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关键词： 滑溜水压裂   携砂液   充填效果   运移规律   数值模拟  

摘要： 通过滑溜水压裂技术压开油气储层,形成人工裂缝,改善储层渗流面积是开发油气资源的重要措施之一。支撑剂在裂缝中的铺置形态很大程度上影响着支撑裂缝的导流能力,决定着压裂施工的效果。矿场滑溜水压裂常以大排量的方式进行作业,与传统小排量压裂相比,携砂液在地层裂缝中的运动状态更为复杂,运移规律有所不同。研究携砂液中支撑剂在裂缝内的运移沉降过程,尤其是主裂缝中砂堤形成和变化过程,既是提高滑溜水压裂改造效果的要求,也是深入开发油气资源的急需。采用平行板裂缝装置记录了单一主缝内不同黏度滑溜水在不同支撑剂规格、不同砂比、不同排量的条件下的输砂过程,评价了裂缝的充填效果。在此基础上,在不同注入顺序、不同注入时长和不同排量条件下,用分别携带20/40目、40/70目和70/140目的石英砂支撑剂的滑溜水研究了组合支撑剂在主裂缝内的运移和铺置规律,分析了各因素对裂缝充填的影响。同时,用流体力学软件Fluent从数值模拟的角度研究了主裂缝内携砂液中固-液两相的运移规律、砂堤的形成过程和支撑剂沉降规律。结果表明,低黏滑溜水+70/140目支撑剂条件下,排量由5.1 m/min增加至8.2m/min,缝内砂堤高度始终不超过20 cm,前缘到裂缝入口的距离由25 cm增加至50 cm,入口附近未形成砂堤,充填效果较差;排量越大、砂比越低、黏度越大、粒径越小,支撑剂对裂缝的充填效果往往越差;5 m/min时,由低黏到高黏注入,优选1:2:7组合,由高黏到低黏注入则优选1:7:2组合;10 m/min时,由低黏到高黏注入,优选1:3:6组合,不推荐按照高黏到低黏顺序注入;根据物理实验和数值模拟结果可将支撑剂的沉降充填过程均可划分为3个阶段,不同阶段中砂堤轮廓形态未发生明显变化,砂堤高度随着注入时间的增加而缓慢增加,两者在相同时刻砂堤高度基本相同;理想条件下的模拟结果与实验结果仍存在一定差异,分析了可能的原因,为后续改进实验装置,优化研究方案提供了依据。

