多层复合回音壁微腔热振荡效应的理论研究

多层复合材料微腔能够观察到单一材料无法实现的独特现象。本文在理论上分析了由丝状蛋白和聚二甲基硅烷(PDMS)涂覆的二氧化硅微球腔热振荡效应,并观察到该复合回音壁微腔独特的振荡波形。该波形由两个不同速度的振荡周期组成,在慢速的振荡周期中包含着若干快速的振荡周期,并且快速的振荡只出现在丝状蛋白和二氧化硅的温度上升区间。我们基于耦合模理论构建的热动力学方程解释了这一现象。这种双频振荡同时出现的现象在传感器领域有着潜在应用价值。

南海南部海洋上层的热振荡

对1961—1973年南海南部(14°N以南,106°—120°E)海区0—400m的温度-深度资料、以2个月为时间步长、在2(经度)×2(纬度)的网格上进行统计,并计算了表层至100m垂直平均温度(TAV)。结果表明,TAV的年平均和季节分布是东南高、西北低,等温线大致呈东北—西南走向。TAV的经验正交函数(EOF)分析结果表明,本海区的TAV有显著的年际变化,存在着约2—4年的振荡周期,且与ENSO事件密切相关。在埃尔尼诺年,本海区的TAV增加,且有沿海盆向赤道增大的趋势。这种异常状况也存在于100m以深水层。在ENSO事件期间等温线普遍下沉,下沉的深度随深度而减少,随纬度由西向东减少,下沉的幅度随ENSO事件、季节及海域而异。究其原因主要与埃尔尼诺年季风减弱和海洋中的涡旋活动变化有关。此外,强副高的影响也使海洋上层得热增多。

基于肽键热振荡理论和酶工程技术的动物药肽类化合物研究

目的:筛选与动物药功能主治相关活性组分,探讨其传统热炮制加工机理,验证肽键热振荡理论。方法:以4类动物药为代表,包括虫类、胶类、角类、贝壳类,对动物药连续用石油醚、乙酸乙酯、甲醇、水超声提取,得到4个不同极性溶媒提取物,对其进行系统活性对比研究。进一步将动物药水提液经超滤技术分为>10kDa、3~10kDa、1~3kDa、<1kDa组分。以相关活性指标,筛选活性组分;对炮制前后动物药<1kDa组分的活性及寡肽收率进行对比研究;以动物药蛋白>10kDa部分为底物进行酶解,以相关活性指标对天然和酶解<1kDa组分进行对比研究。结果:动物药各极性溶媒提取物活性最强的为水提取物,水提取物各组分中<1kDa或1~3kDa的小肽段活性明显强于蛋白、多肽部位,因此确定动物药<1kDa或1~3kDa的小肽段为活性组分;炮制品的寡肽含量高于生品;酶解<1kDa组分活性略低于天然<1kDa组分,但酶解寡肽的寡肽收率远高于天然寡肽。结论:确定了<1kDa或1~3kDa的小肽段组分为动物药的药效物质基础;动物药经炮制之后,由于肽键的断裂,生成了更多的小分子寡肽类成分,进而可以发挥更强活性;进一步阐明了动物药热炮制机理,验证了课题组提出的肽键热振荡理论;此外,由蛋白酶解得到更多的活性寡肽,解决了天然寡肽收率较低难于产业化的问题,为动物药小肽段类物质开发应用提供了可靠的依据。

基于肽键热振荡理论对僵蚕炮制前后体外抗帕金森活性的研究

目的:筛选僵蚕抗帕金森病作用活性组分,对比僵蚕传统热炮制加工前后活性,研究僵蚕天然寡肽与酶解寡肽抗帕金森病作用活性,并对比炮制前后天然与酶解寡肽收率,为僵蚕合理开发应用提供依据。方法:将僵蚕应用石油醚、乙酸乙酯、甲醇、水分别提取,得到僵蚕不同极性溶媒提取物,应用6-羟基多巴胺(6-OHDA)诱导的人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)细胞损伤模型对其全成分进行系统研究;进而将僵蚕水提取物经过超滤离心,分别得到>10 kDa、3~10 kDa、1~3 kDa、<1 kDa组分,再应用乙酰胆碱酯酶(AchE)抑制率及对6-OHDA诱导SH-SY5Y细胞损伤的保护作用进行活性组分筛选;基于肽键热振荡理论对炮制前后僵蚕不同组分活性进行对比研究;酶解僵蚕>10 kDa组分,对天然及酶解<1 kDa组分进行活性对比研究。结果:僵蚕水提取物较其他极性溶媒提取物活性强,水提取物中<1 kDa组分的活性最佳,因此确定僵蚕<1 kDa组分为活性组分;炒僵蚕<1 kDa组分寡肽含量高于生品;酶解<1 kDa组分的活性略低于天然寡肽,但酶解<1 kDa组分寡肽收率高于天然<1 kDa组分。结论:本文确定了<1 kDa组分为僵蚕体外抗帕金森的药效物质;基于肽键热振荡理论阐明了僵蚕经麸炒后,由于肽键的断裂,生成了更多的小分子寡肽类成分;由酶解得到收率更高的活性寡肽,解决了天然寡肽收率较低难于产业化的问题,为僵蚕开发应用提供了可靠的依据。

