新型Splitp骨支架的力学和物质传输性能研究

目的三周期极小曲面结构(triply periodic minimal surfaces,TPMS)在空间维度上周期性重复且平均曲率为零,是骨修复支架的理想选择,其中片状Splitp结构具有极好的比表面积优势,有利于细胞的附着和生长,但由于薄弱层的存在导致了应力集中,对支架的疲劳寿命有显著影响,因此对Splitp结构进行优化设计,并对骨支架的力学和物质传输性能展开研究。方法将Splitp曲面公式转化为实体模型并进行优化设计,以弹性模量、屈服强度、渗透率等为评价指标,对Splitp和Offset Splitp进行准静态压缩和流体仿真模拟,并建立Offset Splitp构型的Gibson-Ashby公式对力学性能进行预测。结果在相同的表面压力下,Offset Splitp结构的最大应力显著小于Splitp结构,相对降低58.62%。Offset Splitp结构的渗透率优于Splitp结构,物质传输效率提升26.62%。根据Gibson-Ashby公式,优化后的Offset Splitp结构表现出拉伸为主导的力学性能,不同孔隙率下的弹性模量为3.38~18.89 GPa,屈服强度为28.51~171.90 MPa。结论通过优化设计,能显著降低Splitp结构的应力集中,并提高支架的物质传输能力。Offset Splitp结构符合骨修复支架的设计要求,为TPMS骨支架的设计提供了更多参考。

可扭转骨支架提高物质传输效率及细胞剪切应力响应水平的数值研究

目的骨支架内部营养物质的提供与废物的排出对骨组织再生至关重要,细胞受到的流体剪切应力被认为是重要的机械调控信号。扭转结构元素存在于天然骨骼的多个分级结构中,搅拌是日常生活中加速流体中物质均匀的常用手段。受此启发,本研究将扭转效应融入支架构型设计,提出了一种可扭转的骨支架结构构型,并进一步研究其在生理荷载作用下的物质传输行为和流体剪切应力水平。方法采用数值分析的手段,对支架施加循环荷载以模拟所受到的生理振荡荷载,对支架结构及周围流体进行流固耦合分析,并评估可扭转支架内部的物质传输效率及壁面剪切应力水平。结果研究结果显示,无论是物质传输能力,还是细胞剪切应力响应水平,扭转支架均相对传统支架展示出优越性;对荷载作用下支架-流体的流固耦合效应的考虑能够更为真实反映支架微环境,更为真实探讨支架的成骨效应。结论将扭转效应融入新型支架构型设计及优化,具备辅助提高成骨效率的潜力;结合数值分析,有助于开发新型的可加载器官芯片模型。

物质能量传输视角下地理过程序列划分及认识论意义

自然地理过程的本质是物质能量传输。基于物质能量传输视角,从输入、作用和输出来认识地理过程的发生序列,主要有三个关键环节:一是关注物质能量的输入基础,即地理过程的物质基础和动力条件;二是关注物质能量的作用细节,即地理过程的序列和特点;三是关注物质能量的输出表现,即地理过程的结果和影响。深化学科理解,基于物质能量“输入—作用—输出”序列认识地理过程时,相当于有了一个来自地理学科本体的思维地图:从动态到静态,以“镜头”方式横切地理过程;从感性到理性,以“序列”方式解构地理过程。

物质能量传输视角下人地关系的教学启示

《普通高中地理课程标准(2017年版2020年修订)》对人地协调观素养提出了新的要求。基于物质能量传输视角进行人地关系教学,将有利于培养学生的人地协调观。本文从物质能量传输视角思考人地关系的教学,首先明确物质能量传输大概念,然后从物质能量传输视角联结人地关系、揭示人地矛盾、协调人地发展。从中得出的教学启示有:结合人教版高中地理教材,聚焦人地关系,辩证看待自然环境的影响;揭示人地矛盾,分析人类活动的方式、强度和后果;深化人地协调,探究不同区域可持续发展的途径。

用显微红外方法研究涂层中物质传输规律

用红外显微方法辅以差谱技术获得了ＳＯ２－４ 在环氧涂层中随厚度分布的红外数据．这些数据与该离子在涂层中的传输相对应，指出了用显微红外方法对涂层中的物质传输进行表征的技术关键在于具有光学均匀性的涂层截面的获得．

固相烧结Ⅱ——粗化与致密化关系及物质传输途径

讨论了固相烧结过程中粗化（包括晶粒生长和气孔生长）及物质传输对粗化和致密化的影响。晶界移动仅在一定颗粒尺寸比条件下引起颗粒粗化，但不引起致密化；物质传输被认为可同时对一维颗粒列阵的粗化和线性收缩产生贡献。计算发现，如限定烧结过程中颗粒总体形状（长径比）不变，晶粒生长自身对颗粒列阵线性收缩的贡献十分有限，而并非如以往报道的晶粒生长可通过重新启动烧结而对致密化产生明显作用。对于实际粉料成型体，包围气孔的颗粒间的物质传输，当气孔热力学不稳定时可同时对粗化和致密化产生贡献；而当气孔热力学稳定时，仅对颗粒粗化产生作用。在烧结中期由于气孔相互连通，颗粒粗化和致密化的物质传输机制应是一致的，而且至少从热力学上讲不能排除表面扩散的作用；烧结后期则只有晶界和体积扩散是可能的。