关键词： 低表面张力型聚羧酸减水剂   分子结构设计   表面张力   减缩机理   收缩  

摘要： 在现代混凝土中,化学外加剂是重要的组成成分。尤其减水剂的应用,使得混凝土的质量有了质的飞跃,极大地推动了现代建筑的发展。但是现代混凝土中普遍使用低水胶比,使得混凝土干燥收缩和自收缩问题日益严重,目前有使用各种措施来改善混凝土的早期收缩开裂问题,但是效果仍不尽如人意。聚羧酸减水剂问世以来,就成为备受瞩目的新一代高效减水剂,具有高减水率、绿色环保、功能可设计性等优点,已在各工程中得到广泛应用。目前有很多学者利用聚羧酸减水剂的分子结构可设计性来合成各种功能型聚羧酸减水剂,实现高减水率的同时又能改善混凝土的其他性能。本文依据聚羧酸减水剂的分子可设计性,根据混凝土干燥收缩机理,合成了一种低表面张力型聚羧酸减水剂SRPCE。先通过酯化反应合成具有聚合活性的低表面张力单体MD,通过对酯化率的测定,确定了最佳酯化条件:酸醇比为3:1,反应温度为130℃,反应时间为4.5h,催化剂用量为4%。然后将MD与甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸等单体通过聚合反应合成低表面张力型聚羧酸减水剂。聚合反应通过控制变量,进行单因素分析,确定了最佳聚合条件为反应温度为40℃,滴加时间3h,保温2h,反应物浓度为40%,APS用量为单体质量的3%,n（AA）:n（TPEG）:n（MD）=20:5:4。采用红外光谱仪（IR）、凝胶色谱仪（GPC）对低表面张力型聚羧酸减水剂进行了分子结构表征及分子量分析。结果表明,产物中有预期的官能团,表明低表面张力单体成功接枝在了聚羧酸减水剂上,GPC表明分子量在20000左右。对比了自制的低表面张力型聚羧酸减水剂（SRPCE）与减缩剂（SRA）、普通聚羧酸减水剂（PCE）的应用性能。SRPCE和PCE的净浆流动度相差无几,SRPCE的流动度损失更小。掺加SRPCE的胶砂28d减缩率为28.6%,具有良好的减缩效果。SRPCE与混凝土适应性良好,具有较好的工作性能,对胶砂、混凝土的强度均无不良影响。掺加SRPCE可以减少孔径为2.5～50nm的孔体积,减少了少害孔、有害孔的数量,优化了水泥的孔结构,对减小干缩起到了显著作用。从溶液的表面张力、Zeta电位、吸附量、蒸发速率和水泥水化方面对低表面张力型聚羧酸减水剂的作用机理进行了分析。结果表明,接枝了MD单体的聚羧酸减水剂可显著降低溶液的表面张力,浓度为2.0%时,可将水的表面张力从72.1m N/m降至35.6m N/m,且表面张力稳定性保持良好;PCE、SRPCE均降低了Zeta电位,并且变化趋势与流动度变化趋势、吸附量一致;PCE、SRPCE的加入均降低了溶液的蒸发速率,减缓了水分的蒸发,一定程度上起到了减缩的效果;对水泥的水化产物及形貌没有特别的影响。

关键词： 格子玻尔兹曼方法   表面张力   空化   非等温单组分多相流伪势模型   多组分多相流伪势模型  

摘要： 空化与气泡溶解的传热传质过程模拟是细观水力学研究领域的重点及难点问题。当前,针对空化泡细观尺度的空化理论尚不够全面和成熟,难以回答诸多影响因素(如壁面或流体性质等)与单个空化泡溃灭强度之间的响应关系,缺乏相关定量研究的有效理论框架和方法。因此,从细观尺度对气泡相变及传热传质过程进行研究具有重大意义。在过去30年中,格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)已经成为研究具有相变、传质、传热等复杂问题的有效工具。因其在计算界面剧烈形变和复杂多相流现象具有显著优势,因此十分适合研究细观尺度气泡动力学。本文基于可单独调整表面张力的非等温双分布(Double Distribution Function,DDF)单组分多相流(Single-Component Multiphase,SCMP)伪势模型,模拟了无限域与近壁区单个空化泡、近壁区上下平行双空化泡和37个空化泡呈六边形排列的动力学过程,首次采用LBM研究了表面张力对空化泡溃灭性质的影响。并改进现有的多组分多相流(Multi-Component Multiphase,MCMP)伪势模型,使其在满足热力学一致性的条件下,实现大密度比、大粘滞比多相流现象的模拟,进一步使用该模型模拟了单个气泡在压力作用下的溶解过程。主要研究内容和成果如下:(1)无限域中单个空化泡的单独溃灭与整个生长溃灭过程,空化泡溃灭压力、速度与温度随着表面张力的增加而增加,相反空化泡寿命则会减少。对于空化泡在近壁区=1.6时的溃灭过程,随着表面张力的增加,溃灭压力、温度与空化泡寿命的变化趋势均与无限域中相同,而溃灭速度则受到壁面的影响,当表面张力为=0.0016时溃灭速度达到最大值。(2)空化泡在无限域中生长时所能达到的最大半径与初始摄入能量几乎成线性关系。表面张力项的增大会使空化泡所能生长达到的最大半径减小,而压力能与热能的增大会使空化泡所能生长达到的最大半径增大。(3)近壁区单个空化泡溃灭时,随着空化泡与壁面之间距离的增加,溃灭压力、速度与温度也将增加,而空化泡寿命则会减少。当<2.2时,空化泡将会受到壁面强烈的阻滞效应,溃灭压力、速度与温度增幅并不明显。当>2.2时,壁面对空化泡的吸引力降低,此时溃灭压力、速度与温度增幅显著。液体粘度对空化泡溃灭温度的影响较小,而气体粘度则会显著影响空化泡溃灭温度。不同无量纲距离下,等温模型所计算的溃灭压力与速度均大于非等温模型的计算值。(4)上下平行双空化泡在近壁区相互作用时,不同工况上部空化泡的形变情况相似。上部空化泡会首先溃灭,溃灭后的冲击波、微射流将会直接作用于下部空化泡。下部空化泡溃灭方向与空化泡和壁面距离、空化泡和空化泡之间距离相关。(5)本文所提出的MCMP伪势模型能够在满足热力学一致性的条件下,实现大密度比、大粘滞比多相流现象的模拟。通过对平行界面与静态气泡的模拟,分析了状态方程缩放系数6)与粒子间作用强度,对热力学一致性、假速度、表面张力和密度分布的影响。随后,研究了压力作用下单个气泡的溶解过程。一旦MCMP流体系统达到平衡状态,溶解的理想气体浓度与气相压力成比例,满足亨利定律。

