肾器官冷灌注过程中的热结构耦合模拟

生物组织在快速降温时,其内部温度梯度与热应力相关性的探索研究使人饶有兴趣。本文基于Ansys wvorkbench平台,对猪肾脏在冷灌注过程中,温度场与热应力场的耦合作用进行了探索性研究。重点探讨了肾脏快速降温时,因温度梯度所导致的生物热应力是否对细胞组织产生影响。研究结果表明:热变形沿血管形状呈现出梯度变化,靠近血管的热变形小于肾脏外缘;变形最大点在靠近肾脏表面两端的位置;温降速率是影响肾脏组织热应力和热形变的主要因素。研究方法以及结论对移植器官的冰温延时安全保存具有重要指导意义。     

肾脏冷灌注过程中的生物传热实验研究

在保护液亚临界相变温度范围进行肾脏器官的低温延时保存,是一个不同于传统低温保存的新方法。为保持细胞活性必须从器官摘取的第一步展开研究,用保护液对离体肾脏进行冷灌注是移植器官保存的重要环节,研究冷灌注过程中器官温度随时间变化的传热特征,探求提供与传统生物保存方法所不同的传热传质条件非常重要。用高倍率红外热象仪、热电偶探针、超声血流计等,对猪整体肾脏冷灌注过程进行了实时测试,得出动脉血管作为冷源时的肾脏温度动态变化曲线。实验结果表明,在1℃冷却液匀速灌注过程中肾脏温度的降低表现为非均匀变化,究其原因是由于肾脏内特定的组织结构引起。实验研究将对肾脏器官的三维温度场数值计算提供宝贵的实验依据。     

医用生物材料的低温保存研究

生物材料的低温保存一般都要经历降温过程、低温储存过程及复温过程,其中降温过程中对生物细胞的影响最大.每一种生物细胞都有自己合适的降温速率,如能满足其这种降温速率,细胞所受到的低温损伤最小,则生物细胞的复活率最高.文中介绍程序控制变速降温装置的主要结构及几种典型生物体的降温过程.最后,对器官的低温保存进行分析讨论.     

大小血管冻结过程中的热应力分析与裂纹观察

为了预测动脉低温保存过程中所受到的机械损伤,本文建立了一维轴对称弹性圆筒血管在低温下保存的热应力　计算模型,模拟计算了冻结过程中体积膨胀引起的热应力随时间变化及其在壁面的分布,通过计算了解降温速率和血管尺寸不同的影响。计算结果显示径向应力小于周向应力和轴向应力;降温速率越快,组织内部所受热应力越大,壁厚越厚,热应力越大;产生超过热应力极限值的降温速率比在血管壁上产生裂纹的降温速率小许多。计算分析的结果与实验观察到的裂纹情况相符。     

Origin在不同材料导热系数测定中的应用

针对导热系数测定实验中数据处理不准确的问题,对牛筋、橡胶、铝三种不同材料在自然冷却和风扇冷却条件下的导热系数进行了测量,利用Origin软件进行分析比较表明,用二项式拟合和指数拟合即可得到较高的相关度,并且材料的导热系数与降温方式无关。     

冷冻速率对蚕豆热物性变化规律影响的实验研究

研究了不同冷冻速率下蚕豆热物性的变化规律。利用Hot Disk得到蚕豆在-30～30℃下的热导率变化曲线;通过DSC和低温冷冻实验台,冷冻速率在5～80℃/min条件下将蚕豆切片进行冷冻实验,得到了不同冷冻条件下冻结点、结晶点及比热容的变化规律。测试结果表明:蚕豆热导率随着温度的降低先减小再增大;冻结点随着降温速率的增大而增大;蚕豆的结晶点在降温速率小于20℃/min时出现浮动,但总体上,结晶点随着降温速率的增大而降低。在不同降温速率下,比热容随温度的变化规律基本相同,但在冷冻相变过程中发生剧烈变化。通过对冷冻过程中蚕豆热物性的实验研究,为冷冻干燥种子的传热传质分析提供了实验数据的支撑。     

摘要:针对导热系数测定实验中数据处理不准确的问题,对牛筋、橡胶、铝三种不同材料在自然冷却和风扇冷却条件下的导热系数进行了测量,利用Origin软件进行分析比较表明,用二项式拟合和指数拟合即可得到较高的相关度,并且材料的导热系数与降温方式无关.关键词:物理实验;导热系数;Origin软件;数据处理中图分类号:O551.3文献标志码:A

针对导热系数测定实验中数据处理不准确的问题,对牛筋、橡胶、铝三种不同材料在自然冷却和风扇冷却条件下的导热系数进行了测量,利用Origin软件进行分析比较表明,用二项式拟合和指数拟合即可得到较高的相关度,并且材料的导热系数与降温方式无关.     

