流固耦合作用下真实人体上呼吸道气溶胶扩散沉积的仿真与实验

通过构建真实人体上呼吸道三维规范模型,运用大涡模拟数值方法和Lagrangian随机轨道模型,对考虑流固耦合作用时循环呼吸模式下上呼吸道内气溶胶的扩散沉积进行数值仿真,分析气流涡结构演化对气溶胶扩散的影响,并通过实验对气溶胶在人体上呼吸道的沉积率进行测量,验证仿真方法的正确性。结果表明:循环吸气时,0.3μm气溶胶颗粒比6.5μm气溶胶颗粒更容易通过上呼吸道而进入更深层次的支气管;循环呼气时,部分进入上呼吸道的颗粒在呼出气流夹带下,在气道中折返、回旋、沉积,而有些则从口腔中呼出;0.3和6.5μm气溶胶颗粒在咽、喉以及气管内沉积较多,而在口腔内沉积较少;6.5μm气溶胶颗粒在上呼吸道不同部位的沉积率明显高于0.3μm气溶胶;流固耦合作用时咽部、喉部的壁面形变可缓冲气流冲击,气溶胶颗粒在咽喉部位的沉积率有所下降;大粒径气溶胶颗粒沉积受惯性碰撞影响较大,而小粒径气溶胶颗粒沉积受湍流扩散及涡流夹带的影响较大。

南极上空“臭氧洞”形成和演变的分析研究

近十年来,南极地区上空“臭氧洞”的出现、演变趋势及其可能产生的生物学效应和气候效应引起世人的普遍关注和担忧。目前在南极“臭氧洞”形成理论方面,人类活动影响学说占有统治地位,但两年前魏鼎文提出的“电化学-动力学”理论颇受重视②。本文根据作者在日本南极昭和站(69°00′S,39°35′E)工作期间,收集和观测到的南极臭氧数据,极地涡旋以及有关的太阳射电活动等方面的资料,作了仔细的统计相关分析。结果为魏鼎文提出的理论提供了新的直接证据,进一步指出了由太阳活动所导致的带电粒子流准11年周期变化与南极上空特有的大气环流相结合,是南极“臭氧洞”形成的重要原因,但人类活动(释放化学物质,特别是CFCs)所带来的影响也不容忽视。

基于 PIV 技术的人体上呼吸道流场测量实验装置的构建

目的针对人体上呼吸道气流运动形成涡结构、流动分流、二次流等特点,研制基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术的人体上呼吸道流场测量实验装置,为开展人体上呼吸道流场特性实验研究提供平台。方法基于完整人体上呼吸道医学扫描图像制备透明的实物模型,通过选择合适的气路系统,结合二维PIV系统搭建整套实验装置,并利用该装置对人体上呼吸道流场速度进行初步实验,将实验结果和数值仿真结果进行对比。结果呼吸流量为30 L/min稳态呼吸模式下,实验装置测得的气流在口腔上部有涡结构的形成,口腔下部贴近舌苔上部及口腔中部的气流速度较高,其他部位气流速度较低,与数值仿真结果较为一致。结论基于PIV技术的人体上呼吸道流场测量实验装置合理可行,运行可靠,可用于人体上呼吸道内气流组织形式和涡量分布等测量,并能够实现对数值仿真的验证。

流固耦合作用下真实人体上呼吸道呼吸流涡结构演化的数值仿真

通过构建真实人体上呼吸道三维规范模型,运用大涡模拟数值方法,对考虑流固耦合作用的低强度循环呼吸模式下人体上呼吸道内的呼吸流进行了数值仿真,研究分析了人体口喉模型及气管支气管内的气流涡结构及其演化过程。结果表明,循环吸气过程中,气流在口腔中部以及舌苔上部形成多个涡管,在声门部位形成强烈的射流,在气管前壁出现马蹄涡,到气管中部大尺度涡结构逐步消失,支气管中只剩下一系列小尺度涡结构;循环呼气过程中,气流在气管底部产生较为复杂的涡结构,随着气流在气管内的融合,涡强度逐步减弱,在咽喉后壁形成拱状涡,气流进入口腔后,涡结构破裂,涡量扩散,没有较大的涡结构产生。

涡旋造型中的“纹”以载“道”

