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外分单汊的常曲率弯道水流特征有效模拟

应用基础与工程科学学报 2023年第5期31卷 1095-1109页

作者：宋晓龙陈有俊黄海徐海珏白玉川天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350 天津大学河流海岸工程泥沙研究所天津300350 中国水利水电科学研究院水利部水沙科学与江河治理重点实验室北京100038

针对健康生态环境下的河道系统性向外分汊演化、河道-植物和谐发展现象,以实际河型资料特征统计为基础,设计了外分单汊的常曲率弯道水流特征数模试验,研究了主弯道不同弯曲比率和汊道出口不同开闭条件的影响.汊道的存在对主河道下游蜿... 详细信息

针对健康生态环境下的河道系统性向外分汊演化、河道-植物和谐发展现象,以实际河型资料特征统计为基础,设计了外分单汊的常曲率弯道水流特征数模试验,研究了主弯道不同弯曲比率和汊道出口不同开闭条件的影响.汊道的存在对主河道下游蜿蜒迁移趋势具有强化效应,且此效应以临界弯曲条件(曲率半径/河宽=3.0)为中心向更强弯和更缓弯发展趋势双向扩散.汊道的存在引起弯道下游横断面凹岸侧近底部“强-正涡量区”与凸岸侧近水面“弱-负涡量区”的此消彼长,两者最终相互中和、抵消.汊道出口的自由出流引起弯道下游横断面和整体近床水平面螺旋流强度的大幅减小和强弯条件下弯段上游横断面螺旋流强度的明显增大.壁面切应力在分叉口头部趋小,在局部汇流区趋大,且在汊道出口自由出流时二者均大幅增大,分叉口对应的主河道凸岸侧下游壁面和弯道最下游1/4段床面切应力均降至极低.该研究为河道系统中植物发展的和谐物理空间设计提供了基础性水信息支持.

关键词：外分单汊健康生态环境常曲率弯道水流特征弯曲比率汊道出口条件螺旋流切应力

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基于数值模拟的矩形明渠床面切应力分析

工程科学与技术 2022年第3期54卷 201-208页

作者：黄宇航周晓泉周文桐姚畅周芳龄四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

河道流动受边界切应力影响,边界切应力过大会造成河岸被侵蚀,降低河岸的稳定性,并通过影响泥沙的沉积和搬运,引起河流形态变化。探究河流边界切应力,就是探究河流中水流流动状态、结构特性等问题。由于河流中影响边界切应力的因素多且复... 详细信息

河道流动受边界切应力影响,边界切应力过大会造成河岸被侵蚀,降低河岸的稳定性,并通过影响泥沙的沉积和搬运,引起河流形态变化。探究河流边界切应力,就是探究河流中水流流动状态、结构特性等问题。由于河流中影响边界切应力的因素多且复杂,本文去掉各种不确定的因素,通过数值软件建立一个2维矩形直道明渠流动模型,并运用相似理论对矩形直道明渠模型进行缩尺试验。首先,对5种比尺的均匀流直道模型的流动进行数值模拟,由于该5组直道明渠模型模拟结果统一出来的水位流量关系与曼宁公式推导出的水位流量关系高度一致,因此可以认为该模型模拟出来的参数真实可靠。针对非均匀流的情况,通过欠均匀流和超均匀流的概念,对9组直道模型非均匀流进行数值模拟,运用动量定理对非均匀流直道中心处间隔相同的101个点位进行受力分析,每两个点之间取一次切应力的平均值,再将所有点位的阻力求和,沿程积分得出河床阻力,大大减少水位波动等不确定因素带来的误差影响。最后,推导出通用的床面切应力公式,该公式表明无论矩形明渠的流动是否为均匀流,都可通过水深h、流速u、曼宁糙率系数n这3个参数求出床面切应力。将本文所得公式与现有的4个河床切应力求解公式进行对比,发现本文的公式既符合动量定理,又有物理意义。该研究成果相对于过去常用的方法更为简便,可以将复杂的流体力学问题(求解偏微分方程)变为简单的代数问题。

