基于Hydrolight模拟的内陆水体光场的二向性

为了进一步完善内陆水体光场的二向性研究,以水体固有光学量和水质参数为输入,采用Hydrolight辐射传输模型模拟了内陆水体光场的二向性分布,获得了二向性因子Q、f/Q随观测方向、波段的变化规律以及Q、f/Q受驱动要素的影响规律.结果表明:f/Q随波段的变化大于随观测天顶角和观测方位角的变化,f/Q随观测天顶角变化大于随观测方位角的变化;观测方向对蓝光和近红波段f/Q的影响大于对绿光和红光f/Q的影响.Q、f/Q的驱动要素中太阳天顶角、悬浮物质量浓度、叶绿素a质量浓度、悬浮物后向散射概率及云量属于主导要素,在反演浑浊类水体水质参数时需要慎重对待;aCDOM、叶绿素后向散射概率、漫总比、风速等要素对光场二向性的影响可以忽略.总体而言,仅考虑二向性影响时,水质参数遥感反演时应尽量选用绿光和红光波段、观测天顶角在40°范围内、观测方位角在0°~150°和210°~360°内的遥感反射率数据,可以适当降低方向性观测引入的误差,提高水质参数反演精度.

三七治疗骨关节炎机制:基于UHPLC-QE-MS、网络药理学及分子动力学模拟

背景:课题组前期研究发现三七能够修复骨细胞的形态结构,对于治疗骨关节炎具有良好的应用前景,但目前对于三七的具体作用机制尚不清楚。目的:采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-Q exactive-mass spectrometry,UHPLC-QE-MS)技术鉴定三七的主要成分,并结合网络药理学、分子对接和分子动力学模拟探究三七治疗骨关节炎的作用机制。方法:利用UHPLC-QE-MS技术鉴定三七的主要成分后,运用TCMSP数据库筛选活性成分,通过TCMSP和Uniprot数据库查找活性成分靶点,通过疾病数据库筛选骨关节炎靶点。在药物靶点与疾病靶点取交集后,导入STRING数据库和Cytoscape软件构建蛋白互作网络筛选关键靶点,通过“活性成分-作用靶点”网络筛选关键活性成分。再对关键靶点进行富集分析,并对关键活性成分和关键靶点进行分子对接验证,最后选取结合能最低的结果进行分子动力学模拟。结果与结论:①在三七溶液中共鉴定出57种活性成分,成分靶点与疾病靶点交集50个,关键活性成分5个(槲皮素、熊脱氧胆酸、山奈酚、柚皮素和红藻氨酸),关键靶点5个(白细胞介素6、基质金属蛋白酶9、白细胞介素1β、白蛋白和趋化因子配体2);②基因本体功能富集642个条目,其中620个条目代表生物过程,21个条目代表分子功能,1个条目代表细胞成分;京都基因与基因组百科全书通路分析63条通路,主要涉及雌激素信号通路、白细胞介素17信号通路和高糖基化终末产物-高糖基化终末产物受体信号通路;③分子对接显示关键活性成分和关键靶点结合活性良好,分子动力学模拟提示槲皮素和基质金属蛋白酶9间的相互作用稳定;④对三七成分进行了较全面研究,初步阐明了其药效物质基础,预测三七可通过多组分、多靶点、多途径和多通路发挥抗炎、软骨保护和免疫调节作用来治疗骨关节炎。

Ag^(+)、Zn^(2+)、Cr^(3+)改性Y型分子筛吸附脱除喹啉的模拟计算研究

首先考察了吸附时间对三种改性Y型分子筛AgY、ZnY、CrY吸附脱除模拟燃料中喹啉的影响,结果发现三种分子筛对喹啉的吸附容量和去除率大小顺序均为:AgY>CrY>ZnY.运用Materials Studio软件,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)和密度泛函理论(DFT)对改性Y型分子筛吸附喹啉机理进行了模拟计算研究,得出以下结论:模拟计算AgY、ZnY、CrY的比表面积和孔体积与其低温N2吸附-脱附表征结果基本一致,并且发现改性Y型分子筛的吸附脱氮能力与比表面积和孔体积关系不大;以Fukui函数为基础,采用Mulliken和Hirshfeld两种布局数分析方法模拟计算了三种改性Y型分子筛的相对亲电性并分析Lewis酸强弱,其Lewis酸大小顺序为:AgY>CrY>ZnY;对三种改性分子筛进行了前线轨道分析,其化学吸附活性大小为AgYCrY>ZnY,模拟计算所得各种结果与实验结果顺序完全一致.

