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面向免疫凝集微流控检测的电控混沌混合方法

仪器仪表学报 2014年第3期35卷 685-690页

作者：郭建江张荣标杨宁徐佩锋江苏大学电气与信息工程学院镇江212013 常州工学院电子信息与电气工程学院常州213002

针对当前免疫凝集微流控检测系统往往具有混合不可控、混合室结构复杂以及芯片复用率低等缺点,提出一种面向免疫凝集微流控检测的电控混沌混合方法。该方法在微流控芯片混合室壁面布置电极并施加混沌电场来驱动流体混合,通过分析选用Lor... 详细信息

针对当前免疫凝集微流控检测系统往往具有混合不可控、混合室结构复杂以及芯片复用率低等缺点,提出一种面向免疫凝集微流控检测的电控混沌混合方法。该方法在微流控芯片混合室壁面布置电极并施加混沌电场来驱动流体混合,通过分析选用Lorenz混沌系统作为混合控制电场,并制作了相应的混沌电场控制器。以类风湿因子在微流控检测系统中的免疫凝集检测为例,依据免疫凝集过程中2种样品液体不同的光学特性,采用吸光度检测法对此混沌混合方法实现的混合效果进行了检测验证。结果表明,该方法使得系统微混合室与受控流体系统体现出较高的控制性能,其相关系数为0.73,且在保证免疫凝集检测精度的条件下检测时间缩短48%,而芯片复用率也提高约7倍。

关键词：微流控检测免疫凝集混沌混合检测时间芯片复用率

三螺杆挤出机端面二维流场混沌混合拉格朗日拟序结构分析

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化工学报 2016年第10期67卷 4378-4388页

作者：佟莹朱向哲高鹤何延东辽宁石油化工大学机械工程学院辽宁抚顺113001

三螺杆挤出机是一种新型的聚合物流体加工设备,其独有的中心区呈现出几何结构和受力状态的周期性变化,混合机理非常复杂。区别于传统的线性混合分析,从拉格朗日体系的新视角对三螺杆挤出机混沌混合进行拉格朗日拟序结构分析,利用有限时... 详细信息

三螺杆挤出机是一种新型的聚合物流体加工设备,其独有的中心区呈现出几何结构和受力状态的周期性变化,混合机理非常复杂。区别于传统的线性混合分析,从拉格朗日体系的新视角对三螺杆挤出机混沌混合进行拉格朗日拟序结构分析,利用有限时间Lyapunov指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS),结合Poincaré截面和粒子可视化技术研究三螺杆挤出机二维流场的流体输运和混沌混合机理,讨论了中心区动态结构特性对FTLE和LCS分布的影响,并与单螺杆挤出机和双螺杆挤出机进行了对比分析。结果表明,LCS将三螺杆挤出机流域划分为近螺杆区、远螺杆区和中心区3个具有不同运动特性的区域,扭结是连接近螺杆区、远螺杆区和中心区物质交换的桥梁。随着混合时间的增加,扭结的弯曲和折叠程度逐渐增大,增强了3个区域的物质交换,强化了三螺杆流场的混沌混合。三螺杆挤出机啮合区附近存在3个双曲固定点,混合能力较好。Poincaré截面中椭圆周期点的出现说明在流域中心有非混沌区存在,因此三螺杆挤出机的中心区混合能力相对较弱。

关键词：三螺杆挤出机有限时间Lyapunov指数拉格朗日拟序结构混沌混合流动计算流体力学数值分析

刚柔组合桨强化粉煤灰酸浸搅拌槽内固液混沌混合

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化工学报 2019年第5期70卷 1693-1701页

作者：熊黠刘作华谷德银邱发成王靓陶长元王运东重庆大学化学化工学院重庆400044 清华大学化学工程系北京100084

传统粉煤灰提铝工艺中酸浸搅拌槽均采用刚性搅拌桨。因刚性桨卷吸能力有限,导致固体颗粒易沉槽、流体混沌混合效率低。提出刚柔组合桨强化酸浸搅拌槽中固液混沌混合行为。实验基于固含率为30%的粉煤灰-自来水体系,研究了刚柔组合酸浸搅... 详细信息

