Isothermal diffusion of water vapor in unsaturated soils based on Fick’s second law

In arid regions, water vapor diffusion predominates the total water migration in unsaturated soil, which significantly influences agriculture and engineering applications. With the aim of revealing the diffusion mechanism of water vapor in unsaturated soil, a water vapor migration test device was developed to conduct the water vapor migration indoor test. The test results demonstrate that the characteristics of water vapor diffusion in unsaturated soil conformed to Fick’s second law. A mathematical model for water vapor diffusion under isothermal conditions in unsaturated soil was established based on Fick’s law. Factors including the initial moisture content gradient, initial moisture content distribution, soil type and temperature that affect the water vapor diffusion coefficient were analyzed. The results show that there was good agreement between the moisture content calculated by the mathematical model and obtained by the indoor experiment. The vapor diffusion coefficient increased with increasing initial moisture content gradient and temperature. When the initial moisture content gradient is constant, the vapor diffusion coefficient increases with the increase of matrix suction ratio in dry and wet soil section. The effect of soil type on the water vapor diffusion coefficient was complex, as both the moisture content and soil particle sizes affected the water vapor diffusion.

磁共振表观扩散系数鉴别诊断移行带高危前列腺癌及与病理分级分组的相关性

目的探讨磁共振扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值和相对ADC值对移行带高危前列腺癌(high-risk prostate cancer,hPCa)的鉴别诊断价值及与国际泌尿病理学会(International Society of Urological Pathology,ISUP)前列腺癌分级分组(grading group,GG)的相关性。材料与方法回顾性分析经病理证实的40例移行带前列腺癌患者的双参数MRI资料,分别测量移行带癌灶和基质型增生结节的平均ADC(mean ADC,ADC_(mean))值和最小ADC(minimum ADC,ADC_(min))值,并计算移行带癌灶与基质型增生结节ADC比值的相对ADC_(mean)(relative ADC_(mean),rADC_(mean))值和相对ADC_(min)(relative ADC_(min),rADC_(min))值。比较hPCa组与低危前列腺癌(low-risk prostate cancer,lPCa)组之间ADC_(mean)、ADC_(min)、rADC_(mean)和rADC_(min)值的差异。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线评估ADC各参数对移行带hPCa的诊断效能,并根据约登指数确定最佳截断值。采用DeLong检验比较ROC曲线下面积(area under the curve,AUC)的差异。Spearman相关分析ADC各参数与ISUP GG之间的相关性。结果hPCa组的ADC_(mean)、ADC_(min)、rADC_(mean)和rADC_(min)值均低于lPCa组(P均<0.05)。ADC_(mean)、ADC_(min)、rADC_(mean)和rADC_(min)鉴别诊断移行带hPCa的AUC分别为0.775[95%置信区间(confidence interval,CI):0.615~0.892]、0.879(95%CI:0.736~0.960)、0.751(95%CI:0.589~0.874)和0.914(95%CI:0.782~0.979),rADC_(min)的AUC最大。rADC_(min)与ADC_(mean)和rADC_(mean)的AUC差异均有统计学意义(P均<0.05),但与ADC_(min)的AUC差异无统计学意义(P>0.05)。当rADC_(min)最佳截断值取0.664×10^(-3)mm^(2)/s,约登指数最大(0.783),诊断移行带hPCa的敏感度和特异度分别为100.00%、78.26%。ADC_(mean)、ADC_(min)、rADC_(mean)和rADC_(min)值与ISUP GG均呈负相关[r=-0.486(95%CI:-0.755~-0.151)、-0.613(95%CI:-0.769~-0.365)、-0.553(95%CI:-0.745~-0.260)、-0.678(95%CI:-0.810~-0.474),P均≤0.001]。结论rADC_(min)鉴别诊断移行带hPCa的效能高,并且能够无创预测移行带PCa的ISUP GG,有助于为患者的个性化治疗决策提供支持。

