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Molecular dynamics simulation of the flow mechanism of shear-thinning fluids in a microchannel

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Chinese Physics B 2024年第4期33卷 516-525页

作者：杨刚郑庭程启昊张会臣 Naval Architecture and Ocean Engineering College Dalian Maritime UniversityDalian 116026China

Shear-thinning fluids have been widely used in microfluidic systems,but their internal flow mechanism is still unclear.Therefore,in this paper,molecular dynamics simulations are used to study the laminar flow of shear-thinning fluid in a microchannel.We validated the feasibility of our simulation method by evaluating the mean square displacement and Reynolds number of the solution layers.The results show that the change rule of the fluid system's velocity profile and interaction energy can reflect the shear-thinning characteristics of the fluids.The velocity profile resembles a top-hat shape,intensifying as the fluid's power law index decreases.The interaction energy between the wall and the fluid decreases gradually with increasing velocity,and a high concentration of non-Newtonian fluid reaches a plateau sooner.Moreover,the velocity profile of the fluid is related to the molecule number density distribution and their values are inversely proportional.By analyzing the radial distribution function,we found that the hydrogen bonds between solute and water molecules weaken with the increase in velocity.This observation offers an explanation for the shear-thinning phenomenon of the non-Newtonian flow from a micro perspective.

关键词： molecular dynamics simulation non-Newtonian fluid microchannel shear-thinning

魔芋葡甘聚糖水合层承载及润滑机理的分子动力学模拟

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高分子学报 2023年第11期54卷 1784-1794页

作者：程启昊郑庭杨刚张会臣大连海事大学船舶与海洋工程学院大连116026

魔芋葡甘聚糖(KGM)溶液具有优良的承载和润滑能力,为研究其微观作用机理,采用分子动力学模拟的方法,阐明了魔芋葡甘聚糖水合层的形成过程,探讨其在模拟工况下(压力范围:0~1000 MPa、剪切速度范围:0.02~1 nm/ps)的承载能力及剪切特性,揭... 详细信息

魔芋葡甘聚糖(KGM)溶液具有优良的承载和润滑能力,为研究其微观作用机理,采用分子动力学模拟的方法,阐明了魔芋葡甘聚糖水合层的形成过程,探讨其在模拟工况下(压力范围:0~1000 MPa、剪切速度范围:0.02~1 nm/ps)的承载能力及剪切特性,揭示了其润滑机理.模拟结果表明,魔芋葡甘聚糖分子与水分子通过氢键形成水合分子,由于吸附效应,水合分子向铁原子层表面吸附聚集构成水合层作为承压载体;在剪切作用下,界面处吸附的魔芋葡甘聚糖水合分子层削弱了水分子与铁原子层的相互作用,从而降低界面剪切应力;魔芋葡甘聚糖分子数过多时,液相层中间部位的魔芋葡甘聚糖浓度增加,造成其周围液相层流动阻力增大,导致界面剪切应力增大.随着剪切速度的增加,KGM与水分子间的氢键随之减弱,从而削弱了KGM水合分子对水分子的约束,导致界面剪切应力随剪切速度的增大而增大.

关键词：分子动力学模拟魔芋葡甘聚糖承载机理润滑机理

魔芋葡甘聚糖水合层的润滑机理与增强效应的分子动力学模拟

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魔芋葡甘聚糖水合层的润滑机理与增强效应的分子动力学模拟

作者：程启昊大连海事大学

学位级别：硕士

多糖类物质是常见的水基润滑添加剂,能够提升水基润滑的承载和润滑能力。研究发现,魔芋葡甘聚糖具有良好的水基润滑特性。本文使用分子动力学模拟方法,通过压缩模拟与受限剪切模拟,分析了魔芋葡甘聚糖分子的水合层形成过程,揭示了魔芋... 详细信息

