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黏弹性介质包裹的液体腔内球状泡群耦合振动模型

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物理学报 2024年第15期73卷 90-98页

作者：左馨怡雷照康武耀蓉王成会陕西师范大学陕西省超声学重点实验室西安710062

高强度超声可激发生物组织空化,软组织常被当作黏弹性介质,因此,黏弹性介质中气泡动力学行为研究可为超声生物治疗提供理论支持.为探索组织液内多气泡动力学影响,构建了球形液体腔内的球状泡团模型,考虑了液体腔外黏弹性介质的动力学效... 详细信息

高强度超声可激发生物组织空化,软组织常被当作黏弹性介质,因此,黏弹性介质中气泡动力学行为研究可为超声生物治疗提供理论支持.为探索组织液内多气泡动力学影响,构建了球形液体腔内的球状泡团模型,考虑了液体腔外黏弹性介质的动力学效应,得到了球状泡群内气泡耦合振动方程,并基于此分析了气泡的振动行为.结果表明,腔体以及泡群约束虽抑制了气泡振动,但在一定程度上还可以增强气泡的非线性振动特性.约束环境下气泡的非球形振动稳定性主要受驱动声波压力幅值和频率、气泡初始半径以及气泡数密度影响,而腔体半径的影响随驱动压力的增加而增强;存在最小不稳定驱动声压阈值,不同初始半径的气泡不稳定振动阈值压力不同且不稳定分布区主要分布在小于4μm的范围内;驱动频率增大,气泡振动不稳定区的声压阈值也随之增大,且不稳定区域有减小的趋势;随着气泡数密度的增加,气泡不稳定区域逐渐向无规则的斑图状分布,极易受到扰动发生不稳定振动而崩溃.高频声波激励下平衡半径大于4μm范围内气泡的惯性空化阈值受频率和气泡数密度的影响显著.

关键词：球状泡群液体腔空化气泡耦合振动

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声空化场中球状泡团的结构稳定性分析

物理学报 2024年第8期73卷 169-180页

作者：刘睿黄晨阳武耀蓉胡静莫润阳王成会陕西师范大学陕西省超声学重点实验室西安710062

利用高速摄影机对驱动频率分别为28 kHz和40 kHz的超声空化场中距离水面约1/4波长范围内的球状气泡团的上浮生长和演化过程进行实验观察,分析了声软界面附近驻波场声压幅值变化对泡团结构变化的影响,以及泡团从球状向伞状和层状结构演... 详细信息

利用高速摄影机对驱动频率分别为28 kHz和40 kHz的超声空化场中距离水面约1/4波长范围内的球状气泡团的上浮生长和演化过程进行实验观察,分析了声软界面附近驻波场声压幅值变化对泡团结构变化的影响,以及泡团从球状向伞状和层状结构演化的行为特征.为分析空化场中球状泡团生长演化机理,利用镜像原理构建了一个考虑边界(水-空气)影响的球状泡团模型,得到了修正的球状泡团内气泡动力学方程.利用等效势数值分析了两个频率下驱动声压幅值、气泡数密度、距离水面深度以及气泡平衡半径对球状泡团最佳稳定半径的影响.结果表明,球状泡团的最佳稳定半径在1—2 mm的范围,且随着驱动声压幅值和气泡数密度的增大,球状泡团最佳稳定半径有减小的趋势,但差异不显著;驱动频率为40 kHz条件下的球状泡团稳定尺寸略小于驱动频率为28 kHz情形;在弱声场中若能形成气泡聚集,仍可观察到较小尺寸的球状泡团,但当声压低于某临界值,泡团将不能存在.理论分析与实验观察结果具有很好的一致性.球状泡团的生长和结构稳定特性分析有助于理解声场和边界对气泡的行为调控.

关键词：球状泡团空化结构界面影响稳定性

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驻波场中环状空化泡聚集结构的稳定性分析

物理学报 2024年第8期73卷 148-158页

作者：雷照康武耀蓉黄晨阳莫润阳沈壮志王成会郭建中林书玉陕西师范大学陕西省超声学重点实验室西安710062

利用高速摄影和图像分析技术研究频率为40 kHz超声清洗槽中产生的环状空化泡聚集结构的演化过程.环状结构通常出现在波节附近,其半径小于1/8波长;在一个包络波周期内,结构经历建立、稳定、消失3个阶段,结构形貌具有稳定性.环状空化结构... 详细信息

