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海洋工程 2018年第5期36卷 49-55,73页

作者：张博强郭海燕刘震中国海洋大学工程学院山东青岛266100

钢悬链线立管(SCR)的非线性动力响应会在复杂的海洋环境下发生改变。以钢悬链线立管为研究对象,采用细长柔性杆理论,考虑波浪与振荡剪切流联合作用,建立钢悬链线立管运动方程并进行有限元离散,在时域中求解,编写相应计算程序,通过算例... 详细信息

钢悬链线立管(SCR)的非线性动力响应会在复杂的海洋环境下发生改变。以钢悬链线立管为研究对象,采用细长柔性杆理论,考虑波浪与振荡剪切流联合作用,建立钢悬链线立管运动方程并进行有限元离散,在时域中求解,编写相应计算程序,通过算例研究钢悬链线立管在波浪与振荡剪切流联合作用下的动力响应变化规律。将振荡剪切流与一般剪切流进行对比,得到突发海况下振荡剪切流对钢悬链线立管动力响应的影响规律,为复杂海洋环境下的工程设计提供依据。

关键词：钢悬链线立管振荡剪切流有效张力曲率

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介入式血泵振动特性及振荡剪切流对红细胞的影响研究

介入式血泵振动特性及振荡剪切流对红细胞的影响研究

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作者：冯云昊中南大学

学位级别：硕士

介入式血泵以介入的方式从血管内植入心脏,与传统的机械循环辅助装置相比,具有微创、准确、安全、高效、适应广、并发症少等优点;同时,介入式血泵超高速的旋转以及悬臂无支撑的运行状态会带来几类严重的振动问题:血泵转子及悬臂结构产... 详细信息

介入式血泵以介入的方式从血管内植入心脏,与传统的机械循环辅助装置相比,具有微创、准确、安全、高效、适应广、并发症少等优点;同时,介入式血泵超高速的旋转以及悬臂无支撑的运行状态会带来几类严重的振动问题:血泵转子及悬臂结构产生的直接振动、非定常流场产生的流致振动、以及振动流场诱发的红细胞变形损伤问题。因此,本研究以自主研发的介入式高速微型血泵为研究对象,针对其振动特性展开深入研究,并从模态振动、流固耦合振动两个角度对介入式血泵进行优化设计。此外,还探究了红细胞在振荡剪切流场中的动力学行为,提出了对介入式血泵中红细胞变形和损伤的初步判定方法,本文的主要内容如下:(1)兼顾植入位置、植入方式、工作状态、参数要求等因素,初步确定了介入式血泵的整体结构,从模态振动分析的角度完成了对介入式血泵悬臂结构和叶轮结构的优化设计。(2)搭建了液体动压润滑-转子-动压轴承一体化系统瞬态仿真模型,仿真结果显示优化后的Pivot-轴承支承方式可以使转子呈现相对稳定的振动趋势;建立了血泵非定常流场和瞬态振动单向流固耦合求解模型,揭示了流场作用下转子的振动响应机制。(3)提出了针对双凹红细胞模型的变形和损伤判据,揭示了振荡剪切流场中红细胞运动变形规律;对介入式血泵中红细胞的变形和损伤情况进行了初步判定。(4)对介入式血泵进行激光测振实验,验证了流固耦合振动仿真的准确性,证明优化过后的转子结构及支承系统结构的振动可靠性,同时验证了结构相对薄弱的后导叶表面振动也在可接受的范围之内。图84幅,表19个,参考文献94篇

关键词：介入式血泵振动特性结构优化振荡剪切流红细胞

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振荡剪切流中微液滴变形的数值模拟

振荡剪切流中微液滴变形的数值模拟

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第十届全国流体力学学术会议

作者：赵庚尧潘定一邵雪明浙江大学航空航天学院工程力学系

本文采用耗散粒子动力学(DPD:dissipative particle dynamics)方法研究了在不同振荡剪切流下的液滴变形情况。DPD是由分子动力学模拟发展而来的一种粗粒化的方法。与分子动力学模拟相比,DPD方法能模拟更大的空间与时间尺度,从而减小计... 详细信息

本文采用耗散粒子动力学(DPD:dissipative particle dynamics)方法研究了在不同振荡剪切流下的液滴变形情况。DPD是由分子动力学模拟发展而来的一种粗粒化的方法。与分子动力学模拟相比,DPD方法能模拟更大的空间与时间尺度,从而减小计算量。本文模拟中,取基于液滴半径和流场剪切率的雷诺数范围为Re=0-0.015,毛细数范围为Ca=0.1-0.4。研究结果表明,在正弦振荡剪切流中,随着振荡频率增大,液滴最大变形率随之减小。当无量纲振荡频率(ft,t=ηR/σy为液滴松弛时间)大于2时,液滴不再发生明显的变形,这与Milan等人(2018)基于格子玻尔兹曼方法的模拟结果一致。本文进一步研究了矩形波形态的振荡剪切流中微液滴的变形情况,与定常剪切流中的液滴变形相比,在相同的Ca数下,矩形波振荡剪切流中的液滴变形率较小,接近于等效剪切率下稳定变形率。振荡频率对矩形波振荡下的稳定后液滴变形影响不大。

关键词：振荡剪切流液滴变形控制频率耗散粒子动力学

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振荡剪切流中液滴变形及乳浊液流变特性研究

振荡剪切流中液滴变形及乳浊液流变特性研究

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：赵庚尧潘定一邵雪明浙江大学航空航天学院工程力学系

乳浊液在生产生活中广泛存在,并有许多应用,如石油、橡胶、食品、化妆品。乳浊液有许多非牛顿性质,如低浓度下的剪切变稀,高浓度下的屈服。乳浊液的流变特性研究、本构模型构建是一个复杂的多尺度问题。乳浊液及其中液滴存在于复杂环境... 详细信息