微流燃料电池阴极物质传输的数学模型研究

对微流燃料电池阴极内相关物质的传输性能进行研究,通过对阴极扩散层进行模型重构,得到其扩散系数及渗透率。通过建立电池阴极边界处的二维模型,得到了孔隙率大小、过电位高低对组分的浓度分布和反应速度的影响。研究表明,利用Buggeman公式计算得到的氧气扩散系数偏高,电池阴极物质的传输快慢受扩散层孔隙的影响较大,当孔隙率降低时会增大传输阻力,使得氧气的浓度和反应速度同时下降,也使水蒸气的浓度上升。

坩埚位置对PVT生长AlN晶体过程中物质传输的影响

使用FEMAG晶体生长模拟仿真软件以及自主开发的PVT法有限元传质模块对全自动、双电阻加热物理气相沉积炉开展了AlN晶体生长工艺过程中不同坩埚埚位对温度场、过饱和度场及烧结体升华速率等影响的模拟仿真分析研究。模拟仿真结果表明:在给定工艺条件下,坩埚埚位较低时烧结体温度较高且内部温差较小,烧结体升华表面存在较大的Al蒸气分压梯度,各表面升华速率较快且均匀,籽晶衬底生长前沿温度场呈微凸分布,有利于晶体扩径及生长高质量晶体。随着坩埚埚位的上升,低温区向坩埚壁扩展,预烧结体内轴向及径向温度梯度增加,籽晶衬底附近径向温度梯度逐步降低,过饱和度区域扩大且增强。在坩埚埚位较高情况下,坩埚内原料升华变得不均匀,坩埚侧壁存在高过饱和区域,极易在坩埚壁上发生大量的AlN多晶沉积。模拟分析结果与大量实际晶体生长实验后的坩埚壁处沉积现象及剩余烧结体原料形态相符,较好地验证了模拟仿真分析结果的准确性。

地理物质能量传输“流”本质视角及其课程与教学意义

地理物质能量传输“流”本质视角主要包括三方面内容:一是地理物质视角,即按照“地理圈层→地理要素→化合物→元素”的认知顺序,建立具有学科特色的地理物质认知线索,准确地从地理现象中辨识地理物质;二是地理能量视角,即从外能和内能两个方面建构起具有学科特色的地理能量体系,把能量与影响自然环境的内外两大营力相关联;三是地理“流”传输行为视角,即不仅将物质和能量的运动与“流”及其运动相结合,还把物质和能量的传输过程视为“流动”。文章结合具体内容,探讨地理物质能量传输“流”本质视角的课程与教学意义。

物质能量传输视角下高中地理教科书分析

物质能量传输是高中地理课程标准的重要模块,但在以往的教科书编写和教师教学过程中该视角一直以“隐性”的形式存在。最新人教版高中地理教科书增添了对该方面的描述,这表明在地理教学中需要增强对该视角的关注。文章论述了物质能量传输在地理教学中的重要性,从地球运动对物质能量传输的基础性作用、各圈层中的物质能量传输、物质能量传输是自然环境整体性与差异性的基础三个角度对人教版教科书的内容进行分析,并从这三个角度提出三点教学建议。

物质能量传输“流”本质视角下的教学指引及案例分析

地理物质能量传输“流”本质视角对高中自然地理教学主要有三个指向性要求(教学指引):一是引导学生把直观看到的事物抽象归纳为相应层次的地理物质能量,二是引导学生运用学科逻辑建构起基本的物质能量概念体系,三是引导学生运用动态视角从事物联系中认识物质能量“流”。本文结合教科书中的具体内容,详细阐述教学指引内涵及其应用。

纳米技术在化妆品活性物质传输中的应用

活性成分的传输技术中，新型载体是关键。化妆品的传统载体是水和各种动植物油脂，近年来，微胶囊和纳球已广泛应用为化妆品的载体。微胶囊是指用聚合物薄膜将微量固体、液体或气体物质包裹制成微小囊状物，翘薄壁厚仅10nm。微胶囊町防止各种成分问的相互干扰，控制添加剂的释放速度。纳球是近来出现的另一种新型多孔微粒载体，直径为纳米级，纳球由于多孔面使球体表面积增加，从而具有极强的吸附能力．可运载更多的有效成分，井具有缓释和定向释放的效应。欧洲已经开发出纳球100NCK、纳球100NH等具有定向释放特性的纳球产品，广泛应用于各种化妆品中。

水体交换与传输的时间维特征

从水体交换时间维的特征出发对相关概念进行了总结,分析了宏观概念、微观概念的意义,比较了不同概念的异同。重点给出了更替周期及更新时间的计算方法,并分析了两者的关系。还参照前人研究,分析了水体入口、出口位置不同时水体更替周期、平均传输时间、平均寿命、平均滞留时间的关系。最后以20世纪90年代黄河中下游河段为例对其更替周期及逐月变化规律进行了计算分析,并证实径流量与更替周期存在负相关关系。