纳米尺度下水液滴撞击固体表面润湿性行为的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法研究纳米尺度下水液滴碰撞铜壁面的润湿过程,水滴温度和固液作用强度对润湿性行为的影响以及直径为4.67 nm球形液滴在273 K-353 K温区、固液作用强度在1-3范围内,水滴的润湿行为和平衡接触角与温度、固液作用强度之间的变化关系.研究结果显示:液滴在不同润湿性壁面上会产生明显不同的润湿演化特性.模拟结果表明对于亲水材料,由于壁面附近水分子所受的势能束缚随温度升高而增强,平衡接触角则相应减小;对于疏水材料,由于随温度的升高分子之间增加的势能大于固液之间增加的势能而表现出平衡接触角随着温度升高而增大的趋势.因此,针对其材料亲水性能,可以通过改变温度影响其润湿行为,从而提高传热、传质和自清洁性能.

煤表面含氧官能团吸附氮化物的模拟计算研究

煤表面六种常见的官能团结构单元包括酚羟基Ph-OH、羧基-COOH、羰基-C=O、醚键-O-、醇羟基R-OH和烷基R,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)和密度泛函理论(DFT)从原子层面模拟计算煤表面官能团对苯胺、吡啶、喹啉三种典型氮化物的吸附性能.通过计算分析前线轨道、吸附能及分子间吸附距离等参数,探究三种氮化物在煤表面不同官能团上的吸附机理,结果表明煤表面模型上各官能团对三种氮化物的吸附强弱顺序均为:-COOH>R-OH>Ph-OH>-C=O>-O->R,三种氮化物在煤表面官能团的吸附强弱顺序为:吡啶>喹啉>苯胺.

铁基氧化物团簇催化CO还原NO反应模拟

固定床实验表明,在深度欠氧的条件下,铁基氧化物对CO还原NO的反应具有催化作用.为进一步理解脱销催化反应机理,本文利用量化软件Gaussian模拟了铁及其三种不同价态氧化物团簇:Fe_(2)团簇、Fe_(2)O_(2)团簇、Fe_(2)O_(3)团簇催化CO还原NO的反应路径,为进一步改进脱硝反应提供理论基础.本文分析了反应过程的各阶段能量壁垒,三种团簇中最容易发生催化反应的团簇为Fe_(2),整个反应过程中的决速步为NO在Fe_(2)团簇上的解离吸附过程.

Ru团簇对Ni/Ni_(3)Al合金纳米线形变影响的原子模拟

镍基高温合金是制造先进航空发动机热端部件的关键材料之一,其高温力学性能直接关系到发动机运行安全和使用寿命.本文采用改进分析型嵌入原子模型(MAEAM)和分子动力学(MD)研究合金化元素钌(Ru)团簇对Ni/Ni_(3)Al纳米线形变机制的影响,结果表明:在单轴拉伸应变下,纳米线的弹性模量和屈服强度随温度升高而降低.温度较低时,纳米线形变由位错产生与发射而导致晶格滑移所引起.由于晶格热振动非谐效应不明显,Ru团簇阻碍效果显著,使得晶格滑移区域仅限于Ru团簇与Ni/Ni_(3)Al相界面之间且呈非对称分布.温度较高时,纳米线的形变由位错发射而引起晶格滑移所致,但因非谐效应显著,Ru团簇无法阻碍位错运动,滑移区域在Ru团簇周围对称分布于Ni_(3)Al相中.最后从Ru团簇微观结构及其稳定性的角度进一步分析其对纳米线形变影响.

Aspen Adsorption在气体吸附过程模拟方面的应用

Aspen Adsorption是一款吸附模拟软件,常用于气体吸附分离过程的模拟计算,对操作条件优化、设计优化、吸附材料性能评价等方面具有一定的指导作用。简要介绍了Aspen Adsorption软件的应用、模型参数和各种衡算方程,总结了其在穿透曲线计算方面的模拟计算和应用,归纳了利用循环控制器Cycle Organizer针对各种类型的变压吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)和变温吸附TSA(Temperature Swing Adsorption)过程进行模拟的情况。此外,针对Aspen Adsorption与其他软件结合使用的案例也进行了简要介绍。最后对Aspen Adsorption的未来发展进行了展望。