关键词： 科学思维   教学设计   液体的表面张力  

摘要： 科学思维是我国中学物理课程目标的重要组成部分,也是物理学科核心素养的核心。本研究以"液体的表面张力"为例,针对教学目标的确定、教学过程的设计等问题,通过创设情境、实验探究、模型建构、类比推理、解释交流、任务驱动等环节,对"液体的表面张力"这一主题进行指向科学思维的教学设计。

关键词： 分析仪器   微悬臂梁传感系统   显微拉曼   分子结构   表面张力  

摘要： 分析仪器联用是将两种分析仪器集成到一个系统中,得到一种能同时获取多种信号的分析仪器,克服单一使用分析仪器时仅能获得一种参数的缺点。通过分析仪器的联用,能够获取到多角度和深层次的参数。它是现代仪器分析技术发展的一个重要的方向,广泛应用于各领域,推动研究工作迈向更深入的层次。拉曼光谱作为一种研究分子结构的光谱方法,广泛的用于物质的鉴定和分子结构的分析。显微拉曼光谱实现了微区拉曼特征峰的检测而成为拉曼仪器快速发展的一个方向,与多种观测仪器的联用,推动了这项技术向着实时原位多参数等方向的发展。本文的主要工作是搭建显微拉曼模块与微悬臂梁传感模块为一体的联用,实现对材料结构与表面应力实时原位检测,具体工作如下:1.显微拉曼系统的搭建。该系统主要由信号光路和观察光路组成。信号光路负责实现激光信号的入射,拉曼散射信号的收集;观察光路主要用于白光照明,样品表面微区观察。整个系统光路设计结构紧凑,独立性高,能够方便与其他装置实现联用。对搭建完成的显微拉曼进行信号光路和观察光路的同轴度验证,结果表明该系统具有良好的同轴度,能保证显微镜聚焦位置即拉曼光谱检测分析点。通过使用显微拉曼对无水乙醇检测得到的数据与无水乙醇标准拉曼光谱谱图比对,验证了其测量准确度和系统稳定性。2.对要与显微拉曼系统进行联用的微悬臂梁传感系统进行设计,对其中的主要元器件激光器和光电位置敏感探测器等原件进行选型设计。结合硬件系统与软件系统,成功搭建出微悬臂梁传感系统,并对采集电压值与偏转位移之间的关系进行标定。对微悬臂梁的热工作模式进行实验验证。3.完成显微拉曼-微悬臂梁联用系统的整体搭建。并利用此联用系统对偶氮苯聚合物分子结构和在紫外光/可见光照射下固-液转变时的表面张力变化进行研究。实验主要研究紫外光/可见光交替照射下表面应力实时变化、紫外光/可见光连续交替照射下表面张力实时变化。实验结果表明:紫外光作用下偶氮苯聚合物顺反异构化引起的固-液转变过程中表面张力先增大后减小,然后增大至稳定状态;紫外光/可见光连续交替照射下的偶氮苯聚合物表面张力变化具有重复性;光照强度越强,偶氮苯聚合物表面张力变化越大,变化速率越快。图56 表0 参81