利用高速摄影和图像分析技术研究频率为40 kHz超声清洗槽中产生的环状空化泡聚集结构的演化过程.环状结构通常出现在波节附近,其半径小于1/8波长;在一个包络波周期内,结构经历建立、稳定、消失3个阶段,结构形貌具有稳定性.环状空化结构存在气泡的输运现象,且在气泡主聚集区内有小泡团形成后向环内溢出,随后消失成离散的空化泡或泡核再次进入气泡输运循环.环状结构大小和气泡聚集区随时间小幅振荡变化,且存在结构整体旋转现象,主要取决于主声场和气泡间次级辐射场的共同作用.基于双气泡模型分析环状结构形成的物理机制,发现主声场是导致气泡形成环状聚集的控制因素.基于环链状模型分析了结构稳定性,通过数值计算得到了类环形结构等效势分布,且声压越高的地方等效势越高,此处气泡越易聚集.驱动声场越强,环链结构可能越完整,但是,声压过高导致高数密度的气泡聚集也可能破坏气泡的环状聚集稳定性进而演化成其他类型泡群结构.理论分析结果与实验现象具有很好的一致性.

关键词：超声空化环状气泡结构等效势能稳定性

聚合物转化SiHfCN陶瓷的制备及其吸波性能

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无机材料学报 2024年第6期39卷 681-690页

作者：张育育吴轶城孙佳付前刚西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室西安710072

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合... 详细信息

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合不同化合物进行单源化改性得到SiHfCN、SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N等四种纳米陶瓷。结果表明:SiHfCN中由于Hf源的含氧量高达13.5%(质量分数),生成HfO_(2)和SiO_(2),使其最低反射损耗(Reflection loss,RL_(min))仅为–13.8 dB,有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth,EAB)仅为0.42 GHz。相比于SiHfCN,含Hf聚合物分别与C源、B源和N源共改性增加了聚合物转化陶瓷的界面和导电相,SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N的介电常数实部和虚部分别提高了1.4~1.8和2.7~3.9倍,RL_(min)分别为-50.6、-57.3和-63.5 dB,EAB分别为3.53、3.99和4.01 GHz,吸波性能得到了显著改善。SiHfCN-C中大量的自由碳抑制了HfO_(2)的生成,增强了电导损耗。SiHfCN-B中生成了B–N和B–C键,且析出的纳米棒状HfSiO_(4)提供了更多的异质界面,增强了极化损耗。SiHfCN-N中因引入大量N使N–C键数量增加,强化了偶极子极化损耗,同时生成纳米碳片,不仅可以增强电导损耗,而且提供大量界面,改善了阻抗匹配并增强了界面极化,因而SiHfCN-N具有最佳的吸波性能。

关键词：聚合物转化陶瓷聚氮硅烷超高温陶瓷吸波性能

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大尺寸三维超声振动系统的智能优化设计

物理学报 2024年第8期73卷 181-194页

作者：林基艳孙姣夏林书玉榆林学院榆林市大数据与智能决策重点实验室榆林719000 陕西师范大学陕西省超声学重点实验室西安710119

对大尺寸三维超声换能器系统的耦合振动进行有效控制,优化系统的性能,一直都是功率超声领域亟待解决的难题.研究发现,一些声子晶体槽、孔结构可以对大尺寸换能器系统的横向振动进行抑制,提高系统振幅分布均匀度,且可以通过改变声子晶体... 详细信息

对大尺寸三维超声换能器系统的耦合振动进行有效控制,优化系统的性能,一直都是功率超声领域亟待解决的难题.研究发现,一些声子晶体槽、孔结构可以对大尺寸换能器系统的横向振动进行抑制,提高系统振幅分布均匀度,且可以通过改变声子晶体结构的配置参数人为地实现对大尺寸三维超声振动系统性能的调控.但过多的设计参数必然会增加系统设计的复杂度,且目前大尺寸三维超声换能器系统的优化设计依赖于经验试错法,设计效率和成功率较低,性能也无法保证.研究引入同质位错、点缺陷结构对大尺寸三维超声振动系统进行优化设计,并利用数据分析技术评价了同质位错、点缺陷结构的配置对系统辐射面的纵向位移振幅、振幅分布均匀度、辐射声功率、工作带宽等的影响规律,建立了同质位错结构、近周期缺陷结构的结构参数——大尺寸超声换能器系统性能的预测模型,实现了对大尺寸功率超声换能器系统的智能设计,提高了设计效率和成功率,降低了设计成本.

