸化试剂易吸水潮解造成的加料问题,并首创出简单的含氟磷酸酯表面活性剂的纯化方法,主要原理是无机磷酸盐在特定pH值范围时在某些溶剂的溶解性质不同,达到分离出产物中磷酸杂质的效果,经过热重与表面张力测试,纯化后的产物热稳定性有提高,产物中活性成分增加表面活性有了提高,均说明纯化过程是有效且必要的。之后以全氟己基乙醇聚氧乙烯醚与磷酸化试剂的用量比例、不同氧乙烯数的全氟原料为变量,实验得到的最佳产物的原料比例为3.4:1,全氟聚醚的聚氧乙烷链数为5,其产物的磷酸单双酯比例为5.2:1,其水溶液临界胶束浓度CMC为0.0011 mol/L,最低表面张力γ为17.13 mN/m。含氟磷酸酯表面活性剂的表面活性与润湿效果虽然十分优异,但其在环境中分解后会产生氟化物与磷酸盐物质,磷酸盐会造成水体的富营养化对环境有一定的影响,同时其热稳定性性能稍差。因此在上一章的基础上,将磺酸酯基团引入全氟己基聚氧乙烯醚分子结构中,含氟磺酸酯相比含氟磷酸酯表面活性剂有着更高的表面活性和更好的热稳定性。实验分别选择氯乙基磺酸钠法和羟乙基磺酸钠法两种不同的磺酸酯合成方法,比较了不同工艺条件、反应物用量和不同氧乙烯的全氟原料对产物性能的影响,发现使用羟乙基磺酸钠法得到的产率较高,原料比例为1:1.2,全氟聚醚的聚氧乙烷链数为5时的产物表面活性最优,其水溶液的临界胶束浓度CMC为9.9×10 mol/L,热稳定性以及在聚四氟乙烯板上的润湿性能都要好于磷酸酯产物。实验最后得到结论:不同反应物比例的含氟聚醚磷酸酯产物中磷酸单双酯的比例不同,当产物中磷酸单酯含量较高时产物的表面活性要更好一些,含氟聚醚的聚氧乙烷链段长度会影响分子的亲水性,过长或过短都不利于形成紧密排列的胶束聚集体结构。本文对不同系列的阴离子氟表面活性剂的合成与性能进行探究,对其实际生产及应用有着一定的参考价值与指导作用。