传统粉煤灰提铝工艺中酸浸搅拌槽均采用刚性搅拌桨。因刚性桨卷吸能力有限,导致固体颗粒易沉槽、流体混沌混合效率低。提出刚柔组合桨强化酸浸搅拌槽中固液混沌混合行为。实验基于固含率为30%的粉煤灰-自来水体系,研究了刚柔组合酸浸搅拌槽内混沌混合特性及能量耗散规律。采用扭矩传感器采集扭矩时间序列信号,借助Matlab软件编译计算混合过程中最大Lyapunov指数和多尺度熵等混沌特性参数,以单位体积功耗表征搅拌反应器的功率特性。实验考察了搅拌桨安装离底高度、柔性片长度、柔性片宽度等因素对酸浸槽内粉煤灰混沌混合的影响,对比了刚性桨与刚柔组合桨体系的能耗差异。研究结果表明:刚柔组合桨通过柔性片的作用,能增大搅拌桨的卷吸力,进而减少固体颗粒沉槽现象,促进全槽混沌混合;在最优化条件(120 r/min,搅拌桨安装离底高度为T/4,柔性片长度为1.2H1、柔性片宽度为D/8)下,体系最大Lyapunov指数达到最大值0.0645,各尺度下的MSE均比其他条件更大,表明刚柔组合桨能够通过柔性片的多体运动,强化体系混沌混合,均化体系能量分布;刚性桨与刚柔组合桨的单位体积功耗随着转速的增加呈现指数规律增长。

关键词：刚柔组合桨粉煤灰混沌混合最大Lyapunov指数多尺度熵

长短叶片复合型刚柔桨强化搅拌槽内流体混沌混合行为

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化工学报 2020年第11期71卷 5080-5089页

作者：刘作华魏红军熊黠陶长元王运东程芳琴重庆大学化学化工学院重庆400044 清华大学化学工程系北京100084 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆大学重庆400044 山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006

搅拌反应器中混合隔离区的存在是强化流体混合的主要障碍。打破搅拌槽中的对称性流场结构,破坏混合隔离区,可以提高流体混合效率。采用Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数(LLE)和多尺度熵(MSE),比较了不同桨叶类型、柔性片长度、柔性... 详细信息

搅拌反应器中混合隔离区的存在是强化流体混合的主要障碍。打破搅拌槽中的对称性流场结构,破坏混合隔离区,可以提高流体混合效率。采用Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数(LLE)和多尺度熵(MSE),比较了不同桨叶类型、柔性片长度、柔性片数量和桨叶离底高度以及转速对流体混合的影响。结果表明,长短叶片复合型刚柔桨(RF-LSB)桨叶通过刚柔耦合错位连接,柔性片的形变与随机振动对流体的非稳态扰动,使流场结构不稳定性和不对称性增强,强化了流体混合效果。当柔性片数量为3,搅拌转速为90r/min时,RF-LSB体系比刚性桨和刚柔桨体系的LLE值分别提高了20.22%和7.98%;三种体系[RF-LSB(柔性片数量为3)、刚性桨和刚柔桨体系]的混合时间(θm)与单位体积功耗(Pv)呈指数型关系,当Pv相同时,RF-LSB(柔性片数量为3)的θm最小,表明RF-LSB(柔性片数量为3)更有利于流体混沌混合。

