“联用技术及元素形态”国际课程探索与实践*

充分利用线上教学的优势,对化学院本科生开设了“联用技术及元素形态”国际课程,避免了传统教学中组织、协调外籍/外地专家资源过程中必要的各种消耗,极大程度地整合教学资源、改善教学效果。在该课程的探索与实践过程中,学生们对痕量元素形态及基于等离子体质谱的各种联用技术产生了极大的兴趣,激发了他们的主动学习热情;教师之间及师生之间的沟通趋向更简单、更灵活、更实时,为后续线上线下混合式国际课程建设提供了良好的基础和借鉴。     

超空泡射弹水下侵彻靶板三相耦合数值模拟

超空泡射弹侵彻问题的实质是特殊水下结构受到高速冲击载荷作用下的动态响应。对12.7 mm口径超空泡射弹侵彻典型水下目标壳体的毁伤效果开展研究,基于LS-DYNA有限元分析软件建立水环境中超空泡射弹垂直侵彻曲面靶板的等效模型,探讨射弹侵彻过程中动能侵彻和气泡溃灭对靶板联合毁伤效果,获得了靶板在各阶段的应力变化和结构变形规律。结果表明:侵彻靶板前,射弹着靶速度为200 m/s时的头部表面水介质压力峰值达768 N,靶板表面有明显下凹变形;侵彻靶板时,伴随着射弹动能侵彻和气泡溃灭冲击,水介质造成的影响不足动能侵彻的2%;侵彻靶板后,在靶板正面形成峰值速度为42 m/s的水射流进一步作用于破口;靶板整体弯曲变形,在200~300 m/s范围内,随着射弹着靶速度的增加,靶板弯曲形变量减小;靶板局部发生延性穿孔,射弹在水环境中具有更好的破口效果,射弹速度变化对破口尺寸影响不大。     

数字书法生成方法

将传统书法艺术用数字技术在电子屏幕上呈现，对于书法艺术的传播有重要意义。提出了一种数字书法生成技术，首先，通过在屏幕上采集毛笔书写的轨迹信息，根据不同的速度，分别使用卡尔曼滤波和二次样条曲线插值实现书写轨迹平滑；然后，使用基于真实书写的笔触形态还原方法，呈现具有较高还原度的书法笔迹；最后，为了更好地实现书法中飞白的效果，采用基于规则的方法对书法笔迹进行修饰。     

涡旋提取-改进BCR法测定土壤中重金属的化学形态

土壤中重金属的化学形态更能表明其迁移性和生物毒性。传统的重金属化学形态检测方法BCR法由于其提取时间长,影响检测效率。采用涡旋提取对传统BCR法进行方法优化,对土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr等6种重金属元素化学形态进行了实验分析。研究了涡旋转速、涡旋时间以及涡旋提取的方法精密度与准确度。结果表明,当涡旋转速为2500rpm,酸可交换态涡旋10min,可还原态涡旋10min,可氧化态涡旋5min时,涡旋提取效果良好。采用土壤标准物质对方法的适用性进行了验证,6种元素的检出限在0.4?32μg/kg,测定值均在标准值范围内,相对标准偏差在0.3%?5.5%之间。涡旋提取-改进BCR法分析速度快,灵敏度高,能满足同时测定土壤中多种金属元素化学形态的检测要求。     

原子吸收光谱法测定烟叶中的重金属总量及形态分析

采用火焰原子吸收光谱法测定烟叶中Mn,Cu,Zn元素,石墨炉原子吸收光谱法测定Cd,Cr,Pb元素,以HNO3-H2O2微波消解法获取烟叶中的重金属总量,以超声水提取法获取水溶态重金属进行初级形态分析,以Tessier逐级提取法获取5种形态的重金属进行次级形态分析。实验结果表明,原子吸收光谱法检测6种重金属线性良好,相关系数(r2)不低于0.998 8,检出限为0.16~3.1μg·L-1。烟叶样品中Mn,Cu,Zn,Cd元素主要以可交换态和碳酸盐结合态的形式存在;Cr主要以残渣态的形式存在;而Pb主要以碳酸盐结合态和残渣态的形式存在。     

不同管径聚乙烯管的旋转挤出

通过口模旋转挤出制备3种管径聚乙烯(PE)管,系统研究其结构与性能。结果表明,相较于传统挤出PE管内串晶平行与轴向,旋转挤出过程中聚合物熔体的流动是轴向牵引流动和环向拖曳流动的叠加,其方向偏离轴向,可诱导串晶偏离轴向排列,从而提高PE管的环向取向度,实现PE管的环向增强,抑制裂纹在PE管内沿轴向扩展。随PE管管径的增加,在相同旋转角速度下环向流动线速度增大,串晶偏离轴向的夹角增加,环向取向度更高,因而旋转挤出制备的大口径PE管具有更优的性能。     

非均匀混合下氘氚聚变反应速率的理论研究

激光驱动惯性约束聚变中壳层材料和聚变燃料的混合是影响聚变点火燃烧性能的关键物理问题,聚变过程中混合物形态的演化及相应热核反应速率的物理建模直接影响数值模拟的置信度,具有重要的科学意义和应用价值.本文以扩散混合机制下混合形态随时间的演化规律及其对热核反应速率的影响为研究对象,基于热力学平衡与理想气体物态方程假设,通过解析分析与一维球几何扩散方程数值解的对比研究,揭示了扩散混合主导下热核反应速率随混合形态演化的物理规律.研究发现,混合量主要通过影响燃料的体积份额直接影响热核反应速率,由混合非均匀尺度和扩散系数共同决定的扩散时间直接影响热核反应速率的时间演化行为.进一步利用蒙特卡罗方法直接模拟扩散过程得到的互扩散系数,定量分析了燃料中混入低Z、高Z材料时热核反应速率随时间演化的差异,通过与美国非均匀混合效应实验典型数值模拟结果进行对比分析,验证了理论评估的可靠性.本工作对我国惯性约束聚变混合效应实验的设计和改进具有重要参考意义.     

气体中心式离心喷嘴喷雾实验与三维仿真

在实验的基础上, 基于RNG k-ε模型对常压下气体中心式同轴离心(gas-centered swirl coaxial,GCSC)喷嘴喷雾形态和破碎模式进行了三维仿真研究。采用网格自适应加密(adaptive mesh refinement,AMR)技术、耦合水平集和流体体积(coupled level-set and volume of fluid, CLSVOF)方法对气液界面进行捕捉。结果表明, 液体质量流率($\dot{m}_{\mathrm{l}}$)不变, 随着气体质量流率($\dot{m}_{\mathrm{g}}$)的增加, 中心气流的引射作用增强, 液膜内外压差增大, 雾化锥角减小, 并对其流动特性进行了分析; 而$\dot{m}_{\mathrm{g}}$不变时, 液膜在喷嘴出口的径向速度与切向速度随$\dot{m}_{\mathrm{l}}$的增大而增大, 导致雾化锥角增大。同时根据气液质量流率比(gas-liquid mass flow rate,GLR), 将喷雾的破碎模式分为穿孔破碎、气泡破碎和气动破碎。