基于薄液膜蒸发的超高速冷冻方法初探

玻璃化冷冻方法是细胞超低温保存的有效冷冻方法之一.在细胞的玻璃化冷冻过程中,降温速率的提高有利于细胞内外溶液玻璃化程度的增加,同时可以降低低温保护剂的浓度,进而减少低温保护剂对细胞的毒性损伤和渗透性损伤.本文尝试将薄液膜蒸发这种高效相变传热方式与液氮的低温冷却过程相结合,发展了一种超高速、超低温冷冻降温方法.初步的实验结果表明:冷冻载体从10℃降到-180℃,其平均冷却速率达到了148052℃/min。     

冷冻过程中洋葱细胞胞内冰晶的生长行为研究

细胞胞内冰的形成会导致严重的细胞损伤从而导致低温贮存中的诸多问题。生物组织保存前的预冷过程对胞内冰晶的形成具有重要影响。本文分别采用-1,-5,-10,-20,-50,-80℃/min的降温速率预冷洋葱表皮细胞至-7℃接种冰晶.采用高速摄像仪观察冰晶生长过程,发现了三种模式的胞内冰晶生长行为。模式A:细胞壁结晶后继续在边缘结晶;模式B:细胞壁结晶后,向中心扩散,横贯中心位置;模式C:中心首先结晶,扩散至细胞边缘。最后对三种不同过程的冰晶生长速率及细胞变形度进行了计算分析。     

HeLa细胞胞内冰成核现象实验研究

使用低温显微镜系统实验观测了种冰条件下HeLa细胞在45和60℃/min降温速率下的胞内冰成核现象,同时测定了该降温速率下的胞内冰成核概率,得到胞内冰成核温度。进一步使用数学模型回归得到成核率热力学和动力学参数,并对其进行了敏感性分析。     

探针法测量低温下生物材料导热系数研究

低温下导热系数测定对生物器官的低温保存很重要。本文用探针法对低温下鱼肉、猪瘦肉、牛肉和脂肪的导热系数进行了测量研究。研究发现肉类生物材料低温下的热导率明显小于冰的热导率,不同肉的热导率不同,从大到小依次是鱼肉、猪瘦肉、牛肉和脂肪,其中脂肪的热导率比其它的小很多。随着温度的下降导热系数反而增大。分析影响生物材料导热系数大小的是水分含量、结构质地和温度。     

Dynamical thermal conductivity of bilayer graphene in the presence of bias voltage

We study dynamical thermal conductivity of doped biased bilayer graphene for both AA and AB-stacking in the context of tight binding model Hamiltonian. The effects of bias voltage and chemical potential on the behavior of dynamical thermal conductivity are discussed for different stacking of bilayer graphene. Green's function approach has been implemented to find the behavior of thermal conductivity of bilayer graphene within linear response theory. We have found that thermal conductivity decreases with chemical potential for different values of temperature and frequency. Also thermal conductivity of AB stacked bilayer graphene versus bias voltage includes a peak for each value of chemical potential. Furthermore we study the frequency dependence of thermal conductivity of AA stacked bilayer graphene for different values of temperature and bias voltage.     

不同周期结构硅锗超晶格导热性能研究

构造了均匀、梯度、随机3种不同周期分布的硅/锗(Si/Ge)超晶格结构.采用非平衡分子动力学(NEMD)方法模拟了硅/锗超晶格在3种不同周期分布下的热导率,并研究了样本总长度和温度对热导率的影响.模拟结果表明:梯度和随机周期Si/Ge超晶格的热导率明显低于均匀周期结构超晶格;在不同的周期结构下,声子分别以波动和粒子性质输运为主;均匀周期超晶格热导率具有显著的尺寸效应和温度效应,而梯度、随机周期Si/Ge超晶格的热导率对样本总长度和温度的依赖性较小.     

Studying the Temperature Dependence of Thermal Conductivity in a Rock of Combined Composition

A model for the structure of a rock as a heterogeneous system of two components, amorphous and crystalline, is considered. A formula is proposed for calculating the thermal conductivity of rocks with different temperature dependences of the thermal conductivity of their components. When the temperature dependence of the thermal conductivity of the components and their volume fractions is known, the thermal conductivity of the actual rock can be predicted for different combinations of amorphous and crystalline phases.     

考虑界面接触热阻的一维复合结构的热整流机理

建立了考虑变截面、变热导率及界面接触热阻效应的组合热整流结构的温度场及热整流系数的理论模型和有限元解.数值算例证明了本文模型及算法的可靠性,进而通过参数影响研究确定了若干几何及材料参数对结构热整流系数的影响规律,揭示界面接触热阻对热整流效果的影响机理.研究结果表明长度比、截面半径变化率、热导率、边界条件温差和界面接触热阻等因素必须通过优化设计才能得到最大的热整流系数,同时界面接触热阻的引入也为调控热整流系数提供了一条新的途径.     