燃气轮机燃烧场热声振荡的测试研究进展

氢燃料燃气轮机是目前最具有前景的研究方向,氢燃料特别是绿氢能源能够减少温室气体排放、提高能源利用率,但由于氢能燃烧化学反应速率较快、燃烧速度高,容易引发热声振荡现象。热声振荡是声波与热释放在相位差小于90°时耦合作用的结果,该现象会对燃气轮机造成疲劳损伤,甚至损坏部件,热声振荡的诱因包括火焰热释放波动、声压脉动、燃烧室内流场波动等,对这些参量的耦合研究可加深对热声振荡的认识,为预测热声振荡提供理论基础。热声振荡研究涉及到的测试参量包括动态压力、火焰热释放、温度、当量比、速度,对应的测试手段应具备高频测量的能力。动态压力的测试手段主要包括压力传感器和麦克风,由于压力的时域响应快,动态特征明显,是热声耦合作用的关键参量,研究最为广泛。火焰热释放主要使用OH*化学发光或者荧光信号来进行表征,测试手段包括图像增强型高速相机(ICCD)、光电倍增管(PMT)、平面激光诱导荧光(PLIF)等。温度测量除了常用的热电偶,光学诊断技术有可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)、PLIF、拉曼光谱(RS)等。当量比作为对燃烧有直接影响的参量,烟气分析仪等传统手段难以进行动态测量,早期使用当量比波动方程来进行评估,后来发展的TDLAS、PLIF、激光诱导击穿光谱(LIBS)等光学测试技术都具备获得当量比动态波动的能力。速度脉动是直接作用于热声振荡的参量,测试技术包括一维的双麦克风测速、热线风速仪、激光多普勒测速(LDV),以及多维的粒子图像测速(PIV)、纹影等。至今为止,关于热声振荡测量的大部分技术发展较为成熟,列举了这些燃烧诊断技术的原理以及在热声振荡或不稳定燃烧现象中的应用,并且总结了热声振荡测试的发展与展望。

基于动态传热模型的反应器温度振荡量热法研究

为研究温度振荡量热法对反应器传热因子(UA)和反应热(Qr)的动态估计性能,基于热平衡理论建立了一种通用的反应器模型,模拟研究了放热工况、夹套介质流速和反应器体积对该方法估计结果的影响,并使用系统的总体时间常数(τ')对振荡量热法适用性进行量化评价。结果表明:温度振荡量热法适用于放热速率平稳的反应过程,建议在5 L以内的小型反应器中应用温度振荡量热技术,对于体积较大的反应器或变化剧烈的放热反应过程,需要增加夹套油液流速以提高τ'的大小。τ'的建议值应小于900 s,随着该值的增加,振荡周期将逐渐延长,反应过程中UA和Qr的整体估计质量也会逐渐降低。研究结果阐明了温度振荡量热法的适用性,对反应器系统的开发有重要意义。

燃烧室声腔结构对固体火箭发动机热声振荡影响的实验研究

固体火箭发动机燃烧室中的热声不稳定燃烧会对发动机的正常工作造成严重危害,为了能够对热声不稳定的影响机制有更加深刻的认识,基于缩比固体火箭发动机设计了一种平面燃烧器热声实验装置,通过开展多工况实验研究了化学当量比和燃烧室声腔结构对燃烧室中热声振荡的影响。研究发现,在长度为920 mm、内径为150 mm不含模拟药柱的燃烧室中,随着化学当量比的增加,热声振荡的幅值先增加后减小,振幅在化学当量比∅=1.31处达到最大值35.4 Pa;在含有模拟药柱的燃烧室中,随着化学当量比的变化,燃烧室中出现了热声不稳定模态转换的现象,即热声不稳定从一阶声不稳定变为二阶声不稳定。对比分析了药柱内径对两种不稳定模态频率和振幅的影响,通过测量压力衰减系数进一步分析了药柱结构特性对热声振荡的阻尼作用,发现药柱结构对热声振荡的阻尼作用随药柱内径的增大而减小。结果表明,在发动机工作过程中,随着燃面的退移,药柱的内径变大,阻尼作用会越来越小,导致发动机工作末期稳定性降低,出现燃烧不稳定现象的风险增加。