关键词： 直流配电系统   非线性方程   潮流可行解   超平面分离定理   混合势函数   大信号稳定性   吸引域估计   奇异扰动  

摘要： 随着光伏、风电等可再生能源发电机组以及家用电器、电动汽车等电力电子负载的不断发展,直流配电系统越来越受到青睐。与交流配电系统相比,直流配电系统具有功率损耗低、功率传输能力高以及不存在频率同步问题等诸多优点。因此,直流配电系统在许多不同场合得到广泛使用。在直流配电系统中,Droop-DGs通常采用下垂控制,以支持系统的电压;MPPT-DGs通常采用MPPT控制,以实现最大功率输出;负载主要是ZIP负载,即恒电阻负载、恒电流负载和恒功率负载。系统存在稳定的平衡点是直流配电系统稳定运行的前提条件。一方面,由于可再生能源发电机组的存在,使得系统的潮流方程性质发生根本变化,更难以求解;另一方面,由于系统的传输损耗以及负载的增加,可能会使得直流配电系统不稳定稳,甚至导致系统坍塌。直流配电系统可能会因为一些例如线路故障、负载过大等大扰动而变得不稳定。在直流微电网中,直流配电网可能会因为一些例如线路故障、负载过大等大扰动而变得不稳定。此外,为了实现直流配电系统的电流均分和电压恢复,通常对DC/DC变换器进行一定的控制,此时稳定性分析更加复杂。因此,亟需解决直流配电系统平衡点的存在性和稳定性问题。本文针对直流配电系统平衡点的存在性和稳定性开展研究,本文的主要贡献总结如下:(1)针对同时含有Droop-DGs、MPPT-DGs以及ZP负载的直流配电系统平衡点的存在性问题,本文首先将潮流方程为多元二次方程组的可解性问题转化为判断功率向量P是否属于映射F(u)的值域Φ中,即潮流方程可解的充分必要条件是功率向量P属于功率集合Φ。同时,证明了功率集合Φ为凸集。并根据超平面分离定理,推导出了基于LMI的系统潮流方程是可解的充分必要条件。并且,提出了一种基于二分法的迭代算法计算系统的临界参考电压。(2)针对下垂控制的直流配电系统平衡点的稳定性问题,本文首先推导了Brayton-Moser混合势函数在平衡点处的稳定性判据,然后推导出了直流配电系统的Brayton-Moser混合势函数。并且,证明了系统的高电压平衡点是稳定,而所有的低电压平衡点是不稳定的。对于高电压平衡点的稳定性研究,本文首先推导出了Brayton-Moser混合势函数在高电压平衡点处的Hessian矩阵是正定的充分必要条件,即证明了Brayton-Moser混合势函数的局部极小值就是系统的稳定平衡点;同时,利用Brayton-Moser混合势函数,推导出了系统高电压平衡点的稳定性条件。对于低电压平衡点稳定性,运用惯性理论分析了系统在低电压平衡点处的Jacobian矩阵的特征根,证明了Jacobian矩阵的特征根具有正实部,即证明了系统所有低电压平衡点是不稳定平衡点。(3)针对含控制器的直流配电系统平衡点的稳定性问题,由于Brayton-Moser混合势函数理论不能适用于含控制器系统的平衡点稳定性分析。本文研究了含PI控制器的直流配电系统平衡点的稳定性,运用奇异扰动理论,推导出了系统平衡点的稳定性条件,并提出了一种适用于研究含控制器的二次型Lyapunov类型函数。图31幅,表4个,参考文献81篇

关键词： 温度   正己烷液滴   蒸发过程   表面张力   三相线  

摘要： 液滴是液体在自然界中的一种最常见的存在方式,因此诸多领域的科学研究和技术开发都涉及到该现象,如内燃机燃烧、换热器相变强化换热等,掌握液滴的几何演变规律、热质交换特性等具有重要的应用价值。目前国内研究学者的主要研究方向集中在于固体表面液滴、气体中的液滴蒸发的相关机理,而对于柔性物质表面的液滴和液体表面的液滴的研究相对不足。本文针对3种不同的液滴大小(1μl、2μl、3μl),3个不同的基液温度(10℃、30℃、50℃),使用红外热像仪拍摄了在液体表面液滴蒸发的全过程,并得到了其表面温度分布特征与内部流型演变过程;通过使用3D视频显微镜拍摄获得液体表面液滴蒸发的实际成像,并分析了其几何形貌的变化规律与三相线的变化过程;通过使用三维表面测量仪拍摄获得液体表面液滴蒸发时小液滴三相线上的微观图像,分析了小液滴三相线的演化过程以及三相接触线发生收缩、弯曲和破裂的机理,最终得到了如下结论:(1)液体表面正己烷液滴的表面温度可以根据去离子水的温度分为两部分或三部分。去离子水的流动性和不均匀的温度分布会影响己烷透镜的温度分布和内部流动。空气、水和正己烷之间的相互作用使正己烷液滴的表面温度分布和内部流动具有特殊性。去离子水温度的升高逐渐改变了正己烷液滴内的垂直温度梯度和径向温度梯度,并改变了正己烷液滴内浮力对流和热毛细流动的重要性,它们的竞争决定了正己烷液滴内的流动模式。(2)在周向表面张力梯度和径向“表面张力屏障”的共同作用下,强蒸发边缘的正己烷液滴产生周向流动,然后在边缘形成低温区,并在中心低温区和强蒸发边缘之间形成“低温通道”。(3)我们发现正己烷液滴直径的变化可以分为三个阶段:1)扩散阶段;2)收缩阶段;3)瞬间消失阶段。正己烷液滴的初始直径和最大直径开始随着去离子水温度的升高而增大,达到一定峰值后随着碱溶液的温度的升高逐渐减小。当正己烷液滴加入到基础溶液中时,整个溶液的蒸发速率增加,当正己烷液滴蒸发时,溶液恢复到基础溶液的原始蒸发速率。