非能动传热球床堆有效导热系数的壁面效应分析

本文针对非能动传热机制下简单立方球床堆有效导热系数进行了数值研究,根据有效导热系数的空间分布特性,对球床堆的近壁面区域和主体区域作了划分;分析了不同非能动传热机制下的有效导热系数的壁面效应;最后分析了导热、辐射和自然对流对近壁面和主体区域有效导热系数的贡献。结果发现,近壁面区域是在壁面附近一个球径范围内的区域;由于辐射和自然对流的影响,相同温度下近壁面有效导热系数比主体区域的有效导热系数小了近15%。当温度分别超过950 K和1080 K时,辐射成为球床堆主体区域和近壁面区域的主导传热机制;自然对流对有效导热系数的贡献并不大,当温度超过600 K时,自然对流可以忽略。研究结果可以为高温球床堆的设计与优化提供理论基础。     

Effect of normal processes on thermal conductivity of germanium,silicon and diamond

The effect of normal scattering processes is considered to redistribute the phonon momentum in (a) the same phonon branch — KK-S model and (b) between different phonon branches — KK-H model. Simplified thermal conductivity relations are used to estimate the thermal conductivity of germanium, silicon and diamond with natural isotopes and highly enriched isotopes. It is observed that the consideration of the normal scattering processes involving different phonon branches gives better results for the temperature dependence of the thermal conductivity of germanium, silicon and diamond with natural and highly enriched isotopes. Also, the estimation of the lattice thermal conductivity of germanium and silicon for these models with the consideration of quadratic form of frequency dependences of phonon wave vector leads to the conclusion that the splitting of longitudinal and transverse phonon modes, as suggested by Holland, is not an essential requirement to explain the entire temperature dependence of lattice thermal conductivity whereas KK-H model gives a better estimation of the thermal conductivity without the splitting of the acoustic phonon modes due to the dispersive nature of the phonon dispersion curves.      

非简谐振动对SiC类石墨烯热输运性质的影响

考虑到原子的非简谐振动,应用固体物理理论和方法,计算了SiC类石墨烯的简谐系数和非简谐系数,得到它的德拜温度、热容量和热导率等随温度的变化规律,探讨了原子非简谐振动对它的热输运性质的影响.结果表明:SiC类石墨烯的德拜温度随温度的升高而在117-126 K之间线性增大,定容比热随温度升高而非线性增大,热导率随温度升高而非线性减小,温度较低时变化较快,而温度较高时变化较慢,并随着温度升高而趋于常量;考虑到非简谐振动后,SiC类石墨烯的德拜温度、定容比热和热导率的值分别大于、小于和大于简谐近似的相应值,温度愈高,其差值愈大,即温度愈高,非简谐效应的影响愈显著;二维平面状的SiC类石墨烯的定容比热和热导率随温度的变化规律,与三维块状SiC晶体总体趋势相同,只是具体数值不同.     

基于量子修正的石墨烯纳米带热导率分子动力学表征方法

本文提出了基于量子修正的非平衡态分子动力学模型,可用于石墨烯纳米带热导率的表征.利用该模型对不同温度下,不同手性及宽度的石墨烯纳米带热导率进行了研究,结果发现:相较于经典分子动力学模型给出的热导率随温度升高而单调下降的结论,在低于Debye温度的情况下,量子修正模型的计算结果出现了反常现象.本文研究还发现,石墨烯纳米带的热导率呈现出明显的边缘效应及尺度效应:锯齿型石墨烯纳米带的热导率明显高于扶手椅型石墨烯纳米带;全温段的热导率及热导率在低温段随温度变化的斜率均随宽度的增加而增大.最后,文章用Boltzmann声子散射理论对低温段的温度效应及尺度效应进行了阐释,其理论分析结果说明文章所建模型适合在全温段范围内对不同宽度和不同手性的热导率进行精确计算,可为石墨烯纳米带在传热散热领域的应用提供理论计算和分析依据.     

碳纳米管热传导的分子动力学模拟研究

采用改进的经验键序作用势描述碳原子间的相互作用,应用分子动力学方法和Green-Kubo函数计算了碳纳米管的热导率.在模拟中,使用了重叠计算的方法来计算热流相关函数,大大减少了模拟步数.计算结果表明,碳纳米管的热导率以原子间作用力相互做功所引起的热流形式为主;热导率的值随着直径的增加而减小;在室温下,热导率的值随着温度的增加而增加,达到室温后逐渐收敛于定值.计算的单壁碳纳米管热导率在1000W/mK至4000W/mK之间,计算结果与实验结果基本符合. 关键词： 分子动力学 碳纳米管 热导率