多糖类物质是常见的水基润滑添加剂,能够提升水基润滑的承载和润滑能力。研究发现,魔芋葡甘聚糖具有良好的水基润滑特性。本文使用分子动力学模拟方法,通过压缩模拟与受限剪切模拟,分析了魔芋葡甘聚糖分子的水合层形成过程,揭示了魔芋葡甘聚糖溶液在固液界面的承载机理和润滑机理。在低浓度魔芋葡甘聚糖溶液模拟结果的基础上,通过向魔芋葡甘聚糖溶液中添加适量的透明质酸分子,探讨了透明质酸对魔芋葡甘聚糖溶液的润滑增强效应,及二者协同承载的作用机理。构建了铁原子层-魔芋葡甘聚糖溶液-铁原子层的分子模型,并在铁原子层上施加0～1000MPa的压力,模拟魔芋葡甘聚糖溶液的压缩过程。研究发现,魔芋葡甘聚糖分子通过氢键吸引水分子并形成魔芋葡甘聚糖水合分子,当魔芋葡甘聚糖在铁原子层表面吸附时,溶液两侧的铁原子层表面将形成稳定的水合层。此时,该水合层将承载压力,相比纯水,魔芋葡甘聚糖溶液的厚度压缩率更低。且当溶液中魔芋葡甘聚糖的浓度越高时,水合层的体积占比越大,液相层厚度压缩率越低,承载能力越好。在上述铁原子层-魔芋葡甘聚糖溶液-铁原子层的受限模型中,在铁原子层上施加0.2～10?/ps的剪切速度,模拟魔芋葡甘聚糖溶液的受限剪切过程。受界面Fe原子的吸附作用,溶液中液相层产生了分层效应,即形成靠近铁原子层的两个水合层以及处于中间部位的自由水分子层。模拟结果显示,相比于界面的水合层,自由水分子层的流动性更强,有利于剪切润滑。魔芋葡甘聚糖溶液的浓度增大时,自由水层的厚度将减小,不利于剪切。因此,适宜的浓度能够获得较大的承载和润滑能力。受人体关节滑液润滑机理的启发,向低浓度魔芋葡甘聚糖溶液模型中加入适量的透明质酸分子,对其承载和润滑特性进行分子模拟。结果显示,加入透明质酸分子有助于魔芋葡甘聚糖分子结构逐渐伸展,增加了魔芋葡甘聚糖与水分子的接触位点,使水合分子层内的氢键总数提高,进而提高了魔芋葡甘聚糖溶液的承载能力。通过分子动力学模拟研究,揭示了魔芋葡甘聚糖水合层的承载和润滑机理,阐明了透明质酸对魔芋葡甘聚糖溶液润滑的增效应源于组分间的协同作用机制,这对水基润滑的工程应用具有参考价值。

关键词：分子动力学模拟魔芋葡甘聚糖透明质酸承载机理润滑机理

喷雾耦合降温强化旋风分离器脱除细颗粒物的研究

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化工学报 2024年第2期75卷 584-592页

作者：陶明清慕明昊程滕王博兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室甘肃省细颗粒物污染控制技术与装备工程研究中心甘肃兰州730000

通过在冷凝换热器前耦合喷雾的方式,将雾化团聚和水汽相变团聚结合以提高旋风分离器对细颗粒物的脱除效果,用于湿式除尘器后近饱和高湿烟气的深度处理。通过开展实验室试验和某金属冶炼厂烟气旁路试验,考察了该技术对颗粒物的脱除特性... 详细信息

通过在冷凝换热器前耦合喷雾的方式,将雾化团聚和水汽相变团聚结合以提高旋风分离器对细颗粒物的脱除效果,用于湿式除尘器后近饱和高湿烟气的深度处理。通过开展实验室试验和某金属冶炼厂烟气旁路试验,考察了该技术对颗粒物的脱除特性。实验室研究结果表明,典型工况下喷雾耦合降温能够显著增强旋风分离器对颗粒物的脱除,比单独喷雾或降温具有更好的增强效果。提高喷雾量和换热器温降,细颗粒物脱除效率先升高后趋于稳定,在温降6℃、喷雾量0.046 L/m^(3)时达到最优脱除效果。烟气温度越高,湿度越接近饱和,细颗粒物脱除效率越高。工业烟气旁路试验表明,该系统适用于湿式除尘后的近饱和高湿烟气,且对波动工况的适应性强,当入口颗粒物浓度不超过2000 mg/m^(3)时,出口颗粒物浓度可保持在20 mg/m^(3)以内,平均脱除效率超过99.2%。