NiCoCrAlYTa粘结层与镍基高温合金基体的界面高温互扩散行为

采用真空等离子体喷涂技术(vacuum plasma spraying,VPS)在镍基高温合金GH3128基体表面沉积NiCoCrAlYTa粘结层,并在1100℃进行不同时间的热处理。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等分析NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面元素的互扩散行为。结果表明,在热处理过程中,互扩散区(interdiffusion zone,IDZ)和二次反应区(secondary reaction zone,SRZ)的厚度随着热处理时间延长而增大,且在SRZ中明显观察到拓扑密堆(topological close-packed,TCP)相晶粒的生长。Al、Ta、Co元素由NiCoCrAlYTa粘结层向GH3128高温合金扩散,Ni、W、Mo元素由GH3128高温合金向NiCoCrAlYTa粘结层扩散。依据EDS检测的粘结层/基体界面处元素成分,计算出上述元素在界面处的扩散系数,掌握了各元素在高温热处理过程中的扩散速率,揭示了VPS制备的NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面处元素在高温下的互扩散规律。

一种原位测量非饱和土的气体扩散系数和渗透系数的方法与装置

气体扩散系数Dg和渗透系数Kg是研究非饱和土中气体运移的两个重要参数。推导了稳态条件下,非饱和土中气体运移参数的计算理论。该理论基于示踪气体浓度C与气体流量q1之间及压力梯度P与气体流量q2之间的变化规律,分别确定非饱和土的Dg,Kg。依据推导的理论公式,设计并研制了一种原位测量非饱和土的Dg,Kg的装置。开展土柱试验,利用新装置测量非饱和土的Dg,Kg,并采用单元试验和数值模拟验证新方法和装置的有效性。研究表明新方法测量的非饱和土的Dg,Kg与单元试验及数值模拟结果吻合良好。基于数值模拟开展的敏感性分析结果揭示:Dg测量准确度随土体的质量含水率w减少而降低,而Kg的测量准确度受含水量的影响不显著;非饱和土的Dg,Kg的测量准确度均随着注气球半径增加而降低,但是注气球半径对Kg的测量准确度的影响更为显著,当注气球半径增加到0.05 m时,其准确度约为55%;土体各向异性降低测量准确度,当竖向与水平向的气体运移参数的比值Dgv/Dgh和Kgv/Kgh均为0.1时,Dg,Kg的测量准确度仍可达到40%以上。

标准化ADC、PSAD对PSA灰区PI-RADS 3分病灶的应用价值

目的:探讨当血清PSA处于4~10 ng/mL时,标准化表观扩散系数ADCn、前列腺特异性抗原密度PSAD在2.1版前列腺影像报告和数据系统(PI-RADS v2.1)评分3分病灶中的应用价值。方法:选取2018年1月至2022年6月经病理证实的58例PI-RADS v2.1评分为3分患者,PSA值均为4~10 ng/mL。根据病理结果分为PCa组(20例)和非PCa组(38例)。收集患者的临床资料,包括年龄、前列腺特异性抗原PSA、前列腺体积PV,通过公式计算PSAD(PSAD=PSA/V);同时于ADC图像上测量病变区及外周带正常组织的表观扩散系数值ADC,并计算标准化表观扩散系数值,即ADCn(ADC病灶/ADC外周带)。比较ADCn、PSAD在两组间差异是否具有统计学意义,采用受试者工作特性曲线(ROC)比较二者对PI-RADS v2.1评分3分病灶中PCa的诊断效能。结果:年龄、PSA在两组间差异无统计学意义;PCa组的ADCn小于非PCa组(0.52 vs.0.69),PCa组的PSAD大于非PCa组(0.28 vs.0.18)。ADCn、PSAD诊断PCa的ROC曲线下面积AUC、敏感度、特异度分别为0.849、85.2%、81.6%,0.813、85.0%、78.4%,ADCn表现的效能较高。当二者联合应用取最佳诊断阈值0.373时,诊断PCa的AUC为0.962,敏感度90.0%、特异度89.5%。结论:ADCn、PSAD能够辅助PSA灰区时PI-RADS v2.1评分3分病灶中PCa的检出,二者联合应用可明显提高诊断敏感性和特异性。