关键词： 投资者关注度   垃圾分类概念股   百度指数  

摘要： 垃圾分类回收问题是影响我国环境保护的一大问题,同样也是导致环境污染和资源回收再利用困难的原因之一。上世纪五十年代,“垃圾要回收分类”为主题的文章在《北京日报》登载,标志着“垃圾分类”的到来。2019年7月1日,《上海市生活垃圾管理条例》将垃圾分类这个话题推向高潮,有关“垃圾分类”的新闻频上热搜。因此,垃圾分类概念股在资本证券市场上也受到了广泛的关注。据东方财富网报道,6月至7月垃圾分类概念股的股价经历了连续二十天的增长,其中该概念下超过80%的股票股价上涨超过10%。但在七月底收盘时,近90%的股票股价是下跌的。这与之前的大涨景象形成了鲜明的对比。为什么垃圾分类概念股前后出现如此大的差异?在这样的情况下,本文以垃圾分类概念股为例,探究当期及滞后期的投资者关注度对股票价格及流动性的影响。其中,股票市场的指标繁多,本文从股票价格和流动性两方面出发,价格用收益率、股价波动率度量,流动性用交易量、换手率度量。投资者关注度的代理变量选用垃圾分类概念股的百度指数,为了细分投资者关注度,引入了新的投资者关注度的代理变量——不同类别的新闻报道,探究投资者关注度对垃圾分类概念股价格和流动性的影响。研究发现:(1)当期基于百度指数的投资者关注度和垃圾分类概念股的收益率呈正向关系,未来一定时期股价会出现反转,会出现投资者关注度与垃圾分类概念股的收益率呈负向关系的现象;当期基于不同类别的新闻报道对垃圾分类概念股收益率的影响则不同,其中正面新闻报道会拉升其股价,与收益率呈正向关系,负面新闻报道会降低其股价,与收益率呈负向关系。在未来一定时期,正面新闻导致的收益率上升会出现反转,负面新闻导致的收益率降低依然会持续。(2)当期及滞后期无论是基于百度指数还是基于不同类别的新闻报道,投资者关注度与股价波动率都正相关。(3)交易量和换手率也同样如此,无论是当期还是滞后期,基于百度指数和不同类别新闻报道的投资者关注度,与交易量和换手率都呈正向关系。

关键词： 涡轮叶片   热效率   流函数   边界层   流动换热  

摘要： 涡轮发动机与航空航天等国防工业密切相关。为了提高涡轮发动机的热效率,需要不断提高涡轮进口温度,这会导致涡轮叶片的热负荷逐渐增大。为了使得叶片能够在这种高温环境下安全工作且有较长的使用寿命,发展高效的叶片热设计技术是关键。对于工业中涡轮叶片的初步设计过程,需要有能够快速求解、且具有一定计算精度的方法。本文基于边界层方法,研究了叶片外部边界层流动换热问题。该方法在保证一定计算精度的情况下,可以快速地求解叶片外部边界层流动换热问题,能够满足工程上的叶片外部流动换热的计算要求。本文建立了边界层控制方程,对于湍流问题求解采用雷诺平均方法,湍流模型考虑了混合长度湍流模型、一方程湍流模型和转捩模型。本文研究了近壁面的处理方法、卷入气流修正以及初始入口轮廓的生成方法等。本文在边界层方法的理论基础上,开发了边界层计算程序,并介绍了软件的设计架构、模块的功能以及使用流程。使用边界层计算程序,对布拉休斯问题、平板湍流问题以及涡轮叶片的流动换热问题进行数值研究,验证了边界层计算程序的正确性,说明该程序可用于求解外部边界层流动换热的问题。通过与商业软件Fluent进行比较,发现该软件的计算效率远高于Fluent。最后,本文将边界层计算程序应用于涡轮发动机研制单位提供的实际涡轮叶片的外部流动换热计算,使用该程序求解了多个工业实际涡轮叶片的外换热问题。与某研究所提供的验证数据进行对比,发现边界层计算程序的模拟结果与验证数据符合较好,说明了边界层计算程序的准确性和实用性,表明本文开发的边界层计算程序对于涡轮叶片的热设计具有一定的实用价值。本文的研究成果对于涡轮叶片的外部边界层流动换热问题的数值研究具有实际意义。本文发展的边界层计算程序参考了某涡轮发动机研制单位的专业设计流程,可以使用叶片的气动设计结果,直接衔接涡轮叶片研究单位上游设计给出的叶片表面压力和温度等气动参数,能够快速得到叶片的外换热数据,大大减少了工程师进行初步叶片设计所需的时间。