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性   格子Boltzmann方法   非混相不可压缩流体   雷诺数   阿特伍德数   初始扰动   表面张力  

摘要： 瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,RT)不稳定性作为流体不稳定性的一种,广泛的存在于自然科学以及工程实际中。本文采用基于相场理论的格子Boltzmann模型对细长通道内的多模RT不稳定性进行了数值模拟。首先研究了在较小Atwood数情况下,雷诺数对不混相不可压缩流体的多模RT不稳定性的混合界面演化以及气泡与尖钉的振幅、速度、演化后期加速度系数的影响,结果表明在中高雷诺数时,多模RT不稳定性的演化分为指数增长阶段、非线性阶段和湍流混合阶段。在第三个阶段,RT不稳定性在演化后期诱导界面发生了剧烈的拓扑变化,进而界面发生破裂且混合界面中出现了大量的离散液滴,此时的不稳定性发展到了湍流混合阶段。本文也统计了演化后期的气泡与尖钉的加速度系数,能够得到在演化的后期混合层确实会存在着二次增长,并且气泡与尖钉的加速度系数值分别稳定在0.022和0.025。而在低雷诺数时,RT不稳定性的多模扰动先发生合并形成单一模态,随后相界面动力学行为与单模RT不稳定性情形相类似,表现为重流体和轻流体相互渗透的层流状态。此外,本文还研究了在高雷诺数(Re=10000)时阿特伍德数、界面处初始扰动的放大系数与波长以及表面张力对于多模RT不稳定性演化的影响。数值模拟结果表明,Atwood数对多模RT不稳定性有着显著影响,随着Atwood数的增大,尖钉与气泡的演化越来越不对称,并且尖钉的振幅以及加速度迅速增大,然而气泡的加速度系数基本维持在0.025±0.005,这个趋势与前人实验结果相吻合,并且在不同Atwood数下气泡与尖钉的加速度系数满足实验所测得的量化关系。对于初始扰动的影响,数值结果显示,初始扰动的放大系数和波长的增大对不稳定性的发展能起到一定的促进作用,但是对演化后期的混合层二次增长(演化后期加速度系数来描述)几乎没有影响,表现为失去了对初始条件的记忆的自相似性。对于表面张力,增大表面张力会使得相界面中的离散液滴数目更少,界面混乱程度更低。另外,表面张力对于演化后期的增长大体上表现为先促进后抑制的趋势。