非饱和原状和重塑Q3黄土渗水特性研究

为研究非饱和Q3黄土渗水特性,设计一套原状黄土取样设备,取得大尺寸原状竖直和水平土柱各2个;并制备5个干密度不同的重塑土样。对9个试样进行水平土柱试验,用TDR水分计和热传导吸力探头分别检测土样不同断面处的体积含水率和基质吸力。试验结果表明:土中裂隙的走向和干密度对入渗率均有影响。对于原状试样,浸水前期竖直试样入渗率要大于水平试样,湿润锋超过50 cm后,竖直和水平试样入渗率几乎接近一致。竖直与水平原状试样的非饱和扩散率主要差别在饱和度低于0.6的区域,饱和度高于0.6两者扩散率差别不大;对于重塑试样,低饱和度区域干密度对扩散率影响要大于高饱和度区域。同等干密度和含水率条件下,低饱和度区域重塑试样非饱和渗透系数大于原状试样;而高饱和度区域原状试样非饱和渗透系数大于重塑试样。取样方法和研究成果对同类工作具有重要参考价值。

混凝土中氯离子侵蚀与碳化的相互影响

设计了两组对比试验,结合扫描电镜分析方法,分别研究了碳化与氯离子侵蚀的相互影响.结果表明:碳化使氯离子扩散系数略有降低,在碳化区前沿形成了氯离子局部浓度峰值,而氯离子侵蚀细化了混凝土的孔隙结构,使混凝土抗碳化能力显著增强.进一步分析发现,碳化对氯离子侵蚀的影响存在着正负效应.阻碍方面,碳化产物填充了混凝土孔隙,阻止氯离子渗透;促进方面,碳化会释放结合氯离子导致氯离子浓度的局部峰值,加速氯离子渗透.因此,必须结合两方面的作用综合分析碳化对于氯离子渗透的影响.氯离子侵蚀会改变混凝土的孔隙结构,这可能是由于氯盐的结晶体填充了孔隙,也可能是由氯离子化学结合生成的Friede's在孔隙中的沉积作用,以及氯离子在C-S-H凝胶表面形成的化学吸附层造成的.

非饱和混凝土氯离子传输模型及参数分析

实体工程中大多数混凝土结构由于干湿交替作用处于非饱和状态,研究非饱和混凝土中的氯盐侵蚀对混凝土耐久性具有重要的意义。根据氯离子在混凝土中的传输机制,考虑干湿交替过程中水分传输的差异,推导得出氯离子在非饱和混凝土中传输的对流-扩散控制方程。采用精度高的Crank-Nicolson格式对水分扩散方程、氯离子对流-扩散方程进行差分,并用MATLAB软件编程进行数值求解。试验结果与模型计算结果吻合良好,通过参数敏感性分析结果可知,氯离子浓度随着混凝土表层孔隙饱和度和干湿比的增加而减小,当混凝土初始饱和度为0.3时氯离子浓度最高。

标准化ADC值鉴别移行带前列腺癌与间质为主增生结节

【目的】采用磁共振弥散加权成像比较绝对表观弥散系数(ADC)值及标准化ADC值在鉴别移行带前列腺癌及间质为主增生结节的效能。【方法】55例临床怀疑前列腺癌的男性患者行MRI平扫及弥散加权成像检查,使用b值为0、1 000s/mm2。所有患者在MR检查后1个月内行经直肠超声引导下前列腺穿刺活检。分别比较外周带前列腺癌及移行带前列腺癌的ADC值及标准化ADC值,移行带前列腺癌与间质为主增生结节的ADC值及标准化ADC值。使用受试者工作特征曲线评估标准化ADC值与ADC值在鉴别移行带前列腺癌与增生结节的效能。【结果】共36例经病理证实前列腺癌的患者纳入分析。包括移行带癌灶26个,外周带癌灶37个,移行带癌与外周带癌的ADC值及标准化ADC值差异无统计学意义P分别为0.204、0.308。移行带癌灶的ADC值及标准化ADC值均明显低于移行带间质增生结节(P<0.05)。标示准化ADC值和绝对ADC值鉴别移行带前列腺癌和间质增生结节的ROC曲线下面积无统计学差异,分别为1.000、0.997(P=0.4111);但当特异性设定为100%时,标准化ADC值较绝对ADC值具有更高的敏感性,分别为100%和92.3%。【结论】标准化ADC值鉴别移行带前列腺癌与间质为主增生结节的效能与绝对ADC值相当,在保持高特异性的同时标准化ADC值较绝对ADC值具有更高的诊断敏感性。