关键词：长短叶片复合型刚柔桨最大Lyapunov指数混沌混合多尺度熵

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搅拌槽内气液两相混沌混合及分散特性

化工学报 2018年第2期69卷 625-632页

作者：谷德银刘作华张姬一哲邱发成李军陶长元王运东重庆大学化学化工学院重庆400044 化学工程联合国家重点实验室清华大学北京100084

传统Rushton刚性桨常应用于过程工业中搅拌反应器内的气液分散过程,但由于桨叶背后易形成较大的气穴,气液混合效果较差。为了提高搅拌槽内气液两相的混合效果,提出了一种刚柔组合桨强化气液两相的分散过程。利用Lab VIEW软件处理刚性桨... 详细信息

传统Rushton刚性桨常应用于过程工业中搅拌反应器内的气液分散过程,但由于桨叶背后易形成较大的气穴,气液混合效果较差。为了提高搅拌槽内气液两相的混合效果,提出了一种刚柔组合桨强化气液两相的分散过程。利用Lab VIEW软件处理刚性桨和刚柔组合桨体系中气液混合过程的压力脉动信号,通过Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数(LLE),分析气液混合体系的混沌混合行为,同时,对刚性桨和刚柔组合桨体系中的相对搅拌功耗、整体气含率、局部气含率进行测量。结果表明,在功耗为170 W,通气量为10 m3?h-1条件下,与刚性桨相比,刚柔组合桨能够通过刚-柔-流的耦合作用促进桨叶能量的传递过程,提高搅拌体系的混沌混合程度,刚柔组合桨体系的LLE提高了8.89%。同时,在相同操作条件下,与刚性桨相比,刚柔组合桨能够有效提高相对搅拌功耗以及搅拌槽内的整体气含率和局部气含率,且搅拌槽内气体分散更为均匀。

关键词：气液搅拌反应器刚柔组合桨气液分散混沌混合

4WS转子密炼机聚合物混沌混合的拉格朗日拟序结构分析

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高校化学工程学报 2016年第6期30卷 1274-1283页

作者：高鹤朱向哲佟莹何延东辽宁石油化工大学机械工程学院辽宁抚顺113001

采用拉格朗日拟序结构的分析方法,对标准四棱4WS转子密炼机聚合物混沌混合进行研究。利用网格叠加技术(MST),计算了密炼机二维流场的速度场分布。在此基础上,利用基于拉格朗日体系的有限时间Lyapunov指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS)... 详细信息

采用拉格朗日拟序结构的分析方法,对标准四棱4WS转子密炼机聚合物混沌混合进行研究。利用网格叠加技术(MST),计算了密炼机二维流场的速度场分布。在此基础上,利用基于拉格朗日体系的有限时间Lyapunov指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS),结合Poincaré映射和粒子可视化技术,分析了4WS转子密炼机二维流场的混沌混合特性;讨论了转子几何结构对FTLE和LCS分布的影响以及密炼机二维流场潜在的动力学和几何特性。结果表明,由于物质线的封闭状态,导致了密炼机近转子区流体输运受到了阻碍,因此,增强近转子区与远转子区的物质交换是进行转子优化的重要环节。由于4WS转子棱边独特的凹槽结构,在近转子区易产生马蹄形结构,在流域中形成同宿穿插结构,增强了近转子区和远转子区之间的物质交换,强化了密炼机流场的混沌混合。

关键词：密炼机混沌混合有限时间Lyapunov指数拉格朗日拟序结构

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周期性混沌混合自相似行为的表征

华南理工大学学报（自然科学版） 2008年第11期36卷 57-62页

作者：徐百平瞿金平宋建谢芳彭响方华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室广东广州510640

基于Galerkin方法,得到了方腔内高黏度流体上下盖振动拖动下的瞬时速度场近似解析解.建立了混合过程的动力学方程,采用4阶Runge-Kutta方法进行示踪剂数值积分追踪,得到了示踪剂构型随时间的变化.流场表现出对初始位置的敏感特性,证实了... 详细信息

基于Galerkin方法,得到了方腔内高黏度流体上下盖振动拖动下的瞬时速度场近似解析解.建立了混合过程的动力学方程,采用4阶Runge-Kutta方法进行示踪剂数值积分追踪,得到了示踪剂构型随时间的变化.流场表现出对初始位置的敏感特性,证实了方腔内周期性混沌的存在.经过一定的时间后,同一位置出发的不同取向的流体微元,其界面拉伸增长随时间达到渐近分布,并随时间呈指数规律增长,长度之比不再发生变化.不同初始位置的示踪剂界面拉伸表现出自相似行为,示踪剂界面的几何特征也表现出了这种自相似性.

