结冰风洞中液滴相变效应数值模拟

为明晰结冰风洞中液滴相变效应,发展了基于Euler法的气液两相传质传热耦合流动计算方法,探索了3m×2m结冰风洞主试验段构型相变效应对液滴传热过程的影响,开展了参数影响研究,评估了试验段内液滴过冷状态。结果表明:构型内液滴经历了先蒸发后凝结两个阶段,蒸发效应促进了准一维传热阶段液滴温度的下降趋势,使液滴温度趋于湿球温度,而凝结效应则抑制了三维收缩阶段液滴温度的下降趋势,进而增大了试验段液气温差,影响液滴过冷状态;增大初始相对湿度和试验段气流速度,会导致蒸发效应减弱而凝结效应增强,进而增强了相对湿度和气流速度对液滴过冷状态的影响程度,与此相反,初始液滴尺寸的增加,则会导致蒸发效应和凝结效应均减弱,进而减弱了液滴尺寸对液滴过冷状态的影响程度;在典型工况下,小尺寸液滴(液滴直径范围为40~100μm)在高风速时(试验段气流速度大于164m/s)将偏离过冷状态(液气温差超过3℃)。

深空环境下液滴辐射相变过程分析模拟

太空中固体粒子比液体粒子对航天器危害性大,计算液滴相变时间和温度变化对评估粒子危害性有重要意义。本文建立了太空环境下液滴辐射相变模型,分析了三种相变凝固模型,估计了水滴蒸发量,考虑了太阳辐射对液滴温度变化的影响,分别计算了水和氧化铝液滴的温度变化。结果表明:液滴粒径越小液滴冷却速率越大,三种相变凝固模型的相变时间差别较小;水滴蒸发比例均大于10%,其蒸发量不可忽略;水滴受太阳周期性辐射时,其温度在50K至266K之间周期性振荡变化。

温度/超声双重响应型相变液滴对水凝胶结构性能的调控

目的:制备温度/超声双重响应型脂质相变液滴(lipid phase-change droplet,LPCD),并将其与水凝胶进行复合,通过温度或低强度聚焦超声(low intensity focused ultrasound,LIFU)调控LPCD的内核发生液-气相转变,继而调控水凝胶的结构和力学性能。方法:首先通过薄膜水化法制备出脂质膜壳的全氟己烷(perfluorohexane,PFH)相变液滴,对其在温度和LIFU调控下的形貌变化、相转变能力进行表征,同时评估液-气相变前后LPCD的超声造影能力。在此基础上将其与水凝胶进行复合,通过各项表征评估温度/超声引起的液滴相变对水凝胶内部结构、浮力和机械性能的影响。结果:LPCD在温度或超声调控下有良好的相转变能力和超声造影能力。脂质液滴相变可使水凝胶内部生成直径在微米量级的诸多气孔,浮力得到显著提高,压缩应力和溶胀性能也有所变化。结论:脂质相变液滴-水凝胶复合材料(LPCD@Hy)是一种有潜力的智能响应型诊疗用微纳材料。

离散液滴运动模型研究

汽水分离器和安全壳喷淋系统是核电厂安全可靠运行的关键设备和设施,其运行过程涉及液滴在流场中的运动、碰撞和相变等物理现象。本文采用欧拉-拉格朗日耦合方法首先建立了离散液滴运动模型,包括单/多液滴运动模型、液滴碰撞、流场耦合、液滴相变、液滴产生和液滴消亡等单立模型,及相应的边界条件和空间条件,来描述多液滴在流场中的运动行为;其次给出了离散液滴运动模型的应用实例,来描述自然界蒸发、冷凝和喷雾等物理现象中的离散液滴运动行为;最后指出了现阶段离散液滴运动模型和算法存在的问题,希望感兴趣的学者在离散液滴运动模型研究方面进一步完善和推动其发展。

多功能纳米液滴超声造影剂对胰腺癌分子靶向诊疗的实验研究

目的探讨自制的诊疗一体化相变纳米液滴"IR780/叶酸-纳米液滴-多西紫杉醇(IR780/FA-Nds-DTX)"作为分子靶向超声造影剂,对胰腺癌荷瘤裸鼠的精准诊断和联合靶向治疗效果。方法体外培养胰腺癌细胞系,建立异位皮下移植胰腺癌荷瘤裸鼠模型50只,双模态靶向成像分实验组(IR780/FA-Nds-DTX)和4个对照组[生理盐水、Nds(FITC)、FA-Nds(FITC)、IR-780]。小动物活体成像验证IR780/FA-Nds-DTX对肿瘤的体内高效靶向探测能力及近红外荧光成像,低强度聚焦超声诱导相变及进一步超声造影成像验证IR780/FA-Nds-DTX在肿瘤局部的高效聚集及对肿瘤轮廓的精准评估。治疗效果观察分实验组(IR780/FA-Nds-DTX)和4个对照组(FA-Nds-IR780、FA-Nds-DTX、FA-Nds和生理盐水)。低强度聚焦超声辐照30 s诱导各组相变后的微泡爆破后,808 nm光热治疗仪分组辐照肿瘤局部,治疗前及治疗后3 d、9 d、15 d分别用二维超声监测各组荷瘤裸鼠肿瘤体积变化并记录,对比各组肿瘤体积变化率及抑制率。结果IR780/FA-Nds-DTX在肿瘤局部靶向聚集的量最多,实验组肿瘤平均荧光强度明显高于对照组:IR780/FA-Nds-DTX组比Nds(FITC)组[(5.12±0.69)×10^(7)比(1.06±0.23)×10^(7),P<0.05],IR780/FA-Nds-DTX组比FA-Nds(FITC)组[(5.12±0.69)×10^(7)比(2.98±0.34)×10^(7),P<0.05],IR780/FA-Nds-DTX组比IR-780组[(5.12±0.69)×10^(7)比(1.54±0.42)×10^(7),P<0.05],生理盐水组肿瘤局部无荧光显示。进一步液滴相变后形成的超声增强显影能更精准定位肿瘤边界。光热消融联合化疗后第15 d,IR780/FA-Nds-DTX治疗组肿瘤体积增长率较各对照组明显减低:IR780/FA-Nds-DTX组比FA-Nds-IR780组[(0.105±0.075)比(0.405±0.175),P<0.05],IR780/FA-Nds-DTX组比FA-Nds-DTX组[(0.105±0.075)比(1.385±0.035),P<0.05],IR780/FA-Nds-DTX组比FA-Nds组[(0.105±0.075)比(2.255±0.105),P<0.05],IR780/FA-Nds-DTX组比生理盐水组[(0.105±0.075)比(2.185±0.155),P<0.05]。而肿瘤体积抑制率明显增高:IR780/FA-Nds-DTX组比FA-Nds-IR780组[(0.93±0.06)比(0.48±0.17),P<0.05],IR780/FA-Nds-DTX组比FA-Nds-DTX组[(0.93±0.06)比(-0.51±0.105),P<0.05],IR780/FA-Nds-DTX组比FA-Nds组[(0.93±0.06)比(-1.63±0.115),P<0.05],IR780/FA-Nds-DTX组比生理盐水组[(0.93±0.06)比(-1.35±0.245),P<0.05]。结论自制的诊疗一体化双模态相变纳米液滴超声造影剂IR780/FA-Nds-DTX在胰腺癌微小病灶甚至转移灶的精准靶向探测与联合靶向治疗中具有较好的潜在临床应用价值。