确定干旱—半干旱地区降水入渗补给量的新方法——氯离子示踪法

在干旱—半干旱地区由于入渗水分大部分滞留在包气带中，强烈地蒸发、蒸腾作用导致包气带中土壤水的氯离子浓度改变。氯离子示踪方法从质量守恒角度，通过比较土壤水分的氯离子浓度和降水输入的氯离子浓度大小，可以定量确定降水入渗量和降水入渗补给的历史变化过程。本文介绍了目前国外应用较普遍的氯离子均衡法和氯离子累积法。

矿井封闭火区内气体运移规律

根据气体传质理论,煤矿井下火区封闭后,火区内生O2和有害气体运移平衡系统破坏,造成封闭火区内的O2浓度减少和CO等有害气体的积聚。当火区内化学反应达到平衡后,封闭火区内有害气体浓度逐渐减小,该过程是以气体分子在多孔介质中扩散为主要运移形式的质量传递过程。分析O2、CO通过封闭墙和煤层等多孔介质的扩散机理,并推导了有效扩散系数的计算公式。由公式计算封闭火区内O2降低5%的时间t0和封闭火区内CO下降到0.001%的时间t,综合考虑封闭火区内的温度,计算出火区从封闭到启封的参考时间。

海洋大气中氯离子在粉煤灰混凝土中的传输规律

为了实现海洋大气环境中粉煤灰混凝土耐久性使用寿命的预测,从氯离子在人工模拟海洋大气环境中粉煤灰混凝土中的传输试验出发,结合氯离子在非饱和多孔介质中的传输机理,研究海洋大气环境下混凝土内部微环境(微环境温度和相对湿度)及粉煤灰掺量对氯离子传输速率的影响程度,并与人工模拟海洋水下环境试验结果进行对比分析.研究结果表明:1)在海洋大气环境与海洋水下环境下,氯离子在粉煤灰混凝土中的扩散模型形式上一致,粉煤灰的掺入对氯离子传输能力有一定的影响,但不会改变氯离子在混凝土中的传输机理.2)当粉煤灰掺量一定时,微环境相对湿度越高(微环境温度一定),海洋大气环境氯离子扩散系数越大;但微环境温度(微环境相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境中氯离子迁移的影响程度不同.3)粉煤灰掺量(微环境温度、相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境氯离子扩散系数的影响规律不同.

核素在非饱和带中迁移的非平衡吸附数值模式——NESOR

本文将对流弥散方程与非平衡吸附关系式相结合 ,开发了核素在非饱和孔隙介质中迁移的二维非平衡吸附数值模式与计算机程序—— NESOR,给出了 NESOR中使用的吸附、解吸速率参数的计算方法。对中国辐射防护研究院 (CIRP)野外包气带黄土试验场 F坑 85Sr两年的迁移试验资料和同步测得的黄土剖面的含水量资料 ,分别用 NESOR模式及二维饱和 -非饱和溶质迁移的平衡吸附模式 FEMWASTE进行了模拟计算。结果表明 :NESOR的模拟结果比

膨胀土地区边坡活动带深度确定的吸力法

应用Mitchell原理把吸力作为深度的函数，分别在西安一汉中高速公路南郑段K86＋060、K91＋110两处膨胀土边坡的坡顶和坡脚现场开挖观测井，利用张力计进行不同深度处吸力值的现场量测，确定两边坡最大吸力值和影响深度下的平衡吸力值；然后采用原状膨胀土进行水平土柱入渗试验，计算得到土体扩散率。根据以上量测和计算的参数确定大气影响深度，最后通过建立膨胀土边坡破坏模型方程，确定浅表层破坏深度。结果表明：两路堑边坡膨胀土吸力最大值均介于70～80kPa，膨胀土的活动带深度介于1．71～1．74m；浅表层破坏发生在活动带范围之内，其可能破坏深度为1．59～1．72m，二者深度十分接近，表明活动带深度以下的膨胀土层基本处于稳定状态，不受气候条件的影响。