关键词：水力学矩形明渠切应力数值模拟

水通道蛋白1在切应力调节血管内皮细胞迁移和血管生成中的作用及机制

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中国病理生理杂志 2022年第3期38卷 403-411页

作者：张敏孙玉杜大鹏王小波于建新王汉琴湖北医药学院附属随州医院转化医学研究中心湖北随州441300 湖北医药学院基础医学院解剖学教研室湖北十堰442000

目的:探讨流体切应力作用下水通道蛋白1(AQP1)的表达对血管内皮细胞迁移和血管生成的影响及可能的机制。方法:取雄性C57BL/6小鼠主动脉弓和胸主动脉血管壁组织,用qPCR和Western blot检测体内不同切应力作用部位血管壁AQP1表达的差异。... 详细信息

目的:探讨流体切应力作用下水通道蛋白1(AQP1)的表达对血管内皮细胞迁移和血管生成的影响及可能的机制。方法:取雄性C57BL/6小鼠主动脉弓和胸主动脉血管壁组织,用qPCR和Western blot检测体内不同切应力作用部位血管壁AQP1表达的差异。原代培养人脐静脉内皮细胞(HUVECs),体外采用平行平板流动腔系统给HUVECs分别加载层流(LF,15 dyn/cm^(2)单向层切应力)和扰流[DF,(0.5±4)dyn/cm^(2)振荡切应力],用特异性小干扰RNA(siRNA)转染技术沉默AQP1基因,采用Transwell实验和Matrigel小管形成实验检测HUVECs迁移和血管生成能力;用Western blot检测内皮型一氧化氮合酶(eNOS)Ser1177和Ser633磷酸化水平。结果:在体胸主动脉中AQP1的mRNA和蛋白表达显著高于主动脉弓(P切应力调节血管内皮细胞迁移和血管生成中发挥作用,其机制可能和eNOS信号有关。

关键词：水通道蛋白1 切应力血管生成血管内皮细胞内皮型一氧化氮合酶

切应力通过Pim1/eNOS途径调节人脐静脉内皮细胞NO分泌

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中国病理生理杂志 2020年第1期36卷 17-21页

作者：张敏孙玉唐平静张文君王汉琴湖北医药学院附属随州医院转化医学研究中心湖北随州441300 湖北医药学院附属随州医院麻醉科湖北随州441300 十堰市太和医院超声影像科湖北十堰442000

目的:探讨层流切应力是否可通过Pim1调节内皮型一氧化氮合酶(eNOS)活性,从而调节血管内皮细胞一氧化氮(NO)分泌。方法:体外原代培养人脐静脉内皮细胞(HUVECs),运用平行平板流动腔系统给HUVECs加载层流切应力(15 dyn/cm^2)。采用Western ... 详细信息

目的:探讨层流切应力是否可通过Pim1调节内皮型一氧化氮合酶(eNOS)活性,从而调节血管内皮细胞一氧化氮(NO)分泌。方法:体外原代培养人脐静脉内皮细胞(HUVECs),运用平行平板流动腔系统给HUVECs加载层流切应力(15 dyn/cm^2)。采用Western blot法检测Pim1蛋白表达及eNOS-Ser1177磷酸化水平;硝酸还原酶法检测NO分泌量;利用特异性小干扰RNA(siRNA)转染技术沉默Pim1基因后再检测上述指标的变化。结果:切应力作用HUVECs 15 min,可以显著上调Pim1蛋白表达(P切应力诱导的Pim1表达(P切应力可能通过Pim1/eNOS途径调节血管内皮细胞NO分泌。

关键词： Pim1/eNOS信号通路切应力内皮细胞一氧化氮

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受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动规律

