开关型Pickering乳液体系

Pickering乳液以胶体尺寸的固体粒子代替传统表面活性剂作为稳定剂,具有超稳定,生物相容性好以及对环境友好等优点。开关型Pickering乳液可随pH值、CO₂/N₂浓度、温度、磁场强度及光强度等条件的变化而改变固体乳化剂的表面润湿性,实现在“乳化”与“破乳”之间的快速转换,在非均相催化、乳液聚合等诸多领域有广泛的应用前景。本文全面总结了近年来开关型Pickering乳液的研究进展及其在界面催化系统、液膜处理有机废水、药物的包封与释放等方面的应用。     

Comparative study on transport properties of N-, P-, and As-doped SiC nanowires: Calculated based on first principles

According to the one-dimensional quantum state distribution, carrier scattering, and fixed range hopping model, the structural stability and electron transport properties of N-, P-, and As-doped SiC nanowires(N-SiCNWs, P-SiCNWs, and As-SiCNWs) are simulated by using the first principles calculations. The results show that the lattice structure of NSiCNWs is the most stable in the lattice structures of the above three kinds of doped SiCNWs. At room temperature,for unpassivated SiCNWs, the doping effect of P and As are better than that of N. After passivation, the conductivities of all doped SiCNWs increase by approximately two orders of magnitude. The N-SiCNW has the lowest conductivity. In addition, the N-, P-, As-doped SiCNWs before and after passivation have the same conductivity–temperature characteristics,that is, above room temperature, the conductivity values of the doped SiCNWs all increase with temperature increasing.These results contribute to the electronic application of nanodevices.     

纳米线组装叶片状三氧化钼的合成及其对三乙胺的气敏性能

通过溶剂热法制备了由一维纳米线自组装的叶状三氧化钼纳米材料，借助X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、热重-示差扫描量热（TG-DSC）、氮气吸附（N₂-sorption）等技术对材料进行了系统的组成和结构表征。结果表明，一维纳米线表面具有粗糙结构，且由一维纳米线组装的叶片状三氧化钼属畸变八面体中的正交晶系，其主要暴露的结晶面是（021）。此叶片状三氧化钼气敏材料在300℃的最佳工作温度下，对2.25 g·m^-3的三乙胺表现出优异的选择性、超高的灵敏度和较快的响应时间（5 s），甚至在浓度为4.5 mg·m^-3的检测标准下响应值仍可达到12.4。基于以上结构表征和性能测试结果，对叶片状三氧化钼的形成及三乙胺敏感机理进行了初步探讨分析。     

高雷诺数下非混相Rayleigh-Taylor不稳定性的格子Boltzmann方法模拟

本文采用相场格子Boltzmann方法研究了竖直微通道内中等Atwoods数流体的单模Rayleigh-Taylor不稳定性问题,系统分析了雷诺数对相界面动力学行为以及扰动在各发展阶段演化规律的影响.数值结果表明高雷诺数条件下,不稳定性界面扰动的增长经历了四个不同的发展阶段,包括线性增长阶段、饱和速度阶段、重加速阶段及混沌混合阶段.在线性增长阶段,我们计算获得的气泡与尖钉振幅符合线性稳定性理论,并且线性增长率随着雷诺数的增加而增大.在第二个阶段,我们观察到气泡与尖钉将以恒定的速度增长,获得的尖钉饱和速度略高于Goncharov经典势能模型的解析解[Phys.Rev.Lett.200288134502],这归因于系统中产生了多个尺度的旋涡,而涡之间的相互作用促进了尖钉的增长.随着横向速度和纵向速度的差异扩大,气泡和尖钉界面演化诱导产生的Kelvin–Helmholtz不稳定性逐渐增强,从而流体混合区域出现许多不同层次的涡结构,加速了气泡与尖钉振幅的演化速度,并在演化后期阶段,导致界面发生多层次卷起、剧烈变形、混沌破裂等行为,最终形成了非常复杂的拓扑结构.此外,我们还统计了演化后期气泡与尖钉的无量纲加速度,发现气泡和尖钉的振幅在后期呈现二次增长规律,其增长率系数分别为0.045与0.233.而在低雷诺条件下,重流体在不稳定性后期以尖钉的形式向下运动而轻流体以气泡的形式向上升起.在整个演化过程中,界面变得足够光滑,气泡与尖钉在后期的演化速度接近于常数,未观察到后期的重加速与混沌混合阶段.     