明渠混合污染物侧向和垂向扩散系数的计算方法及其应用

明渠的侧向和垂向扩散系数是衡量岸边水流对污染物质混合输移能力的重要水质参数之一,其值的准确与否直接关系到明渠水质预测预报成果的可靠性。基于污染混合区的理论计算方法,推导了污染混合区外边界标准曲线和曲面的统一方程,包含最大长度Ls、最大宽度bs和最大深度ds等特征尺度。该曲线形状近似于半椭圆,曲面形状为近似椭球体的一部分,表明污染混合区具有相似性。给出了由岸边污染混合区外边界最大长度、最大宽度或最大深度和平均流速确定侧向或垂向扩散系数的计算公式,提出了采用污染混合区面积或体积进行总体控制的侧向或垂向扩散系数计算方法和采用水面横向积分浓度确定垂向扩散系数的实用方法。通过现场观测结果分析,给出了洸府河下游河段枯水期的侧向扩散系数0.27 m2/s。

运用MODIS遥感数据评测南海北部区域机载激光雷达测深系统参数

为研究中国南海北部海域在CZMIL海道测量模式下的最大可测水深的空间分布情况,首先探讨了现有的南海北部海域漫衰减系数K_d(490)反演算法,运用南海北部海域水色实测数据建立了漫衰减系数K_d(490)和K_d(532)之间的数值关系,总结了漫衰减系数K_d(532)和CZMIL系统最大可测水深之间的关系。通过2014年Aqua-MODIS遥感光谱数据得到了南海北部海域1月、6月、10月的海水漫衰减系数K_d(532)参数,研究发现6月份时该区域平均漫衰减系数相对较小,于是进一步合成了该月份的CZMIL系统测深能力空间分布图。结果表明:CZMIL系统在南海北部海域的可测水深约为0~71.18m;6月份比1月、10月更适合激光测深作业。该研究为南海北部海域开展激光测深作业的时间选择和飞行方案的制订提供了参考。

预测氯离子在水泥基复合材料中有效扩散系数

基于水泥基复合材料界面区水泥颗粒的分布特征,给出了界面区孔隙率分布函数和界面区的有效扩散系数;将水泥基复合材料视为骨料、基体、界面区以及其均匀化后的等效介质相四相复合球模型,采用n层球夹杂理论,逐尺度地预测了氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数.结果表明:预测的氯离子扩散系数与实测结果基本吻合;n层球夹杂理论适合于预测氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数,其中氯离子在水泥基复合材料中的扩散系数由基体扩散系数、界面过渡区扩散系数、骨料以及界面过渡区的体积分数确定.

Mg/Al固相连接镁铝元素扩散行为的分析

以AZ31镁合金和纯铝为研究对象,利用电子万能压力机在不同的加热温度下对镁和铝异种金属进行连接,并用扫描电镜、X射线衍射仪对Mg/Al接头界面组织结构进行了观察和分析。结果表明,当加热温度为440℃时,Mg/Al接头界面结合良好,Mg/Al接头过渡区附近主要形成Mg2Al3和Mg17Al12金属间化合物。

水质大涡模拟数学模型研究

建立了基于弱可压缩流基础上的水质大涡模拟数学模型及污染物质扩散系数与平均运动的关系。数值计算采用有限体积法和预测校正法,固壁边界条件采用"部分滑移条件"。并应用该模型对重庆嘉陵江、长江两江交汇段的流场,污染物质浓度分布进行了计算,计算结果与实测值比较吻合。研究表明,横向扩散与流动状态有关,当支流流量相对较小时,横向扩散较弱,形成岸边污染带,当支流流量相对较大时,横向扩散较强,污染带向江心移动。

通辽地区次降雨入渗补给系数的分析确定

本文采用不同的实验方法及数学处理方法给出了通辽地区不同非饱和带分区上的次降雨入渗补给系数 ,文中首次将“野外三水转化法”用于降雨入渗系数的推求上 ,当然 ,也不排除一切行之有效的传统实验及数学分析方法。文中通过对不同方法计算成果的对比分析表明 :对于平原区 ,当地下水位埋深较浅 ,且在地下水未开采时段内 ,用“地下水动态资料分析法”推求降雨入渗系数仍然是很准确的 ,鉴于该法所用资料易于获得 ,且在区域上分布均匀 。