关键词：耦合振动大尺寸三维超声振动系统同质位错点缺陷智能化设计

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电针对帕金森病小鼠脑肠氧化应激的影响

针刺研究 2024年第3期49卷 256-264页

作者：刘凡刘智斌马雪王强王渊陕西中医药大学陕西咸阳712046 陕西省针药结合重点实验室陕西咸阳712046 陕西省中医脑病重点实验室陕西咸阳712046

目的:观察电针干预对帕金森病(PD)模型小鼠行为学、结肠及中脑黑质氧化应激因子的影响,探讨电针治疗帕金森病的作用机制。方法:将C57BL/6小鼠随机分为空白组、模型组及电针组,每组12只。采用鱼藤酮连续灌胃4周构建PD小鼠模型。电针组于... 详细信息

目的:观察电针干预对帕金森病(PD)模型小鼠行为学、结肠及中脑黑质氧化应激因子的影响,探讨电针治疗帕金森病的作用机制。方法:将C57BL/6小鼠随机分为空白组、模型组及电针组,每组12只。采用鱼藤酮连续灌胃4周构建PD小鼠模型。电针组于造模成功后电针刺激“百会”“曲池”“足三里”,20 min/次,1次/d,针刺5 d,休息2 d,共针刺14次。干预结束后采用步态分析实验评估各组小鼠运动能力及运动协调性;肠道推进率评估各组小鼠肠道传输功能;流式细胞术检测小鼠结肠活性氧(ROS)水平;ELISA法检测各组小鼠结肠及中脑黑质中总蛋白(TP)、丙二醛(MDA)含量和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)活性;免疫荧光染色法检测小鼠中脑黑质中核因子E2相关因子2(Nrf2)蛋白的阳性表达。结果:与空白组比较,模型组小鼠平均速度、步率、正常步序比、足间距、步幅长度、摆动速度、最大接触面积的最大强度降低(P<0.0001,P<0.01,P<0.001),步态最大变化率升高(P<0.001),肠道推进率降低(P<0.0001),结肠中ROS荧光强度升高(P<0.01),结肠及中脑黑质中GSH-Px、SOD活性降低(P<0.01,P<0.05),MDA含量升高(P<0.01),中脑黑质中Nrf2阳性表达降低(P<0.0001)。与模型组比较,电针组小鼠平均速度、步率、正常步序比、足间距、步幅长度、摆动速度、最大接触面积的最大强度升高(P<0.01,P<0.05,P<0.001,P<0.0001),步态最大变化率降低(P<0.01),肠道推进率升高(P<0.001),结肠中ROS荧光强度降低(P<0.01),结肠及中脑黑质中GSH-Px、SOD活性升高(P<0.05),MDA含量降低(P<0.01),中脑黑质中Nrf2阳性表达升高(P<0.0001)。结论:电针可改善PD模型小鼠的运动障碍、步态紊乱及肠道运动功能,保护多巴胺能神经元免受损害,其机制可能与电针可拮抗脑肠氧化应激有关。

关键词：帕金森病电针氧化应激脑肠轴多巴胺能神经元

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C/C复合材料高熵氧化物涂层抗烧蚀性能

无机材料学报 2024年第1期39卷 61-70,I0001,I0002页

作者：郭凌翔唐颖黄世伟肖博澜夏东浩孙佳西北工业大学超高温结构复合材料国防科技重点实验室纤维增强轻质复合材料陕西省重点实验室西安710072

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO_(2)、HfO_(2)涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_(0.125)... 详细信息

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO_(2)、HfO_(2)涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_(0.125)Zr_(0.125)Sm_(0.25)Er_(0.25)Y_(0.25))O_(2-δ)(M1R3O)、(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Sm_(0.2)Er_(0.2)Y_(0.2))O_(2-δ)(M2R3O)、(Hf_(0.25)Zr_(0.25)-Sm_(0.167)Er_(0.167)Y_(0.167))O_(2-δ)(M3R3O)三种高熵氧化物涂层,探究稀土组元含量对高熵氧化物涂层的相结构演变规律、相稳定性以及抗烧蚀性能的影响。M2R3O涂层和M3R3O涂层呈现优异的相稳定性和抗烧蚀性能,涂层经热流密度为2.38~2.40 MW/m^(2)的氧–乙炔焰烧蚀后仍保持物相结构稳定,未发生固溶体分解或析出稀土组元。其中M2R3O涂层循环烧蚀180 s后的质量烧蚀率与线烧蚀率分别为0.01 mg/s和–1.16μm/s,相比M1R3O涂层(0.09 mg/s、–1.34μm/s)以及M3R3O涂层(0.02 mg/s、–4.51μm/s),分别降低了88.9%、13.4%以及50.0%、74.3%,表现出最优异的抗烧蚀性能。M2R3O涂层的抗烧蚀性能优异归因于其兼具较高的熔点(>2200℃)和较低的热导率((1.07±0.09)W/(m•K)),使其有效防护内部的SiC过渡层以及C/C复合材料免受氧化损伤,避免了界面SiO_(2)相形成所导致的界面开裂。