农业工程学报 2021年第13期37卷 121-127页

作者：肖克杨奉广聂锐华黄尔王协康刘兴年彭清娥四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065

山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在... 详细信息

山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在时床面泥沙颗粒增加了向上的附加力,进一步分析泥沙颗粒的受力情况,推导出层流水流泥沙颗粒起动关系表达式。从含沙水流流速分布规律得到启发,雨滴落入层流水流的状态类似于含沙水流,当降雨存在时层流水流流速分布仍然满足线性关系。利用无降雨泥沙起动经典试验数据,确定了拖曳力系数以及上举力系数,发现两者都是沙粒雷诺数的函数。利用已有研究的降雨实测数据,求出了8种降雨强度(0.254~152.4mm/h)下的雨滴直径分布概率密度表达式(R2=0.998),进而求出雨滴的平均直径表达式,并给出受降雨影响的层流水流泥沙颗粒起动切应力计算模型。该研究模型表明降雨的存在使得泥沙起动所需的临界摩阻流速减小。通过与已有研究进行对比分析,该研究建立的受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动计算公式具有最高的精度,平均误差仅为14.8%,能够为山区水沙灾害防治提供理论支撑。

关键词：降雨切应力泥沙颗粒摩阻流速相对暴露度

城市交通拥塞辐射模型及其对路网服务能力损伤研究

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中国公路学报 2019年第3期32卷 145-154页

作者：胡立伟杨锦青何越人孟玲罗振武胡澄宇昆明理工大学交通工程学院云南昆明650500 云南省交通规划设计研究院陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室云南昆明650011

为预防和治理城市路网系统中交通拥塞的辐射扩散以及由此造成的路网系统服务能力损伤,从新的视角对交通拥塞辐射扩散规律进行研究。将毒气在有限空间内的泄漏扩散抽象为交通拥塞的辐射蔓延,首先运用Python软件对高德地图API的WEB服务进... 详细信息

为预防和治理城市路网系统中交通拥塞的辐射扩散以及由此造成的路网系统服务能力损伤,从新的视角对交通拥塞辐射扩散规律进行研究。将毒气在有限空间内的泄漏扩散抽象为交通拥塞的辐射蔓延,首先运用Python软件对高德地图API的WEB服务进行实时路况数据爬取,并对爬取的数据、浮动车数据、SCATS监测的流量数据以及其他交通信息数据进行预处理。在此基础上建立基于高斯烟雨模型的城市道路拥塞辐射时空模型并且充分考虑邻居节点和路段的交通运行状态以及不同道路等级对拥塞传播范围的影响。对模型调节参数U进行标定,得出快速路、主干路U值均为1,次干路U值为0.7。然后通过实例进行验证,结合实际值将模型计算结果与高德地图预测值进行比较,所建立模型的拥塞最大辐射边界、拥塞辐射时间预测精度要更准确,整个拥塞过程模型拟合度较高,模型适用性强。最后在城市道路拥塞辐射时空模型的基础上利用材料力学中切应力对材料的损伤原理,以拥塞某传播方向为研究对象,计算出拥塞辐射传播给路网中的某路段造成的通行能力失效值。分析路网中路段通行能力下降对路网服务能力的损伤影响,进而给出路段重要性识别方法。研究成果可为交通管理部门加强关键路段治理以及制定缓堵政策提供参考。

关键词：交通工程交通拥塞辐射烟雨模型城市道路切应力数据爬虫

结冰云雾参数对冰与固壁间剪切强度影响的初步研究

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航空动力学报 2019年第12期34卷 2627-2634页

作者：肖春华林伟杨升科郭奇灵中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心飞行器结冰与防除冰重点实验室四川绵阳621000

基于结冰风洞实验段,建立了冰与固壁间黏附界面剪切强度测量实验装置,获得了合理的剪切强度范围。在0.3m×0.2m结冰风洞实验段内开展了冰与固壁间黏附界面剪切强度的测量实验。掌握了结冰环境温度、平均水滴直径等结冰云雾参数对冰与固... 详细信息