关键词： SO3膜式硫酸化   异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠   表面张力   界面张力   乳化性能  

摘要： 异构醇聚氧乙烯醚硫酸盐是由异构醇聚氧乙烯醚经硫酸化、中和后得到的一类阴离子表面活性剂，同时兼有阴离子和非离子表面活性剂的双重性能，在纺织印染等工业上应用广泛。但目前工业产品主要以氨基磺酸为硫酸化试剂制备，应用受到环保等方面的限制，纺织行业急需寻找替代氨磺化工艺的清洁制备工艺。　　本论文主要探究了异构十醇聚氧乙烯醚(EO=3、5、7)和异构十三醇聚氧乙烯醚(EO=3)的SO3硫酸化工艺;制备了不同结构的异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠(103S、105S、107S和133S)，研究了上述4种异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠的性能及应用。　　1.利用SO3膜式硫酸化工艺制备了异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠，优化了异构醇聚氧乙烯醚(1003、1005、1007和1303)的硫酸化工艺条件：磺化器夹套温度分别为40℃、40～50℃、50～60℃和50～60℃;SO3/异构醇聚氧乙烯醚摩尔比值分别为1.10、1.05、1.01和1.05。探究了硫酸化产物异构醇聚氧乙烯醚硫酸酯的热稳定性：在50℃以下，2小时内，异构十醇聚氧乙烯醚硫酸酯稳定性好;在80℃时，2小时内，硫酸酯分解率达到15%～20%，EO数越高，硫酸酯热稳定性越好。　　2.考察了异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠疏水基结构和EO加合数对其相行为、表面性能、界面性能、耐盐性能、润湿性能、泡沫性能和乳化性能的影响，并与直链C12-14醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AE3S)进行了比较，结果表明：(1)异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠的凝胶相区较AE3S窄。(2)临界胶束浓度(cmc)按从大到小排序为：103S>105S>133S>107S>AE3S;cmc时的表面张力(γcmc)按从大到小排序为：103S>105S>107S>133S>AE3S。133S和AE3S的动态表面张力和接触角最低，达平衡所需时间较短。(3)加入NaCl可有效降低正癸烷与异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠水溶液之间的界面张力(IFT);同浓度下，正癸烷/133S水溶液的IFT最低。(4)碳链结构相同，EO数增加，耐盐性增强。(5)相同条件下，异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠的润湿性优于AE3S。碳链结构相同，EO数增加，润湿性增强。(6)异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠的乳化性能优于AE3S;碳链结构相同，EO数增加，乳化性能增强。(7)103S、105S、107S的起泡性与稳泡性明显不及AE3S，133S的起泡性比AE3S好，但稳泡性比AE3S差。　　3.考察了异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠在纺织工业上的应用性能。结果表明：(1)103S、105S、107S、133S和AE3S的最大耐碱浓度分别为：80g/L、90g/L、100g/L、40g/L和90g/L。(2)异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠耐碱渗透性优于AE3S。(3)相比于AE3S，异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠的毛效差。　　4.考察了4种异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠与DTAC复配体系的配伍稳定性、油/水界面张力和接触角。结果表明：(1)EO数增加，复配体系稳定性越强;EO数相同时，133S/DTAC复配体系水溶液澄清范围最窄。(2)与单一组分相比，复配体系与正癸烷之间的IFT下降2～3个数量级;其中133S/DTAC体系与正癸烷之间的IFT可达到10-3mN/m数量级。(3)复配比为8/2时，对固体石蜡膜的润湿性最好。

