一道高考题的理论计算与数值模拟

2021年高考题河北卷第10题涉及有限电荷系统的场强与电势分布，其中选项C为考查难点，要求比较两个点的电势高低，笔者用理论分析和数值模拟突破这一难点.     

光谱法研究盐酸法舒地尔-牛血清白蛋白超分子体系

利用光谱法研究了盐酸法舒地尔(Fasudil Hydrochloride,FSD)与牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)的相互作用机理。结果表明,FSD能有效猝灭BSA内源性荧光,属于静态猝灭机制。FSD与BSA结合比例约为1∶1,结合位置主要在BSA的亚螺旋域IIA中。FSD的加入导致色氨酸残基微环境的疏水性减弱,继而引起BSA的构象产生变化。通过荧光共振能量转移理论计算得到FSD与BSA之间结合距离r=4.35 nm;结合热力学参量进行分析,FSD与BSA结合的作用力类型主要是静电引力,反应是自发过程。Cu~(2+)、Zn~(2+)的加入降低了FSD对BSA结合亲和力,缩短了FSD在血液中的停留时间。     

基于平面度的燃料电池电化学性能模拟

 固体氧化物燃料电池的翘曲会影响电极-盖板界面的接触情况，从而影响电化学性能，对相关制造工艺提出了很大的挑战．为了分析燃料电池平面度对放电过程的影响，揭示其潜在的风险，我们建立了两个基于有限元法的仿真模型，对考虑平面度缺陷的燃料电池封装和放电进行分析．在对固体氧化物燃料电池进行平面度测量的基础上，首先建立了具有真实燃料电池翘曲特性的几何模型，分析封装过程中接触压力的分布情况．然后将接触电阻的仿真结果导入到三维多物理场耦合模型中，模拟具有平面度缺陷的燃料电池电化学性能．计算结果展示了燃料电池两侧封装过程中接触压力的分布情况．通过对比有接触电阻和无接触电阻的燃料电池电流密度，分析了电池与盖板的接触对放电过程的影响．结果表明，燃料电池的凹陷面较难达到满意的接触状态，需要比凸起面更大的封装压力．燃料电池表面接触电阻的变化将引起电流传导路径的变化，产生局部高电流或低电流．这项工作强调了在燃料电池中保持均匀分布的接触电阻的重要性，为今后的优化工作奠定了基础．     

沙丘背风侧不同铁路结构形式对风沙环境的适应性分析

当铁路穿越大风沙漠地区时,风沙灾害会对铁路工程及其正常运营产生严重威胁,而设计一种合理的铁路结构形式能够减小风沙沉积对铁路工程的危害.在本文中,以敦煌至格尔木铁路沙山沟段落为研究对象,采用多相流的方法对越过沙丘的风沙运动过程进行数值模拟,分别讨论了风沙运动对位于沙丘背风坡的铁路路基工程和桥梁工程的影响.主要的模拟结果显示:路基工程明显降低了风速并且将沙丘后的回流区分成了两部分,而桥梁工程的导流效应则压缩了沙丘背风坡的回流区;轨道间的道碴增大了铁路表面的粗糙度,在轨道间有少量沙粒沉积,而路基工程两侧则有大量积沙;铁路表面的积沙量与摩阻风速呈现出非线性关系,随着摩阻风速的增大,路基工程沙粒沉积的增加速度大于风蚀能力的增加速度,而桥梁工程则正好相反.在防止风沙危害铁路方面,设置桥梁工程明显优于路基工程.本研究为风沙运动对铁路工程的影响提供了理论支持,也为今后的铁路工程设计提供了新的思路与研究工具.     

水下对转螺旋桨流致辐射噪声机理与预报方法*

水下对转螺旋桨流致辐射噪声的预报对于水下目标的特征提取和分类识别具有重要意义。由桨叶的旋转引起的湍流场是水下对转螺旋桨流致辐射噪声的源场。分述了水下对转螺旋桨湍流边界层脉动、旋转干涉效应和空化效应引发的水动力噪声机制和研究进展,比较了目前工程应用中的3种对转螺旋桨流致辐射噪声预报方法的特点。在分析对转螺旋桨流致辐射噪声数值预报难点的基础上,综述了对转螺旋桨流致辐射噪声计算方法的研究进展,指出间接数值模拟方法是工程中进行对转螺旋桨流致辐射噪声预报的有效方法。     