Rijke热声振荡的非线性效应

本文研究了Rjike管热声振荡的非线性效应，指出了引起非线性效应的两个因素，即热声相互作用的非线性和声波在管子末端的非线性辐射声阻,并通过计算声波振幅的增长率和实验分析声波的频谱，发现非线性效应限制了管内声波振幅的增长，并且导致了二次及高阶谐波的产生。

贫氧、预混火焰热声耦合振荡的声场分析

利用SQLABⅡ振动噪声分析仪对贫氧、预混层流火焰和湍流火焰的热声耦合振荡过程进行声场分析.随着化学当量比φ的增大,燃烧室和预混室内声压振动的特征频率逐渐降低,而对应的声功率峰值逐渐提高.在特征频率附近,燃烧室与预混室内的声压振动趋于同频、同相,两者具有明显的耦合关系;在高频情况下,两者不会发生耦合.在化学当量比φ相同而燃烧室入口雷诺数不同的工况下,燃烧室内的声压振动频谱基本相似,说明可燃预混气的组分浓度变化是火焰发生低频振荡的主要原因,当燃烧在偏离化学恰当比情况下进行时,局部空气系数波动所导致的火焰表面大尺度涡团交替脱落是诱发火焰热声耦合振荡的主要原因.

预混火焰热声振荡的高速摄像分析

对多孔介质稳焰机理以及预混火焰发生动力学失稳的原因进行了理论分析,并利用振动噪声分析仪和高速摄像仪研究了贫燃、贫氧预混火焰发生热声不稳定时燃烧室内的声压振荡特性及火焰热释放的脉动规律.当化学当量比Φ≥1.24时,贫氧预混火焰因连续点火源消失而发生动力学失稳;当Φ≤0.80时,贫燃预混火焰则因预混可燃气流速与火焰传播速度之间平衡关系被破坏以及局部猝熄等原因而失稳.当贫氧预混火焰发生热声耦合振荡时,燃烧室内的压力振荡特征频率及最高振荡幅值均较低,分别为9.02Hz和80dB;而当贫燃湍流预混火焰发生热声振荡时,燃烧室内的压力振荡特征频率为127.07Hz,声压级最大振幅高达115dB.图像分析显示,火焰热释放的脉动与声压振荡是频率相同、相位相近的.

Rijke管内热声振荡机理的一种新解释

根据气体的密度、粘度和导热系数等物性参数随温度变化的规律 ,提出了Rijke管内热声振荡机理的一种新的解释 .由于气体密度随温度增加而减小 ,动力粘度和导热系数随温度增加而增加 ,故在一定的加热条件下 ,加热管内会形成压力与流量关系的奇异性 ,产生不稳定性 ,从而导致热声振荡 .这一研究结果从另一个角度揭示了热声现象的机理 ,对进一步认识该现象具有一定的意义 .

超临界压力航空煤油热声振荡与传热恶化实验研究

为了深入理解超燃冲压发动机再生冷却系统中碳氢燃料的流动传热规律,对竖直上升圆管内RP-3航空煤油的超临界对流换热做了实验研究。详细探讨了质量流速、热流密度、压力等对管壁温度和换热系数分布的影响,并拟合得到了过渡区和湍流区的对流换热经验关系式。结果表明:近临界和较高压力下的换热呈现出迥异的特征。在近临界压力过渡区的高进口过冷度工况,近壁流体密度和黏度的综合作用引起了热声振荡现象,使换热显著增强;而主流温度处于拟临界温度附近时却出现了由近壁流体体积急剧膨胀导致的传热恶化现象。在高压力下,过渡区热声振荡和湍流区传热恶化都不会出现,但低质量流速时强浮升力使过渡区进口段出现了严重的壁温飞升现象。新关系式具有良好的适用性,预测值与实验值的相对误差在20%以内。

可视化Rijke型热声振荡演示器的研制

叙述了一可视化Ｒｉｊｋｅ型热声振荡演示器研制过程。相比于传统的热声演示器，这一新型装置具有更直观更简单的优点，是一理想的教学演示装置。文中还给出了初步的实验结果以及研制与实验过程留给我们的启示。

热声振荡的格子气模拟

采用二维九速的格子气模型模拟热声振荡,建立了完备的多体碰撞规则,提供了粘性和热边界的处理方法.对不同热源温度的热声振荡起振特性进行了模拟,同时也数值模拟研究了板叠两端温度随时间的响应过程.研究结果显示,碰撞规则完善与否会影响格子气的模拟结果,系统中的温度场对板叠温差的扰动存在响应滞后,温差直接影响热声振荡的起振特性.此外,低温热源对格子气模型噪声的影响更为敏感.