关键词： 饱和流体   对应态模型   热导率   表面张力   汽化焓   气液共存密度差   制冷剂   羧酸   硅烷  

摘要： 流体的物理性质对于许多产品的设计、工艺的设计和工业设备的设计等至关重要。即使是理论物理学家也需要将理论计算结果与物理性质的测量值进行比较。尽管有许多手册和期刊专门用于汇编和审查物理性质数据,并且已经收集了很多流体的物理性质数据,但是对于科学和工业中感兴趣的成千上万种化合物来说,所有需要的实验数据都被测量出来是不可想象的。因此,工程师需要知道一些流体物理性质数值时,可能既没有实验数据,也无法从现有理论中计算出来。通过新的实验可以测量出所需要的物理性质数据,但是测量数据往往费用昂贵并且耗时较长,因此这通常是不太切合实际的。在许多工程应用中,工程师通常只需要对某些物理量的数值进行近似估计。这种情况下,与复杂的、可能更精确的估计方法相比,只需要很少或者不需要输入数据的简单估计方法通常更可取。因此,各种类型的模型被提出来用以估计和预测各种物理性质的数值,这些模型在实际的工农业生产中具有重要的应用价值。本文根据对应态原理,通过定义无量纲的约化变量,研究了饱和液体的热导率预测模型、表面张力预测模型和汽化焓预测模型,以及气液共存密度差的预测模型,并且发展了一种可以适用于以上4种物理性质的约化方法。主要研究内容和结果如下:1.通过定义无量纲的约化温度和约化热导率,验证了对应态原理对于饱和液体热导率是成立的。利用REFPROP数据库中10种制冷剂的热导率数据建立了可用于23种制冷剂和1 1种正构烷烃液体热导率的对应态模型,对于每种液体,该模型需要三相点温度Ttr和临界温度Tc,以及Ttr和0.90Tc处的热导率数据作为输入,然后将其用于预测其他13种制冷剂和11种正构烷烃的热导率数据。结果表明,在Ttr至0.90Tc温度范围内,该模型能够比较准确地再现和预测23制冷剂和11种正构烷烃液体的热导率数据,在34种饱和液体中,21种液体的平均绝对误差(average absolute deviation,AAD)值小于2%,所有34种液体的AAD值均小于5%。2.将用于研究制冷剂和正构烷烃热导率模型的约化温度和约化热导率公式进行修改后,用于研究DIPPR数据库中29种羧酸液体的表面张力对应态模型。利用其中14种羧酸的表面张力数据,为羧酸的表面张力建立了对应态模型,对于每种羧酸,该模型只需要2个温度和对应的2个表面张力数据作为输入,然后将其用于预测其他15种羧酸的表面张力数据。结果表明,该模型可以适用于各个不同的羧酸亚族,可以高精度地再现和预测DIPPR数据库中29种羧酸的表面张力数据,其中14种羧酸的AAD值小于1%,20种羧酸的AAD值小于2%,所有29种羧酸的AAD值均小于5%。3.将用于研究羧酸表面张力模型的约化温度、约化表面张力以及约化距离公式进行改进后,提出了一个可用于计算36种硅烷液体表面张力的对应态模型。对于每种硅烷,该模型只需要DIPPR数据库中存在表面张力数据的最低温度及其对应的表面张力值和临界温度作为输入。根据DIPPR数据库中5种硅烷的表面张力数据确定该模型的两个可调参数,然后将该模型用于预测其他31种硅烷的表面张力数据。结果表明,36种硅烷的AAD值均小于12%,其中33种硅烷的AAD值小于5%。通过与文献中已有的5个对应态模型的AAD值相比较(其中有一个模型也是专门为硅烷表面张力设计的),发现新提出的模型比已有的5个对应态模型更准确。4.对用于研究硅烷表面张力模型的约化温度公式进行改进后,用于研究DIPPR数据库中36种硅烷、81种制冷剂和29种羧酸液体的表面张力模型。建立了一个不需要参考流体,只包含一个指数项的简单对应态模型。根据数据库中全部液体的表面张力数据确定该模型的两个可调参数。对于每种液体,该模型只需要DIPPR数据库中表面张力数据的最大值及其对应的最低温度和临界温度作为输入。结果表明,36种硅烷的平均AAD值为2.75%,29种羧酸的平均AAD值为2.42%,81种制冷剂的平均AAD值为3.32%,所有146种液体的平均AAD值为3.00%。其中99种液体的AAD值小于3%。5.根据用于研究热导率模型的约化温度和约化热导率定义式以及用于研究表面张力模型的约化温度和约化表面张力的定义式,总结出了一种具有普适性的约化方法,将该约化方法用于研究硅烷液体汽化焓与温度的关系。利用DIPPR数据库中7种硅烷液体的汽化焓数据,为硅烷的汽化焓建立了对应态模型,该模型仅包含两个可调参数。对于每种硅烷,该模型只需要该数据库中汽化焓数据的最大值及其对应的最低温度和临界温度作为输入。然后将该模型用于预测其他29种硅烷液体的汽化焓数据。结果表明,在36种硅烷中,其中8种硅烷的AAD值小于1%,30种硅烷的AAD值小于5%,35种硅烷的AAD值小于10%。此外,还利用未包括在DIPPR数据库中的9种硅烷的汽化焓数据,测试了该模型的预测能力,结