多孔介质-自由流界面应力跳跃条件下流动特性解析解

对非对称多孔介质-自由流复合通道内多孔介质内部及多孔介质与自由流体界面处复杂质量、动量输运特性进行研究.在多孔介质区采用Brinkman-extended Darcy模型并结合速度连续,剪切应力跳跃的界面条件对此复合通道内流体的传递现象进行求解,提出了考虑界面应力跳跃时非对称复合通道各区域流体运动速度及摩擦系数的解析式,分析了界面应力跳跃系数,达西数及无量纲多孔层偏心厚度对流体速度及摩擦系数的影响.结果表明:改变界面性质可在一定条件下明显控制各区域流体速度分布;在达西数、多孔层偏心厚度一定情况下,界面应力系数的增大会使界面流速减小,而使流体摩擦系数增大,特别是界面应力系数小于0的情况下变化更明显,此时若不考虑界面应力系数则会造成较大误差.当界面应力系数及多孔层偏心厚度均为较小负数值时,改变多孔层偏心厚度对界面速度的影响要大于改变界面应力系数的情况;而当界面应力系数及多孔层偏心厚度为较大正数值时,情况则相反.较大达西数下,界面应力系数及多孔层偏心厚度对流体摩擦系数的影响均较大,继续减小达西数至一定程度时,界面应力系数对流体摩擦系数的影响可忽略不计而认为只与多孔层偏心厚度相关,且对较大多孔层偏心厚度更敏感.

多孔介质与流体空间交界面应力跳跃的实验研究

采用粒子图像测速技术测试多孔介质与流体复合腔体内的二维自然对流流场，用水平错列的细玻璃圆柱表示多孔介质，着重分析了多孔介质与流体空间交界面处的速度及剪切应力变化，并通过实验确定了特定跳跃边界条件下的应力跳跃系数。实验测试结果表明，应力跳跃系数随对流强度的增加而产生非线性变化，不同高度处的跳跃系数值在0．1~0．3范酮内变化。通过回归分析得到了测试范围内应力跳跃系数与瑞利数的表达式，为数学建模和分析提供了计算依据。

跳跃性应力刺激对大鼠胫骨OPG、RANKL及骨代谢的影响

目的:研究跳跃性应力刺激对大鼠骨组织的影响,探讨骨质破坏发生的分子生物学机制。方法:48只8周龄雄性SD大鼠,随机平均分为跳跃组和对照组,跳跃组按训练周数标记为J2、J4和J6组,相应对照组为C2、C4和C6组。跳跃组按计划进行跳跃运动训练,对照组安静饲养。每隔2周各组分别处死8只,检测血清碱性磷酸酶(ALP)和抗酒石酸酸性磷酸(StrACP),取一侧胫骨制作HE石蜡切片,另一侧胫骨应用RT-PCR法检测OPG、RANKL mRNA表达。结果:(1)与对照组相比,J6组骨胶原纤维和骨膜排列紊乱,骨皮质出现较大程度破坏,空腔增多。(2)3个跳跃组大鼠血清ALP和StrACP浓度均高于其对照组(P<0.05)。(3)J2组大鼠胫骨OPG mRNA表达量显著低于C2组(P<0.05),而J6组OPG mRNA表达显著高于C6组(P<0.01);J6组RANKL mRNA表达量显著高于C6组(P<0.01)。结论:过度跳跃性应力刺激后,大鼠胫骨OPG和RANKL表达增加,参与以骨转换率升高为特征的骨质破坏过程。