关键词：喷雾冷凝换热器水汽相变团聚旋风分离器细颗粒物

马术骑手髋腰部慢性损伤的影像学和生物力学分析

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医用生物力学 2024年第1期39卷 151-156页

作者：何俊良程克强孙琪邵明昊上海体育科学研究所(上海市反兴奋剂中心) 上海200030 上海市马术运动管理中心上海201599 上海体育大学竞技运动学院上海200438 复旦大学附属华山医院脊柱外科上海200040

目的通过分析专业马术骑手腰椎及髋关节影像学和表面肌电信息,了解马术骑手髋部和腰部慢性疾病发病率,探究骑手慢性疼痛的发病原因。方法选取25名上海市马术运动管理中心马术骑手,按照病史分为慢性腰部疼痛组和慢性髋部疼痛组。同时选... 详细信息

目的通过分析专业马术骑手腰椎及髋关节影像学和表面肌电信息,了解马术骑手髋部和腰部慢性疾病发病率,探究骑手慢性疼痛的发病原因。方法选取25名上海市马术运动管理中心马术骑手,按照病史分为慢性腰部疼痛组和慢性髋部疼痛组。同时选取12名无髋腰部疼痛普通人作为对照组,收集受试者髋腰部相关病史资料和髋腰部X线、磁共振成像及核心肌群表面肌电数据。结果慢性腰痛者腰椎JOA评分明显低于对照组(P程度。

关键词：马术骑手髋腰部损伤慢性损伤影像学检查生物力学

NSCLC患者免疫检查点抑制剂相关性肺炎临床特点及危险因素分析

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解放军医学杂志 2024年

作者：邱丽亮程玖玲王华启郑州大学第一附属医院呼吸与危重医学科

目的探讨使用免疫检查点抑制剂（ICIs）治疗的非小细胞肺癌（NSCLC）患者发生免疫检查点抑制剂相关性肺炎（CIP）的潜在危险因素，以早期识别CIP高危患者。方法回顾性选取2020年1月—2023年6月在郑州大学第一附属医院接受ICIs治疗的72... 详细信息

目的探讨使用免疫检查点抑制剂（ICIs）治疗的非小细胞肺癌（NSCLC）患者发生免疫检查点抑制剂相关性肺炎（CIP）的潜在危险因素，以早期识别CIP高危患者。方法回顾性选取2020年1月—2023年6月在郑州大学第一附属医院接受ICIs治疗的728例NSCLC患者，其中CIP 47例。以47例CIP为CIP组，另选取141例非CIP的NSCLC患者作为对照组。收集两组患者临床资料及第1次免疫治疗前实验室检查、CT影像等，应用FACT医学影像系统软件对患者CT进行肺气肿定量评估，采用单因素和多因素logistic回归分析发生CIP的危险因素。绘制受试者工作特征曲线（ROC）评估上述危险因素对NSCLC患者发生CIP的预测价值。结果 47名CIP患者中，男40例（85%），年龄40～65岁25例（53%），不良事件通用分级标准（CTCAE）分级3级肺炎28例（60%），主要影像学分型为网格型。多因素logistic回归分析显示，白蛋白低（OR=0.889,95%CI 0.808-0.979,P=0.017）、靶向治疗（OR=9.204,95%CI 1.678～50.486,P=0.011）、抗血管生成治疗（OR=0.056,95%CI 0.020～0.161,P<0.001）、低衰减区域百分比高（LAA%,OR=1.227,95%CI 1.053～1.430,P=0.009）是发生CIP的独立影响因素。ROC曲线分析结果显示，联合上述4个影响因素预测NSCLC患者发生CIP的ROC曲线下面积为0.888(95%CI:0.838,0.939)，灵敏度为0.894，特异度为0.801。结论血清白蛋白低、接受一线靶向治疗、LAA%高是发生CIP的独立危险因素，接受抗血管生成治疗是发生CIP的保护因素。采用上述4个变量建立的预测模型可较好地预测NSCLC患者发生CIP的风险。