SSP-RCP耦合情景的城市局地气候分区模拟--以南京市为例

基于情景的土地利用变化模拟能够展现未来城市的多种可能性,是当前土地覆被变化领域的热点。现有研究地表分类体系中的建设用地无法精确刻画城市内部空间形态,且土地模拟研究中不统一的模拟情景将影响土地模拟结果的可比性,因此,本文采用了国际耦合模式比较计划(CoupledModelIntercomparisonProject,CMIP)最新提出的三种典型SSP-RCP耦合情景,以南京市为研究区,开展了未来近期(2030年)、中期(2060年)和远期(2090年)的局地气候分区(local climate zones,LCZ)时空模拟。结合马尔可夫模型和多目标规划预测未来耦合情景下各LCZ类型的数量需求,并通过未来土地利用变化模拟模型实现LCZ的空间分布模拟。结果表明:①SSP126情景下生态用地(LCZA/B/D/G)得到了有效保护,且建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)在主城区的扩张得到有效控制。②SSP245情景中,经济发展的同时也顾及了生态环境保护,尽管建筑用地扩张明显,但生态用地(LCZA/B/D/G)的面积仅出现了轻微下降。③SSP585情景建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)和耕地(LCZ D)扩张态势十分显著;21世纪中、后期的林地(LCZ A、LCZ B)和水体(LCZ G)将遭到严重破坏。本文首次开展了自然与人文双重驱动下的城市LCZ时空模拟,研究成果能够直接应用于城市气候与规划领域。

注重基础、立足工程、强化实践、融入模拟、激励创新——材料力学教学改革探索

材料力学是机械类、土木类和力学类等工科类专业的核心课程,课程秉承“强基础、重实践、融模拟、促创新”的理念;构建“融工程、融前沿、融思政”的教学资源与内容,夯实学生的力学理论知识,培养学生利用力学理论解决实际工程问题的能力,同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观和职业观;将抽象的力学概念与三阶递进的课程实践融会贯通,培养学生的动手实践能力、探索精神和创新能力;将数值模拟技术引入课堂,初步培养学生利用数值模拟软件解决力学问题的能力。建立以传授知识为中心,以解决工程问题为导向,以创新实践为特点,以数值模拟软件为工具,以立德树人为根本的课堂。

UUV水下动态布放回收流体动力性能数值模拟

UUV与水下对接装置对接的过程中存在双体干扰问题,非线性特征强烈。为了探明UUV在对接过程中流体动力随着对接姿态以及运动距离变化规律,本文借助Fluent软件中的动网格技术开展非定常工况下UUV动态回收过程的数值模拟研究。系统分析UUV运动速度、运动姿态(主要是攻角)对其流体动力性能以及流场结构的影响。本文研究成果可为后续样机试验提供技术指导和理论支撑。

结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

露天爆破中炸药单耗对岩石破碎块度的数值模拟研究

露天爆破中岩石破碎块度是钻爆、铲装、运输及后续工艺等综合成本的主要衡量标准,炸药单耗是其主要影响因素,而炸药单耗对破碎块度的研究一般采用爆破模型试验,但其存在成本高、试验结果误差大等缺点.为了优化炸药单耗来降低爆堆的大块率、平均块度,并预测实际工程块度,在爆炸破岩理论基础上,运用基础力学测试设备对模型材料进行了单轴抗压、弹性模量、断裂韧度等测试,标定RHT本构模型参数,通过LS-DYNA数值仿真软件和粒子流算法(SPH)构建了三维露天台阶爆破数值仿真模型,首次对爆破破岩数值模拟结果实现块度精准统计,并对爆破破岩块度随炸药单耗的变化规律开展了系统研究.研究结果表明:炸药单耗在0.23~0.79 kg·m^(-3)范围内,岩块最大尺寸均小于240 mm,其变化区域分为240、220、140 mm三个最大块度相近区和240~220 mm、220~140 mm两个明显下降区;随单耗增加,均匀性指数n呈波浪式减小,分形维数D与n的变化趋势相反,平均块度尺寸呈现先快速下降后缓慢变化的趋势;炸药单耗的块度分布拟合曲线采用G–G–S函数拟合,相关系数均在0.91~0.97间,其变化规律验证了通过SPH法来模拟岩石爆破和岩石破碎块度统计方法的可行性和准确性.研究结果对爆破破碎块度分布规律的完善及块度控制工程具有一定的意义.