关键词：高熵陶瓷过渡金属氧化物热喷涂热防护涂层抗烧蚀 C/C复合材料

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混合式配电变压器功角优化控制

西安交通大学学报 2024年第7期58卷 116-128页

作者：柳轶彬栗世超梁得亮孔子涵薛彦廷西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 陕西省智能电网重点实验室西安710049

针对现有同相位控制无法使混合式配电变压器(HDT)损耗达到最小的问题,提出了HDT的最小损耗模式,以实现功角优化控制,从而降低其运行损耗。首先,建立HDT的相量关系,导出可变损耗与负荷、功率因数角、网侧电压波动系数、功角之间的函数关... 详细信息

针对现有同相位控制无法使混合式配电变压器(HDT)损耗达到最小的问题,提出了HDT的最小损耗模式,以实现功角优化控制,从而降低其运行损耗。首先,建立HDT的相量关系,导出可变损耗与负荷、功率因数角、网侧电压波动系数、功角之间的函数关系;然后,导出最优功角的解析公式,据此建立最小损耗模式的计算流程,从而提出HDT功角优化控制策略。该策略的突出特点在于实时检测电网及负荷工况,进而在线算出实现最小损耗的最优功角;理论分析指出,负荷越轻、越接近纯阻性,电压同相位模式更接近最小损耗模式;反之,电流同相位模式更接近最小损耗模式。仿真及实验结果表明:在网侧电压波动及负载电流畸变工况下,所提出的功角优化控制策略能在实现网侧电流正弦单位功率因数控制及负载电压正弦稳定控制的前提下,有效减小HDT的损耗;轻载工况下,相比电流同相位模式,仿真和实验最小损耗模式能减小可变损耗的60%和42%;在额定负载下,相比电压同相位模式,仿真和实验最小损耗模式能减小可变损耗的46%和37%。

关键词：混合式配电变压器相量关系功角优化最小损耗

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湘东北地区早寒武世石煤沉积物源区研究

煤炭科学技术 2024年第3期52卷 169-179页

作者：张卫国侯恩科李焕同周佳瑞杨佳美西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054

湘东北地区早寒武世石煤中伴生有多种高含量元素,属性特征鲜明。为查明该区石煤的沉积物来源,从石煤元素地球化学角度入手,利用X射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子质谱仪(ICP–MS)分别测定了研究区12个石煤样品的常量元素和微量元素... 详细信息

湘东北地区早寒武世石煤中伴生有多种高含量元素,属性特征鲜明。为查明该区石煤的沉积物来源,从石煤元素地球化学角度入手,利用X射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子质谱仪(ICP–MS)分别测定了研究区12个石煤样品的常量元素和微量元素含量。根据石煤中常量元素组合关系、微量元素含量特征、稀土元素分布特征及相关元素地球化学参数,探讨了湘东北地区早寒武世石煤的沉积物源区。结果表明:湘东北地区早寒武世石煤以无机矿物质为主要组成部分,石煤中SiO_(2)含量占比最高,SiO_(2)与其他常量元素(及其他常量元素之间)关系不明显,石英矿物形态具有陆源输入特征;石煤中微量元素(V,As,Sr,Mo,Cd,Sb,Ba,Bi,U)具有明显富集特征,稀土元素分布特征和Nb/Y–Zr/TiO_(2)关系表明石煤受到了中性岩影响,LaN/YbN表明石煤沉积物沉积速率自东南向西北有减小趋势,即物源来自东部和南部方向;w(SiO_(2))/w(Al_(2)O_(3)),w(Al_(2)O_(3))/w(Al_(2)O_(3)+Fe_(2)O_(3)),w(Al)/w(Al+Fe+Mn)和K_(2)O/Na_(2)O–SiO_(2)构造判别模型显示早寒武世石煤沉积于大陆边缘区域,主要接受陆源输入。通过与研究区东南方向分布的上墅群中酸性岩中稀土元素、Rb、Nb、Pb含量以及双溪坞群出露的岩浆岩中常量元素含量及组合特征综合比较,并结合江南造山带的演化历史,认为江南造山带东南缘发育的中、酸性岩带为湘东北地区早寒武世石煤沉积物源区,亦是石煤富集微量元素的主控因素之一。

关键词：湘东北石煤元素地球化学物源