多级液体分布器流动特性分析

新型污水处理工艺的处理效率受到反应池流场扰动影响较大,引起流场扰动的主要因素是液体分布器出流均匀性和出孔湍流强度。目前,关于分布器均匀布水的研究较少,尚未揭示淹没流的孔口阻力特性与沿程阻力特性协同机制。本文提出一种孔径梯度变化的多级液体分布器结构,应用于某示范工程中,建立了基于物质传输模型的淹没流液体分布装置有限元分析方法,将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:试验得到2个测试平面内氯离子质量浓度最大偏差为1.97%,有限元模拟得到多级液体分布器的克里斯琴森均匀系数为89.1%。在进水过程中,试验和有限元模拟所得新进水质量分数的变化趋势一致,结果吻合较好,证明了新型污水反应器结构的合理性,且满足工程应用要求。

多相FSI模拟灌流式培养过程中多层级-Voronoi晶格结构及细胞的力学响应

目的将多相流和流固耦合(FSI)相结合建立一种综合仿真方法(多相FSI仿真),以模拟灌流式培养过程中多孔结构内部细胞的流动轨迹和力学响应,从而预测细胞在结构上的黏附、增殖和分化情况。方法通过与以往文献中Diamond结构灌流式细胞培养试验结果进行对比,验证多相FSI仿真方法的可靠性;采用多相FSI仿真分析不同流体流速和流体黏度条件下4-Ⅰ型(V=4;Ⅰ型:F1=F2;Voronoi多面体体积V、面心比例因子F1和体心比例因子F2为Voronoi晶胞结构设计因素)和7-Ⅰ型(V=7;Ⅰ型:F1=F2)多层级-Voronoi晶格结构和细胞的力学响应。结果Diamond结构多相FSI仿真与灌流式培养试验得到的细胞初始黏附率和黏附位置具有较好的趋势一致性;相较于静态细胞培养,动态灌流式培养更有利于多孔结构内部细胞的黏附和营养物质传输与废物代谢,其中流速0.001 m/s、黏度0.00145 Pa·s的流体条件更有助于刺激细胞成骨分化;相较于4-Ⅰ型,7-Ⅰ型多层级-Voronoi晶格结构的渗透率、细胞黏附率、细胞表面壁面剪应力低于0.03 Pa的百分比值更高,更有利于细胞黏附、增殖和分化。结论多相FSI仿真方法的建立不仅可以评估多层级-Voronoi晶格结构促细胞成骨分化的能力,同时为灌流式培养过程中确定适宜细胞黏附、增殖和分化的体外力学环境提供理论依据。

梯度扩散理论在能量和物质输送计算中的若干问题

本文用近年来的大量观测结果,揭示了被长期使用的梯度扩散理论的问题和局限性。讨论了它的成立条件:只有当湍流的涡旋尺度远小于梯度变化的空间尺度时,梯度扩散理论才可以正确使用。对于几种典型的近地层条件,计算了它们的湍流的涡旋尺度,从而说明了梯度扩散理论在这些条件下失败的原因。

“物质能量传输”大概念下单元教学实践探索——以高中地理“常见天气系统”为例

大概念统领下的单元教学可有效解决教学碎片化问题,突出地理教学的整体性,是促进地理学科核心素养落地的重要途径。文章以高中地理“常见天气系统”为载体,以大概念“物质能量传输”为引领,以“风云变幻,推本溯源”为主题,采用逆向设计的方法,结合真实情境,实施螺旋上升式教学,为发展学生地理学科核心素养提供不同视角的教学设计思路。

重整气组分对HT-PEMFC性能影响研究

高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFC)通常以含N_(2)、CO、CO_(2)等非氢组分的重整氢气作为燃料,而非氢组分的存在使得电池性能大幅下降、稳定性变差。通过极化分析、电化学阻抗谱等手段研究了不同组分与浓度的N_(2)、CO对HT-PEMFC性能的影响。结果表明,N_(2)单独存在时的稀释效应增加了物质传输阻抗,而CO单独存在时会毒化电催化剂,增加氢氧化反应(HOR)电荷转移阻抗。在惰性稀释组分和毒化组分共同存在时,膜电极性能损失高于它们单独存在时的加和。该现象源于在较高的H2传质阻力条件下,H_(2)与CO的竞争吸附反应导致的毒化加剧。本研究为HT-PEMFC膜电极的设计优化奠定了基础,并为电堆高效可靠性运行提供指导。

人造板甲醛释放影响因素的环境箱试验与模型研究

采用环境箱试验与数学模型模拟人造板中甲醛的释放过程,探讨温度、湿度、封边处理、材质等因素对甲醛释放的影响.环境箱实验表明,随环境温度增加或湿度增加,甲醛初始释放量增高;人造板封边后甲醛释放率明显减小;3种材质的人造板甲醛释放速率依次为中密度板>刨花板>大芯板.经验衰减模型与物质传输模型的对比分析表明,物质传输模型比衰减模型更有利于解释环境箱试验结果。