NH_(3)/CH_(4)/CH_(3)OH多孔介质燃烧特性模拟研究

氨(NH_(3))是一种无碳燃料,有望作为热能发电的替代燃料降低碳排放。多孔介质燃烧是一种可提高燃烧速率和稳定性的燃烧技术,实验表明其用于氨与反应性更强的燃料进行混燃可以同时提高燃烧强度和燃烧稳定性,但缺乏相应的模型研究。该文基于多孔介质导热强度高的特性,其内部燃烧满足一维假设,建立了一维多孔介质燃烧模型,对NH_(3)分别与甲烷(CH_(4))、甲醇(CH_(3)OH)掺混时的燃烧特性进行模型计算。计算结果显示多孔介质对两种混合燃料的作用不同,对于CH_(4)/NH_(3)燃料,多孔介质可以明显提高燃烧速率并降低富燃状态的NH_(3)残留;对于CH_(3)OH/NH_(3)燃料,提高燃烧速率和降低NH_(3)残留的效果较差;对两种混合燃料,可燃气体预混后直接送入多孔介质燃烧都增加一定的NOx排放,增加效果相同,而分级燃烧可以显著降低NOx排放。

多光谱法和分子对接模拟法研究茶碱和胃蛋白酶的相互作用

在模拟生理条件下,通过紫外可见吸收光谱法、傅里叶红外光谱、荧光光谱、三维荧光光谱、同步荧光光谱、圆二色谱等方法以及分子对接模拟法对茶碱(TPL)与胃蛋白酶(PEP)的结合机理进行了研究,在分子层面探讨TPL与PEP相互作用的机制,有助于对TPL的药理毒性、药效进行深入研究。根据Stern-Volmer方程,计算在298、 303和308 K三种温度下TPL对PEP的动态荧光猝灭速率常数Kq远大于最大动态荧光猝灭常数2.0×10^(10)L·(mol·s)^(-1),证明TPL对PEP的猝灭方式为静态猝灭。随着TPL浓度的不断升高,PEP的动态猝灭常数Ksv呈规律性下降趋势,TPL可以有效对PEP的内源荧光进行猝灭,进一步判定作用机制为静态猝灭。三维荧光图谱分析表明,体系中随着TPL浓度的不断升高,PEP中代表色氨酸残基与酪氨酸残基以及肽链骨架结构的荧光强度峰值明显降低,且峰位发生红移,表明TPL对PEP的二级结构产生影响。同步荧光图谱分析表明TPL与PEP结合时,主要集中在色氨酸的残基上。红外光谱表明TPL引起PEP内官能团伸缩振动,使PEP的二级结构发生改变。紫外吸收光谱表明随着混合体系中TPL浓度增大,吸收峰峰值逐渐增大,表明TPL可以改变PEP的二级结构。分子对接模拟法表明,TPL与PEP中氨基酸残基GLU13、 VAL30、 TRP39、 GLY76、 GLY78、 PHE117的结合作用力为范德华力,与氨基酸残基THR77、 GLY217形成氢键,与氨基酸残基TYR75、 LEU112、 ILE120、PHE111之间存在疏水作用力,证明两者主要通过范德华力与氢键结合,进一步证明TPL改变了PEP的二级结构。圆二色谱分析显示PEP中β-折叠的占比从50.2%下降至48.8%, α-螺旋结构的占比从8.1%上升到8.4%;β-转角的占比从18.3%上升到18.7%;无规则结构的占比从29.1%上升到29.2%,表明TPL改变了PEP的二级结构。实验研究结果有助于了解TPL与PEP的结合作用机制,为TPL的使用及研究提供了数据依据。

多情景模拟下的跨境铁路运输时效研究——以中老铁路为例

跨境铁路运输是中国与周边国家陆路联通的重要环节。跨境铁路运输时效既受线路畅通情况、基础设施技术等级等“硬联通”因素的制约,也受到海关条例、口岸畅通水平等“软联通”因素的影响。因此,跨境铁路运输时效研究应充分考虑不同情景,以期更科学地模拟运输时长的变化机理。本文以中老铁路(中国昆明−老挝万象,简称中老铁路)为例,在梳理中老铁路沿线地区社会经济概况及基础设施发展水平的基础上,考虑不同运营速度、通关时间、铁轨换装、多式联运等因素,构建了长途跨境运输时间的计算模型,采用多情景模拟方法,解析了中老铁路运的优势距离及客货运时效变化。研究表明:①中老铁路有助于沿线跨境运输时间显著减少。相比公路运输,客货运时间优势均超过20%;②通关时间是影响跨境铁路运输的关键要素之一,占运输总时长的20%~60%;③铁海联运是中老铁路运输进一步提升运输效率的途径,能有效缩短老挝至日本的总运输时间。