交错跃迁Hofstadter梯子的量子流相

为玻色Hofstadter梯子模型引入交错跃迁,来扩展模型支持的量子流相.基于精确对角化和密度矩阵重整化群计算发现,无相互作用时,系统中包含横流相、涡旋相和纵流相;横流相来自均匀跃迁时Hofstadter梯子模型的Meissner相,纵流相是交错跃迁时才可见的流相.强相互作用极限下系统的超流区也包含横流相、纵流相和涡旋相,但存在更多的相变级数;超流区的横流相、纵流相之间存在相变但Mott区的不存在,把Mott区的"横、纵流相"称为Mott-均匀相,在Mott区只存在均匀相和涡旋相.跃迁的交错会压缩涡旋相存在的区域,使Mott区最终只剩下均匀相;跃迁的交错不仅能驱动Mott-超流相变,还使磁通的改变也能够驱动系统的Mott-超流相变.对这一系统的研究丰富了磁通系统中的量子流相,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持.     

中国生物医学超声联合学术年会(CUMB2019)在北京举行

2019年10月18日–20日,中国声学学会生物医学超声工程分会、中国生物医学工程学会医学超声分会与中国超声医学工程学会仪器工程开发专业委员会在北京联合主办了“2019年度中国生物医学超声联合学术年会”,同期共同举办的还有国际分子影像与微创治疗大会、国际肌肉骨骼及浅表器官超声研讨会和国际生物医学造影技术会议。     

分子印迹电化学传感器检测水产品中孔雀石绿

以孔雀石绿(MG)为模板,以邻氨基酚为功能单体通过循环伏安法(CV)在玻碳电极表面上聚合制备了MG分子印迹电化学传感器,用CV法和差分脉冲法(DPV)研究了传感器的响应性能,并用于水产品中MG检测。结果表明,DPV峰电流减少量与MG浓度在0.02～0.5μg·mL~(-1)范围内呈线性关系,线性方程为ΔI(μA)=26.77C_(MG)+2.663;在0.5～2.5μg·mL~(-1)范围内呈线性关系,线性方程为ΔI(μA)=2.662C_(MG)+14.25,检出限为1.2×10~(-2)μg·mL~(-1)。MG分子印迹电化学传感器操作简单快捷,具有较好的特异性、重复性和稳定性,可满足水产品中MG的快速检测需要。     

氯化钠水溶液结构的研究

利用上海光源(SSRF)的第三代同步辐射光源测定室温下摩尔浓度分别为0.172 mol/L、0.343 mol/L、0.699 mol/L、1.064 mol/L、2.832 mol/L、3.910 mol/L、5.289 mol/L的NaCl水溶液的X射线散射数据。由X射线散射数据可知，随着NaCl水溶液浓度的增大，X射线散射曲线的特征峰由12.6°到13.4°发生偏移。运用Pair Distribution Function(PDF)理论对X射线散射数据进行处理，得到了不同浓度NaCl水溶液及纯水的差值对分布函数，其中的O-O峰随着浓度的增大逐渐分裂为两峰，O-O峰位在0.282 nm处。利用分子动力学模拟研究不同浓度的NaCl水溶液，表明Na+、Cl-的引入对水分子的氢键结构有一定的破坏，当浓度大于15%时，这种效果尤其明显。Na+、Cl-均存在两层水化层，各离子间配位数随浓度的增大而减少。H2O分子的自扩散系数远大于Na+和Cl-的自扩散系数，后两者的值随浓度的增大逐渐减少，Na+和Cl-的水化半径均随浓度增大而降低。     

含水合物沉积物多相渗流特性研究进展

天然气水合物作为一种储量大、无污染的清洁能源近些年受到了广泛关注.近20年来,中国进行了较大范围的陆海域天然气水合物储层勘探与储量预测. 2017年,中国地质调查局牵头对南海神狐海域的天然气水合物进行了基于降压渗流原理的试验性开采.国内外已进行的水合物试采工程面临着气体产量低、出砂较多等问题,其最主要的原因之一是开发过程中沉积物内复杂多相渗流机理尚不明晰.本文综述了平行毛细管模型、Kozeny模型等广泛应用于天然气水合物开发渗流分析的理论模型,对比分析了水合物开发多尺度渗流过程模拟方法,简述了国内外含水合物沉积物渗透率测试、渗流过程中沉积物物性演变以及水合物开采室内模拟等方面的渗流实验进展,总结了矿场尺度的天然气水合物储层开采过程中产气数值模拟手段,展望了多相渗流模型、储层原位含水合物样品室内测试及结构与物性演化、矿场尺度数值模拟与水平井压裂技术等应用研究的未来方向与挑战.