关键词： 呼吸机引起的肺损伤   重力   表面张力   剪切稀化   粘弹性   溶剂粘  

摘要： 急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种严重的肺损伤疾病。当肺泡微小气囊中的细菌或病毒攻击肺泡毛细血管膜（ACM）并严重破坏它时,就会发生肺损伤。ACM的破坏使其更容易穿透肺液,从而导致液体阻塞肺泡。液体阻塞的肺泡或肺水肿不仅会阻止肺泡进行气体交换,还会使肺表面的活性剂失活。在该情形下,ARDS患者无法正常地给他们的肺部充气,必须转移到重症监护病房（ICU）。在ICU中,这些患者应接受机械通气（MV）治疗以维持生命。然而,尽管MV相关策略有所改进,但死亡率仍然很高。MV涉及通过引入空气指重新打开这些液体阻塞的气道,希望使其再次正常充气和恢复ACM。然而,空气指在脆弱的气道结构上的传播会在薄气泡尖端附近产生高水平的水动力,并进一步使损伤复杂化。研究表明,在穿透气指附近产生的水动力会进一步恶化ACM,并上调炎症级联反应。早期的计算研究报道了微气泡或空气指在充满液体的气道中传播的流体力学及其生物反应。然而,之前的研究无法捕捉到可能在体外或体内实验中发现的复杂气道结构中的物理效应,如表面张力、重力、剪切稀化以及粘弹性。此外,气道网络由大量不对称分叉结构组成,可能会影响细胞变形和肺损伤。同时,粘液是一种非牛顿流体,其剪切稀化、非零屈服应力和粘弹性等特性也会改变水动力应力的大小和相应的细胞坏死。我们这项研究目标是深入确定复杂的上皮结构和流体特性如何影响MV期间空气指诱导的细胞损伤。除此之外,本论文旨在利用流固耦合（FSI）模型的稳健计算方法,研究表面张力、重力、非牛顿流体剪切稀化和粘弹性如何影响微气泡或空气指诱导细胞损伤的流体力学和水动力学。 更重要的是,我们在这项研究中指定了一个假设,即表面张力、重力、剪切稀化和粘弹性可能会影响肺损伤的程度。此外,我们还假设上皮细胞与传播的气液界面之间的相互作用会影响局部应力场,且这种相互作用可能会增加或减少气道壁细胞上局部应力梯度的大小。为了检验这些假设,我们建立了一些稳健的计算模型,更好地捕捉了体内和体外流体阻塞气道中复杂的FSI。 本学位论文的具体研究内容如下: （1）本论文研究的第一个目的是研究表面张力和重力对不对称分叉气道中微气泡传播和水动力学应力的影响,以找到重力和表面张力对气泡诱导上皮细胞损伤的敏感性。我们考虑气道是不对称分叉的,上层子气道的半径是下层的一半。在空气轨道欧拉-拉格朗日移动网格技术帮助下,使用有限元方法求解稳定的斯托克斯方程。重力和表面张力分别用邦德数（Bo）和毛细管数（Ca）来定义,并研究了它们对微气泡传播的影响,以及薄泡尖端附近的压力梯度的大小。研究发现,通过增加Bo,微气泡渗透到上层子气道,从而增大压力梯度的大小,但下层则减小。同样,增加Ca,导致沿壁的薄膜厚度增加,子气道壁的压力梯度减少。由于应力的大小与气道半径成反比,与下层气道相比,上层子气道观察到更多的损伤。通过研究可知,表面张力是比重力更具破坏力的因素。 （2）我们寻求粘液的剪切变薄/粘性和表面张力如何影响中风期间的细胞损伤。如前所述,气道是不对称分叉的。更重要的是,这里的粘液被假定为具有剪切稀化行为的非牛顿流体。粘液的剪切稀化特性采用著名的幂律模型进行描述。我们假设粘液的剪切稀化特性/行为与伪塑性流体羧甲基纤维素钠1%溶液相当。在本论文研究中,我们评估了分别以流体行为指数（n）和Ca为特征的粘液粘度和表面张力的影响。结果表明,增加n和Ca都会导致膜厚度和沿气道壁的压力梯度减小。通过研究可知,液体粘度和表面张力的增加,会导致上层子气道中细胞损伤数目增加,反之亦然。同样,表面张力是造成细胞死亡和肺部损伤的主要物理因素。 （3）最后,我们探索了粘液的粘弹性如何影响气道重新开放期间的上皮细胞损伤。该研究能够捕捉到粘液的粘弹性在中风期间的重要作用。我们研究了微泡在直线通道中的传播情况。该流体被模拟为Oldroyd-B流体。分别用Ca、Weissenberg（Wi）数和研究了表面张力、松弛时间和溶剂粘度,并研究了其对气泡流动模式和沿壁应力大小的影响。结果表面,在低Ca时,压力梯度的量级很大,随着Ca的增大而减小。此外,利用Wi和研究了粘弹性的影响。在给定下,增加Wi,可以减小压力梯度。然而,随着的增加,对于给定Wi,压力梯度会被放大。上述结果表明,对于粘弹性越强的流体,细胞变形和损伤的机会就越少。然而,溶剂的粘度往往会在MV期间增加上皮细胞的坏死。 我们希望我们的计算模型将有助于我们更好地模拟表面张力、重力、粘液剪切稀化和粘弹性特性如何影响对患者进行机械通气时微气泡引起的细胞损伤。本文研究可能能够提供一些有关MV期间微气泡诱导细胞损伤机制的新信息。