RM不稳定过程中预混火焰界面演化及混合区增长预测

预混火焰界面的RM (Richtmyer-Meshkov)不稳定导致的界面混合区增长过程在自然界和工程实践中十分常见,但化学反应对其增长的影响机理仍不明确,反应性界面混合区增长速率的预测也未见报道, 因此,开展RM不稳定过程中火焰界面演化和混合区预测的研究十分必要.本文采用带单步化学反应的Navier-Stokes方程和高精度数值格式,研究了正弦形预混火焰界面在平面入射激波及其反射激波作用下的RM不稳定过程.结果表明, 在入射激波作用后的阶段,除RM不稳定本身导致的界面演化为"钉-帽"和"泡"形结构外,化学反应一方面以预混火焰传播的方式促进了界面中"泡"结构的增长,另一方面通过与涡结构的复杂相互作用促进了"钉-帽"结构的增长.化学反应活性越强, 火焰界面的"泡" 结构和"钉-帽"结构的增长越快.在第一次反射激波作用后的阶段,化学反应以相同的火焰传播方式对"泡"和"钉-帽"结构产生影响, 两者效应相抵,因而导致反射激波作用后的阶段中界面混合区增长不受化学反应活性的影响.根据以上分析,分别针对入射激波和第一次反射激波作用后的火焰界面混合区增长速率提出了相应的预测模型,为探索反应性RM不稳定过程的理论预测方法提供了有益参考.      

回流效应下电磁轨道炮膛口电弧运动的数值分析

在电磁轨道炮发射过程中,膛口外的高温气团以远高于声速的运动速度向内膛运动,这会使得膛口的电弧形态发生改变以及电弧位移。为了实现膛口电弧运动过程的数值计算,本文基于磁流体理论,引入了一种和电弧等离子体自身电导率密切相关的电位边界条件处理方法,建立了膛口位置电弧仿真模型。对回流效应下的电弧运动规律进行了分析,并且研究了运动过程中电弧对内膛流场的温度分布产生的影响。结果表明电弧的运动加剧了膛内温升。     

攒尖四坡屋面风致雪漂移的数值模拟

为获得攒尖四坡屋面的风致雪漂移规律，基于欧拉-欧拉方法和风雪单向耦合假定，运用计算流体动力学软件，选取Mixture模型分别对立方体周边和高低屋面上的风致雪漂移运动进行数值模拟，将模拟结果与两者的实地观测数据对比，探讨分析数值风洞的关键技术和参数设置，验证数值模拟方法的合理性与可靠性。依据攒尖四坡房屋的使用功能要求，设计分析模型与分析工况，在试算的基础上对屋面进行分区。以风速5 m/s，7 m/s，9 m/s，11 m/s，13 m/s和15 m/s，风向角0°，15°，30°和45°以及屋面坡度25°，30°，34°，40°和45°为分析参数，对攒尖四坡房屋的120种工况进行数值模拟，得到屋面各分区侵蚀沉积的基本规律，提出可用于抗雪设计的屋面积雪分布系数。研究表明，风向角的改变会使屋面积雪分布状态发生较大程度的变化，风速和屋面坡度的变化对屋面整体积雪量有较大影响。     

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.     

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.      

气力提升系统气液两相流数值模拟分析

污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势.由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大,因此本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、k-ω剪切应力输运湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为,分析了系统稳定时提升立管内气相体积分数、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度的变化规律.研究结果表明:1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中,提升管内液体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率越高;2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中,提升管内气体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率峰值越小;3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高,最终管轴中心附近液体速度较大,管壁附近液体速度较小.本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础.