跳跃性应力刺激对大鼠血清PTH及骨代谢相关分子OPG、RANKL的影响

目的:研究长期跳跃应力刺激对甲状腺激素(PTH)和骨代谢相关分子基因表达的影响,探讨跳跃运动所致的骨质破坏发生分子机制。方法:48只8周龄雄性SD大鼠,随机分为对照组、跳跃组和负重跳跃组,运动2周后每组取材8只,记为C2、J2和JL2,运动6周后各组,记为C6、J6和JL6。跳跃组进行递增负荷跳跃运动,负重跳跃组负重5%自身体重,运动方案同跳跃组。采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清甲状旁腺激素(PTH),采用比色法检测血清碱性磷酸酶(ALP)和抗酒石酸酸性磷酸(StrACP)含量。取一侧胫骨制作HE石蜡切片,另一侧应用RT-PCR法检测OPG、RANKL的mRNA表达。结果:(1)与C6和J6组相比,JL6组骨胶原纤维和骨膜排列紊乱,骨皮质出现较大程度破坏,空腔增多。(2)JL6组血清ALP高于J6和C6组(p<0.01,p<0.05)。JL6组和J6组StrACP显著高于C6组(p<0.01)。(3)J2和JL2 PTH水平组显著低于C2组(p<0.05,p<0.01),JL6组低于J6和C6组(p<0.05,p<0.01)。(4)与C6组比较,J6组和JL6组OPGmRNA表达显著升高,其中J6组表达量最高。JL6组RANKL表达显著高于J6和C6组(p<0.01),J6组RANKL的表达高于C6组(p<0.05)。结论:负重跳跃运动6周后大鼠胫骨骨质破坏较为严重,骨代谢以骨转换率升高为特征,RANKL的持续升高可能是骨质破坏的重要原因,而血清PTH水平持续下降不利于骨质修复。

径流-渗流作用下松散土坡非均匀颗粒临界失稳分析

为研究径流-渗流作用下松散土坡非均匀颗粒起动机理,基于单颗粒滑动、滚动力学分析,构建径流-渗流耦合作用下坡体非均匀颗粒稳定分析模型,采用Navier-Stokes方程和扩展Brinkman-Darcy方程描述坡面径流和坡体渗流,结合连续性方程和应力跳跃边界条件,推导了流固界面流速具体表达式,得到了考虑径流-渗流联动作用的单颗粒稳定安全系数。结果表明:颗粒稳定安全系数主要受到坡面径流水深、松散层厚度、土坡坡度、应力跳跃系数、土体内摩擦角、颗粒等效粒径及容重、松散土坡孔隙率及渗透率的影响;土坡坡度、土体内摩擦角、颗粒容重为抗滑安全系数敏感参数;土坡坡度、颗粒容重、坡面径流水深、土坡渗透率为抗滚动安全系数敏感参数。

单排水孔轴对称填充流场解析解

工程中通常布置排水孔以降低岩体内部渗流压力。在运行过程中,充填物堵塞排水孔会限制排水能力,威胁工程安全。目前,对于填充排水孔的分析,主要考虑非填充区域的纯流体运动,却鲜有同时考虑填充区域和非填充区域的水流运动。鉴于此,建立自由流–渗流耦合理论模型,分析岩体内轴对称填充排水孔的流速分布,该理论模型中,排水孔中非填充区域纯水流运动遵循Navier-Stokes方程,填充介质中渗流运动可由Darcy-Brinkman方程描述;结合速度连续和应力跳跃的界面边界条件,推导出流场流速分布和泄流量解析解;流速理论解与4阶Runge-Kutta方法数值解结果吻合良好。参数敏感性分析结果表明:流场流速与达西数和空隙相对开度呈正相关,与黏度比和应力跳跃系数呈负相关;当应力跳跃系数小于0时,上述参数变化对流速分布的影响更为显著,此时黏度比对模型计算结果的影响不能忽略。随着空隙相对开度增加,当达西数等于1时,界面速度逐渐减小;当达西数等于0.1时,界面速度先增大后减小;当达西数小于0.1时,界面速度逐渐增大。研究成果可为部分堵塞排水孔泄流能力计算提供理论依据,对于完善和发展排水孔自由流–渗流耦合理论具有重要意义,可为后续排水孔加压清淤提供参考。

真实多孔介质复合腔体交界面滑移效应研究

该文采用有限元方法对左侧填充青砖和海绵的复合腔体内自然对流进行模拟研究,分析了温度场和速度场的分布,重点关注了复合腔体内交界面处速度滑移系数和应力跳跃系数的变化规律。模拟结果表明,相同Ra下,在1/2高度处部分填充青砖腔体的温度高于部分填充海绵的腔体,部分填充青砖复合腔体交界面处的速度梯度、速度滑移系数和应力跳跃系数均小于部分填充海绵的复合腔体;随着Ra的增大,多孔介质侧的温度降低,右壁面流体介质温度逐渐增大,交界面处的速度滑移系数仅略微增加,而速度梯度值和应力跳跃系数明显增大。