关键词：周期性混沌混合界面自相似性 Runge-Kutta方法

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带有扰动副螺棱的单螺杆挤出机内混沌混合

机械工程学报 2012年第14期48卷 70-77页

作者：徐百平喻慧文何亮陈金伟王玫瑰刘跃军广东轻工职业技术学院广东高校高分子材料加工工程技术开发中心广州510300 湖南工业大学先进包装材料与技术湖南省普通高校重点实验室株洲412008

提出一种采用副螺棱轴向往复运动来提高单螺杆挤出机混合的结构,探讨不同扰动幅度对螺槽内混合的影响。建立扰动副螺棱作用下三维周期性物理模型和相应的数学模型,对挤出机内牛顿流体三维周期性流动和混合过程进行计算。采用有限体积方... 详细信息

提出一种采用副螺棱轴向往复运动来提高单螺杆挤出机混合的结构,探讨不同扰动幅度对螺槽内混合的影响。建立扰动副螺棱作用下三维周期性物理模型和相应的数学模型,对挤出机内牛顿流体三维周期性流动和混合过程进行计算。采用有限体积方法,变量分布采用交错网格,副螺棱的周期性运动边界通过叠加网格方式实现。采用4阶Runge-Kutta方法实现流体运动前锋追踪计算,对比Poincaré截面,得到示踪剂空间构型演变及界面增长。结果表明,副螺棱往复运动将导致螺槽内部的混沌混合区域围绕内部KAM管,并被外部准周期运动区域包围。处于混沌区域的流体界面呈现指数增长规律,而处于准周期运动的区域界面随时间仍然保持线性增长。副螺棱扰动幅度越大,内部准周期混合区域越小,混沌场覆盖的尺度越大。

关键词：单螺杆挤出机混沌混合有限体积方法前锋追踪 Poincaré截面

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聚苯乙烯和聚乙烯的三维混沌混合

西安交通大学学报 2001年第9期35卷 982-986页

作者：井新利王杨勇王恩清赵卫兵刘俊峰西安交通大学环境与化学工程学院西安710049

采用自制的三维混沌混合装置 ,研究了聚苯乙烯 (PS)与少量低密度聚乙烯 (LDPE)进行共混时 ,共混物中少相LDPE的结构演化及其对共混物韧性的影响 .扫描电子显微镜 (SEM )和透射电子显微镜 (TEM )的分析表明 ,随着混合周期数的增加 ,少相... 详细信息

采用自制的三维混沌混合装置 ,研究了聚苯乙烯 (PS)与少量低密度聚乙烯 (LDPE)进行共混时 ,共混物中少相LDPE的结构演化及其对共混物韧性的影响 .扫描电子显微镜 (SEM )和透射电子显微镜 (TEM )的分析表明 ,随着混合周期数的增加 ,少相经历了由宏观颗粒→层片→纤维→微观颗粒的演化过程 ,最终形成了高长径比的纤维和大量尺寸均匀的颗粒 ,而增容剂聚苯乙烯聚乙烯丙烯 (SEP)的加入 ,对这一结构的形成是有利的 .冲击强度测试表明 ,在不加入增容剂时 ,LDPE对PS没有增韧作用 ,原因在于相间界面结合很差 ,当加入少量的增容剂后 ,可以获得显著的增韧效果 .

关键词：混沌混合共混韧性聚苯乙烯聚乙烯结构演化增韧作用