涡旋造型作为生命的媒介,通过外型的涡与内旋的动力相互结合传递宇宙规律的循环、自然生命的丰穰以及人体隐藏的奥秘。因此,从时空传播层面解析其在世界各国的传播痕迹和渊源,进而分3个层面具体阐述:从“天涡”造型传播对自然运动状态的模仿与敬畏,从“地涡”造型传播对丰饶生命力的礼赞,从“人涡”造型传播人体内外的细密生命基因信息。以此不断探赜索隐的造型哲学,深化蕴藏在涡旋造型中的精神意识、天人感应、万物互联和连锁互动的文化意蕴。

真实人体口喉模型内气流喷射诱导涡结构演化

目的研究咽喉部位射流所诱导的涡结构特征及其演化,加深对咽喉部位气流喷射运动特性以及咽喉部位疾病防治的认识。方法运用CT扫描和三维重建技术,构建真实人体口喉三维模型,运用大涡模拟数值仿真方法对模型内的涡结构演化过程进行精细模拟。结果吸气过程中,气流在口腔中部形成多个涡管结构,气流在声门部位形成强烈射流;呼气过程中,气流在咽喉部位产生较为复杂的涡结构。结论吸气过程中,气流在咽部发生湍流转捩,气管前壁处出现了类似于马蹄形状的"马蹄涡";呼气过程中,咽喉后壁处射流受到阻碍,形成了"拱状涡"。

基于涡旋电磁波雷达的人体目标步态精细识别

基于雷达的人体目标识别技术在诸多领域有着重要的应用。涡旋电磁波中携带有轨道角动量,在运动目标回波中会引起线多普勒和角多普勒效应,可为识别提供更丰富的信息。但与线多普勒相比,角多普勒较微弱,二者难以被分离。使用多发多收模型产生线性调频涡旋电磁波,通过双模态回波干涉抑制线多普勒。利用短时傅里叶变换,获得双模态回波的线多普勒和角多普勒时频图,将时频图的幅度值输入到双通道卷积神经网络模型中,获得分类结果。仿真实验结果表明,将线多普勒和角多普勒分离,同时输入到分类模型中可以提升人体步态精细识别能力。

基于单频涡旋电磁波雷达的人体目标步态精细识别

现有基于传统平面电磁波雷达的人体目标识别技术能够实现对步态差异较大的人体目标的分类识别,但在步态精细识别方面面临较大困难。将涡旋电磁波雷达应用于人体步态识别中,尝试通过发射携带有轨道角动量的单频涡旋电磁波来增加雷达回波中的目标信息量,以提高人体步态精细识别能力。首先建立了人体目标的涡旋电磁波雷达回波模型,并仿真生成了3种步态下的回波数据集;然后通过将回波变换到基频,获得目标线多普勒和角多普勒混合信息并用时频图表征,最终将时频图输入到卷积神经网络模型中获得分类结果。仿真实验表明:相比于传统平面电磁波雷达,使用涡旋电磁波可以提升人体步态精细识别能力。

基于涡街流量计的人机界面设计与研究

人机界面介于用户和产品系统之间,作为人与产品之间传递、交换信息的媒介,在整个工业仪表的设计里都起到了很大的作用。以涡街流量计为基础,设计出了一种低功耗、简便灵活的人机界面系统,主要涉及液晶数据显示和按键操作控制,并通过实验验证了该系统的实用性。

东芝电梯(沈阳)有限公司新工场工事电梯研究塔抗风设计

电梯研究塔平面尺寸15.5m×15.5m,地上28层,地下2层,高128.3m,是目前国内最高的电梯研究塔,高宽比达8.28,系超限高层建筑。本项目主要进行了顺风向、横风向的最大(峰值)加速度计算,并验算了研究塔顶层的人体舒适度;同时还对横风向驰振、涡激振动进行了验算。

大跨度桥梁竖弯涡振限值的主要影响因素分析

为了合理确定大跨度桥梁的竖弯涡振限值,首先综述了其规范值和取值依据,讨论了其主要影响因素,包括人体舒适性和行车安全;然后分别依据人体承受全身振动的评价方法和行车视距的要求,分析了考虑人体舒适性和行车安全影响的大跨度桥梁竖弯涡振限值。研究结果表明:人体舒适性是确定桥梁竖弯涡振限值时必须考虑的因素;大跨度桥梁竖弯涡振频率低,桥上工作人员可能因涡振产生极不舒适的运动病感觉,其对应的涡振限值也最严格;大跨度桥梁的高阶模态涡振可能会对行车视距造成干扰,此时行车安全成为确定涡振限值的重要因素。