关键词： 分子动力学   深度学习   微尺寸   热导率   势函数  

摘要： 近年来由于消费电子设备、新能源汽车行业的需求增长,半导体行业迎来了高速发展,以半导体芯片为代表的微纳电子设备的尺寸已经缩小至十纳米以下。微纳电子设备结构紧凑并且功率较高,这要求更好的热管理技术以解决其散热问题,通过分析纳米级系统中的热输运性质可以更好地控制微纳电子设备的导热性能。分子动力学方法被广泛应用于预测材料的热学性质,其结果的准确性与势函数有关,深度学习算法可以作为一种有力的工具来开发分子动力学模拟中的精确势函数。本文以分子动力学方法研究了锗晶体与锗烯纳米带的热输运性质。首先以晶体锗为研究对象比较了平衡态(EMD)与非平衡态模拟(NEMD)两种方法研究材料导热性质的一致性,研究表明NEMD模拟的结果更好与实验值更接近。在此基础上使用NEMD方法研究了二维与三维材料中的不同因素对其热导率的影响:对于锗晶体研究发现模拟时的温度、体系的长度和空位缺陷对材料热导率影响较大;对于锗烯纳米带模拟发现不同的手性、纳米带的长度和模拟时选取的势函数对其热导率影响较大。文中从晶格动力学和声子传播的角度对相关现象作出了解释,为纳米尺度材料的热管理提供了相应的模拟数据借鉴。通过上述研究发现,分子动力学模拟中势函数对结果的影响较大。为了得到更加准确的势函数,本文最后一部分采用深度神经网络生成了晶体锗的原子间势函数,该势函数是通过AIMD中的能量与力的数据训练得到的。首先将深度势预测的能量和力的误差与AIMD的计算结果进行了比较,另外基于此势函数得到了晶体锗的声子色散曲线和200到800K下的晶格热导率,研究表明深度势可以较好地给出材料的二阶和三阶力常数。最后我们将该深度势应用于分子动力学模拟晶体锗的热导率,模拟中深度势不仅很好地保留了材料的结构而且在300K下模拟得到的热导率与实验测量值吻合较好。本研究为预测微纳体系的热输运性质提供了一种高精度的解决方案,表明深度神经网络是模拟微纳尺度传热的有力工具。