新形势下麻醉危机事件情景模拟教学方式的转变效果分析

目的:探讨麻醉危机事件情景模拟教学在危急重症模拟培训课程中对医学生在麻醉科实习期间临床思维能力和危机事件应急处理能力的影响。方法:由某院麻醉科高年资主任医师兼南京医科大学临床老师组成培训师资队伍,将2022年麻醉专业本科实习医生随机分为对照组和观察组,分别进行传统麻醉危机知识教学和麻醉危机事件情景模拟教学。并进行问卷调查和成绩考评。结果:接受麻醉危机事件情景模拟教学的学生满意度较高,培训后成绩及年终理论考核成绩均优于对照组。结论:通过建构良好的模拟培训和调整模拟设施及课程形式,采取“线上-线下”结合的模式,全面地模拟麻醉危机事件,可以有效地提高医学生的临床思维能力和危机事件应急能力,从而提高麻醉教学效果。

情景模拟教学法在临床基本技能培训中的应用研究

目的基于PDCA循环理论探索情景模拟教学法在临床基本技能培训中的应用模式。方法选取哈尔滨医科大学附属第一医院2019级临床医学专业96名学生作为研究对象,分别设置实验组和对照组,每组48名学生,于2022年3—12月开展技能培训。对照组采用传统方式培训,实验组采用基于PDCA循环的情景模拟教学法培训。比较分析对照组和实验组的培训效果及培训满意度。结果在实验组学生的培训效果调查中,临床基本技能操作中多方面评价结果均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01)。在适当且安全的操作方式方面,两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。在培训满意度调查中,实验组学生对培训满意度明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.01)。结论在临床基本技能培训中应用基于PDCA循环的情景模拟教学法,有助于提升临床基本技能培训质量和学生满意度。

情景模拟结合CBL对提升产科住院医师医患沟通能力的效果分析

目的探讨在产科住院医师规范化培训(简称住培)中进行情景模拟结合以案例为基础的教学对医患沟通技能培训的效果。方法选取50名在产科规范化培训的住院医师为研究对象。培训前进行学员调查和医患沟通能力SEGUE测评。基于产科住培大纲选择5个典型病例情景,由教师录制5个典型病例病情医患沟通的示范视频,并梳理相关背景知识,在产科住院医师中依次开展培训课程,即视频示范、小组讨论、病例背景知识梳理讲解、分角色演练、演练后反馈和评价以及临床实践。培训后再次进行学员调查和医患沟通能力SEGUE测评。使用配对样本的非参数检验方法评价培训效果。结果情景模拟结合以案例为基础的教学的医患沟通技能培训后,学员医患沟通能力SEGUE测评总分提高[13.00(11.00~16.00)vs.22.00(20.00~24.00)],差异具有统计学意义(Z=-6.159,P<0.001);医患沟通能力SEGUE测评总体合格率提高[36.0%(18/50)vs.98.0%(49/50)],差异具有统计学意义(χ^(2)=43.464,P<0.001)。结论情景模拟结合以案例为基础的教学的医患沟通技能培训可有效提高学员医患沟通能力,调动学员的学习主动性,激发学员内在学习动力,建议在产科住培中纳入此类课程。

翻转课堂联合SimMan 模拟人在住院医师ACLS非技术能力培训中的应用

目的 本研究探讨翻转课堂教学法联合SimMan模拟人在住院医师高级心脏生命支持(advanced cardiac life support, ACLS)非技术能力培训中的应用效果。方法 选取西安交通大学第一附属医院80名三年级住院医师作为研究对象,将其随机分为翻转课堂组和传统课堂组,并应用SimMan模拟人进行ACLS的模拟培训。最后采用实践测试、非技术能力测试和问卷调查评估两种教学方法的培训效果。结果 翻转课堂组学员正确使用除颤仪得分、正确使用肾上腺素得分、团队合作得分及测试总得分高于传统课堂组学员,组间差异具有统计学意义(P<0.05)。较传统课堂组,翻转课堂组经过ACLS模拟培训后在情景意识、任务管理、团队合作及判断决策等非技术能力方面的合格率均明显升高(P<0.05)。问卷调查结果显示,翻转课堂组学员在良好的课堂互动、激发学习兴趣和积极性、加强团队合作和总体满意度方面优于传统课堂组,其差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论 翻转课堂教学法联合SimMan模拟人可提高高年资住院医师的ACLS实践测试成绩和非技术能力,并增加学生满意度,在ACLS培训中具有重要的应用价值。