基于结冰风洞实验段,建立了冰与固壁间黏附界面剪切强度测量实验装置,获得了合理的剪切强度范围。在0.3m×0.2m结冰风洞实验段内开展了冰与固壁间黏附界面剪切强度的测量实验。掌握了结冰环境温度、平均水滴直径等结冰云雾参数对冰与固壁间黏附剪切强度的影响规律。研究表明:结冰环境温度为-15^-10℃间出现了剪切强度极大值。来流速度越大,水滴的惯性力越大,水滴间的间隙越容易被填充,冰与固壁间剪切强度也就越大。平均水滴直径(MVD)为35μm附近出现了剪切强度极小值,水滴直径越小,水滴之间的间隙就越小,结冰就越致密。水滴直径越大,水滴越容易发生平铺,水滴之间的间隙就容易被填充,反而造成剪切强度增大。

关键词：结冰云雾参数剪切强度黏附界面结冰风洞切应力飞机除冰

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某输流管道两种管壁应力作用下的屈曲分析

西北工业大学学报 2018年第6期36卷 1202-1208页

作者：王文浩苟文选王富生刘伟岳珠峰太原科技大学机械工程学院山西太原030024 西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710129

压力管道在航空、航天、机械工程、工业与民用建筑领域以及其他领域有着广泛的应用,失稳屈曲是其主要失效形式之一。首先将复杂的流固耦合问题简化为2种管壁应力作用下的管道屈曲问题。这2种应力是指:垂直于管壁的压应力和平行于管壁的... 详细信息

压力管道在航空、航天、机械工程、工业与民用建筑领域以及其他领域有着广泛的应用,失稳屈曲是其主要失效形式之一。首先将复杂的流固耦合问题简化为2种管壁应力作用下的管道屈曲问题。这2种应力是指:垂直于管壁的压应力和平行于管壁的切应力。其次,采用有限元方法分析了压力管道工作状态和非工作状态的屈曲性能。通过求解和分析,得出以下主要结论:第一,切应力不变,随着压应力的增大特征值屈曲临界载荷增大,而非线性屈曲临界载荷减小。第二,压应力不变,切应力与轴向压力方向相同时,随着切应力绝对值增大,屈曲临界载荷减小;切应力与轴向压力方向相反时,随着切应力绝对值增大,屈曲临界载荷增大。

关键词：管道屈曲非线性压应力切应力

流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性影响的实验研究

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中国环境科学 2022年

作者：刘任静蒋文涛徐凯仁李忠友李潇闵磊梁英四川大学生物力学工程四川省重点实验室四川大学建筑与环境学院宜宾四川大学产业技术研究院

蓝藻水华的爆发问题已经成为湖泊环境焦点问题之一，水动力是影响水华发生的重要条件。切应力作为水动力参数之一，能直接影响水华复苏与消亡。为讨论流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性的影响，本文研究了铜绿微囊藻在0.0、0.3、0.6、0.9... 详细信息

蓝藻水华的爆发问题已经成为湖泊环境焦点问题之一，水动力是影响水华发生的重要条件。切应力作为水动力参数之一，能直接影响水华复苏与消亡。为讨论流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性的影响，本文研究了铜绿微囊藻在0.0、0.3、0.6、0.9 Pa切应力作用下的生长情况，并分析了藻细胞生理指标以及藻液指标的变化情况。结果显示，低于0.6 Pa的切应力能使藻细胞密度和光合色素含量不断增加，从而促进铜绿微囊藻的生长繁殖。其中0.6 Pa对藻细胞生长最有利，此条件既能提高藻细胞光合作用强度和营养盐利用率，又未过度破坏细胞结构。但0.9 Pa高切应力将通过对藻细胞结构的破坏来影响膜渗透性，进而抑制铜绿微囊藻生长与代谢。研究表明，流体切应力对铜绿微囊藻细胞的影响体现为“低促高抑”，即适度切应力能够增强铜绿微囊藻细胞的活性，而高切应力会抑制其生长。本文结果将为湖泊水库等水体铜绿微囊藻水华的预防和治理提供了新的思路和方案。

关键词：水华切应力铜绿微囊藻光合作用细胞膜