关键词：非小细胞肺癌免疫检查点抑制剂相关性肺炎危险因素肺气肿

基于电力负荷可调特性的城市楼宇配网优化运行

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南方电网技术 2024年

作者：吕志盛程如昊杨浩文王晓璨厦门市高端电力装备及智能控制重点实验室(厦门理工学院)

城市楼宇是有效促进电能节约和合理利用的场所，有利于加快发展低碳经济。从经济性和可接受度两个方面着手，提出了一种智楼宇电力负荷的多目标优化模型。首先，针对可转移负荷和可缩减负荷，建立与时间/负荷相关的指标，用于描述用户... 详细信息

城市楼宇是有效促进电能节约和合理利用的场所，有利于加快发展低碳经济。从经济性和可接受度两个方面着手，提出了一种智楼宇电力负荷的多目标优化模型。首先，针对可转移负荷和可缩减负荷，建立与时间/负荷相关的指标，用于描述用户参与负荷调节的接受度。然后，以统计周期内负荷峰谷差率最小、可接受度最高、电费最低为目标，建立楼宇负荷组合数学优化模型。最后，基于连续型Hopfield神经网络(continuous Hopfield neural network，CHNN)进行模型的求解。算例分析表明，多目标优化结果能实现用电可接受度条件下有效降低用电费用。

关键词：城市楼宇负荷可调峰谷差经济性可接受度 CHNN

居住型历史地段的空间构型认知与更新实施决策

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国际城市规划 2024年

作者：宋亚程韩冬青庞志宇宋哲昊董亦楠东南大学建筑学院城市与建筑遗产保护教育部重点实验室(东南大学)

居住型历史地段的城市更新具有小尺度、渐进式的特点。面对形态结构难以识别、空间再生难以决策的问题，本研究运用空间构型的方法对街道网络结构及其与地块面域之间的结构进行整合性认知。首先，基于深度、连接性及低连接率3个指标的... 详细信息

居住型历史地段的城市更新具有小尺度、渐进式的特点。面对形态结构难以识别、空间再生难以决策的问题，本研究运用空间构型的方法对街道网络结构及其与地块面域之间的结构进行整合性认知。首先，基于深度、连接性及低连接率3个指标的聚类划分街道网络的构型等级，在此基础上，结合地块与街道的结构关系得到地块面域的构型等级。其次，将该方法运用于南京荷花塘和钓鱼台地段中，形态结构的特征得到了量化呈现。最后，针对上位规划落实、商业开发选址、社区设施提升、历史资源利用等4个方面的实践问题做出研判和建议。该方法不但可以对居住型历史地段的形态认识和更新设计提供科学依据，还具有进一步运用于先期启动决策、多角色参与互动、动态连续管控等技术工具研发方面的潜力。

关键词：城市更新居住型历史地段空间构型形态评估动态决策

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B10铜合金超双疏表面的制备及其性能研究

中国腐蚀与防护学报 2024年第4期 909-917页

作者：张吉昊徐亚程贾学远高荣杰中国海洋大学材料科学与工程学院

采用FeCl3盐溶液刻蚀以及氟硅烷修饰的方法，在B10铜合金基体上成功制备出具有良好耐蚀性的超双疏表面，其对水与乙二醇的接触角分别为158°和151°。采用扫描电子显微镜（SEM）、激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）、X射线衍射仪（XRD）、... 详细信息

采用FeCl3盐溶液刻蚀以及氟硅烷修饰的方法，在B10铜合金基体上成功制备出具有良好耐蚀性的超双疏表面，其对水与乙二醇的接触角分别为158°和151°。采用扫描电子显微镜（SEM）、激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对其表面微观形貌、化学成分进行表征。通过电化学阻抗谱（EIS）测试以及Tafel极化曲线探究了超双疏试样的耐腐蚀性能。结果表明，相较于裸样，超双疏试样的自腐蚀电位正移至-0.248V，腐蚀电流密度(Icorr=2.05×10-6A·cm-2)降低了一个数量级，展现出优异的耐腐蚀性能；在3.5%（质量分数）NaCl溶液中浸泡5d后，超双疏试样的电荷转移电阻仍明显高于裸样，保持着较好的耐蚀性。

关键词：超双疏表面 B10铜合金化学刻蚀耐蚀性