热声耦合振荡燃烧的实验研究与分析

热声耦合振荡是在推进系统工作中经常遇到的危害系统工作及安全的现象。它是由非稳定燃烧放热和压力脉动互相耦合产生的系统振荡过程。通过对天然气预混燃烧过程中的热声耦合振荡现象进行了实验研究,分析了不同当量比、热负荷和进出口边界条件下天然气燃烧的动态过程,分析其稳定范围及振荡模态随影响因素的变化规律。结果显示振荡频率随着当量比的减小有所增加,但是没有发生模态变化。在常压条件、接近贫燃熄火极限时,热声耦合振荡现象消失,压力脉动频率跃升至500 Hz或1000 Hz附近的高频。燃烧室出口越接近阻塞条件,燃烧过程的稳定范围越小。同时入口边界位置越接近燃烧段,压力脉动频率越高。热功率变化也会对脉动频率和声压级数值产生影响。另外还采用线性扰动分析方法对天然气燃烧动态过程进行理论分析,进一步研究了不同条件下旋流预混燃烧的热声耦合振荡模态。

Mg-O_2和Mg-CO_2预混气燃烧特性及热声振荡的数值模拟研究

基于金属镁在高超声速飞行器及火星探测器上的应用,为探讨金属燃料在不同氧化剂环境中的燃烧特性及热声不稳定性机理,开展了数值模拟研究。考虑镁蒸气与O_2和CO_2两种氧化剂的剧烈反应区,构建了预混燃烧的二维燃烧室模型,详细探讨了预混气当量比、预混气初温及入口速度等对燃烧特性及热声振荡特性的影响规律,并与CHEMKIN计算结果进行了比较分析。结果表明,较高的当量比下燃烧室的燃烧速率更快,燃烧平衡温度更高,此外增加预混气初温能加快燃烧室燃烧速率,而更高的入口速度会使燃烧室的压力振荡从低频高振幅振荡向高频低振幅振荡转化。燃烧室的压力振荡同时存在轴向振荡和径向振荡,振荡曲线为高频振荡和低频振荡的不同组合。入口速度对燃烧室压力振荡有较大影响,入口速度越快,振荡频率越高,而声压级越低。此外,预混气当量比和预混气初温对燃烧室的压力振荡也有一定影响。

内燃机燃烧过程的热声振荡现象研究

以经过改装的火花点火式发动机作为研究对象,首先进行不考虑燃烧室声场影响的内燃机燃烧三维模型燃烧模拟,并将模拟结果同燃烧过程高速摄影结果比较分析;然后进行燃烧室声激励下的压力场研究和考虑燃烧室声场影响的准维模型的燃烧模拟计算。不考虑燃烧室声学影响的燃烧模拟结果与实际的燃烧试验结果存在较大的差异;闭式燃烧室内考虑声学影响时,由于燃烧激励使得燃烧室的压力场存在着波动。结果表明,燃烧室的声学特性对燃烧过程中压力的变化存在显著的影响。

自激振荡流热管内Cu-水纳米流体的传热特性

对工质为Cu-水纳米流体的自激振荡流热管在不同激光加热功率下的热传输特性进行了实验研究,并对工质为蒸馏水的自激振荡流热管的传热性能进行了比较。通过对不同的充液率、Cu纳米颗粒份额的Cu-水纳米流体自激振荡流热管实验结果分析发现:自激振荡流热管内Cu-水纳米流体的热传输具有一定的特殊性,在一定条件下纳米流体可以起到强化传热的作用,但决定纳米流体自激振荡流热管热传输性能的参数应是充液率。

Rijke管自激热声振荡的数值模拟

为了对热声不稳定的发生及控制机理进行研究,对Rijke管内的自激热声振荡现象进行了数值模拟。采用具有低频散低耗散特点的计算气动声学方法,对带有非线性热源项的声波方程进行数值求解,并比较了不同的热源模型及边界条件对非线性效应的影响。结果表明,计算气动声学方法可以成功捕捉到Rijke管内压力的起振过程,而且在速度扰动达到平均流速度的1/3时,振荡会由线性增长转为非线性增长,最终达到有限幅值极限循环。相比热源项,考虑管口辐射耗散的非线性边界条件在振荡幅值和频谱方面对结果的影响都比较小。数值模拟得到的结果与实验符合较好,表明计算气动声学方法适合于热声振荡问题的研究。