乳浊液在生产生活中广泛存在,并有许多应用,如石油、橡胶、食品、化妆品。乳浊液有许多非牛顿性质,如低浓度下的剪切变稀,高浓度下的屈服。乳浊液的流变特性研究、本构模型构建是一个复杂的多尺度问题。乳浊液及其中液滴存在于复杂环境中,最简单可以从振荡剪切流开始研究。本文采用耗散粒子动力学(DPD:dissipative particle dynamics)方法研究了不同振荡剪切流下单个液滴变形情况及乳浊液体系的流变特性。对于单个液滴,其在一个周期的变形响应一开始是不可逆的,逐渐变成可逆的,即达到稳定状态。初始状态,一个周期中剪切时液滴变形率增加量?D大于松弛时减少量?D;而稳定状态时,则有?D=?D。在雷诺数较小时,稳定状态变形率的平均值与频率无关,而在雷诺数较大时稳定状态变形率的平均值与频率相关。本文通过分析发现小雷诺数下液滴变形率松弛与加载曲线基本可以重合,大雷诺数下则不重合。此外,两种雷诺数下,稳定状态液滴变形率的最大值、幅值均与频率相关。为了研究乳浊液的流变特性,本文首先通过模拟两个液滴碰撞过程确定模拟过程中液滴间润滑力的参数。本文通过对乳浊液体系施加振荡剪切,测量其流变特性,得到储能模量G’和损耗模量G’’的变化情况。本文分析了不同相体积分数φ,不同液滴半径,不同液滴初始布局(FCC、HCP、随机分布)对G’和G’’的影响,并通过分析乳浊液内液滴变形和结构,解释其流变特性产生的机理,进一步尝试建立其本构模型。

关键词：振荡剪切流液滴破碎乳浊液流变特性 DPD

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微流控芯片中表面修饰颗粒的操控及实验研究

微流控芯片中表面修饰颗粒的操控及实验研究

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作者：陈积良西安建筑科技大学

学位级别：硕士

在微纳系统中，存在着众多天然的或人工的自生成“微马达”运动现象。人工合成的微纳颗粒物从其周围的“燃料”溶液中获得能量驱使自身持续运动是一种典型的“微马达”自驱运动。近年来，这一运动在生物传感、功能材料、靶向药物输运、... 详细信息

在微纳系统中，存在着众多天然的或人工的自生成“微马达”运动现象。人工合成的微纳颗粒物从其周围的“燃料”溶液中获得能量驱使自身持续运动是一种典型的“微马达”自驱运动。近年来，这一运动在生物传感、功能材料、靶向药物输运、凝聚态物理等领域呈现出了潜在的应用价值。人工合成的Pt-SiO2型Janus颗粒可以利用其表面的Pt与其所处环境中的H2O2溶液发生催化分解反应，在颗粒物的表面建立非对称的分子数浓度梯度驱动Janus颗粒产生持续的自驱运动。然而，Janus颗粒的这一自驱运动行为具有极大的随机性，限制了其在工程上的实际应用，对其实现运动方向的精确调控将大大的改观这一局面。本文探索了借助外加电场对Janus颗粒自驱运动的随机性进行间歇性的抑制，实现了其在短程距离的来回往复穿梭运动。本文首先通过理论分析的方法针对Pt-SiO2型Janus颗粒的自驱运动机理和运动特性进行了阐述，得出了Janus颗粒自驱运动过程存在布朗运动、自驱运动、类布朗运动三个阶段的结果。当颗粒运动的特征时间在T R（T为平动特征时间， R为旋转特征时间）的范围内时，它表现为自驱运动，其运动方向具有较好的定向性。接着，用Matlab软件计算了Janus颗粒介电响应CM因子随频率的变化关系，用COMSOL Multiphysics数值仿真软件分析了叉指条带型电极的空间电场分布。最后，运用实验的方法研究了叉指条带型电极中纯SiO2颗粒和Janus颗粒的介电响应，与理论分析相呼应，得出高频电场下Janus颗粒呈pDEP并被吸引到电极边缘。另外，Janus颗粒被吸引到电极边缘时保持Pt侧朝电极外，SiO2侧朝电极内的唯一稳定姿态。本文利用数值仿真的方法计算了颗粒的电势能，确定了Janus颗粒的Pt与SiO2侧的分界面与电极内部呈60的夹角时，颗粒表面具有最低的电势能，从而解释了Janus颗粒保持这一姿态的合理性。最终，再结合Janus颗粒自驱动阶段运动具有定向性的特点，在条带型电极上以一定的电场频率和电场开关周期操控H2O2溶液中的Janus颗粒，让Janus颗粒在介电响应和自驱运动两个状态之间反复切换。最终，实现了Janus颗粒在条带型电极内部的来回穿梭往复运动。这一研究结果将有助于Janus颗粒在生物医学领域沿既定轨道向某指定目的地装载、输运、卸载药物等研究的应用。对于单分子DNA力学特性的研究有助于揭示其基因表达的机理，本文所使用的聚合酶链式反应（PCR）和非特异性连接反应所形成的“颗粒-DNA-颗粒”微球组合是一种研究单分子DNA的有效方法。此外，尝试了利用链酶亲和素和生物素之间的非特异性反应固定这一组合中一个颗粒在微管道基底上，再使用振荡剪切流操控另一个微球来研究DNA反复拉伸的特性，并估算出了DNA的弹性系数。

关键词： Janus颗粒自驱动介电电泳定向调控 DNA 振荡剪切流

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