含氧等离子体中臭氧形成过程数值模拟

利用数值模拟程序对不同条件下氧等离子体和大气等离子体中臭氧的形成过程进行数值模拟. 结果发现：臭氧的形成与游离态氧原子密切相关;臭氧的最大数密度与初始电子数密度有关;臭氧最大数密度持续的时间与脉冲放电大气等离子体中放电间隔时间选取相关,最佳的放电间隔是游离态氧原子达到最大的时间. 关键词： 等离子体 数值模拟 臭氧产生     

光谱法结合分子动力学模拟研究臭氧对肌红蛋白结构的作用机制

臭氧(O₃)是一种具有强氧化性作用的杀菌消毒剂,因其安全无害等特点已被广泛用于肉制品生产加工的减菌处理,但O₃减菌处理对红肉色泽具有较强的负面作用,且其作用机制尚缺乏研究。针对肌红蛋白（Mb）存在状态是决定红色肉色泽关键因素的基础,通过紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法和圆二色光谱法（CD）研究O₃作用下Mb的光谱特性变化,结合蛋白质氧化特征指标分析和分子动力学模拟技术探究O₃对Mb分子的作用效果与机制。光谱研究结果表明,O₃处理可使Mb的紫外-可见光谱图在412 nm左右处的铁卟啉环特征峰及540和580 nm附近的氧合肌红蛋白（OMb）特征峰的强度减弱,其中铁卟啉环特征峰发生蓝移;利用固定激发波长280 nm下测定Mb内源性荧光和同步荧光光谱表明O₃会降低Mb的荧光强度,增大铁卟啉基团贡献的荧光峰强度和造成酪氨酸残基荧光光谱特征峰的蓝移;O₃作用使Mb三维荧光光谱特征峰强度的下降及光散射强度的增加。以上变化推断出O₃会促进Mb的氧化,造成其氨基酸残基疏水基团裸露,使Mb所处微环境及其蛋白构象改变;CD分析表明O₃与肌红蛋白接触时间越久,蛋白质二级结构变化越明显,造成α-螺旋的含量下降,无规则卷曲增加。辅以检测不同强度O₃处理Mb的含量及性质的变化,可知O₃处理使OMb含量下降,高铁肌红蛋白（MMb）含量增加,同时O₃处理Mb的羰基含量增加和巯基含量下降,这也进一步证实O₃作用促进了Mb的氧化,此外,O₃处理Mb表面疏水性的增强,说明O₃造成Mb体系微环境的极性变化。分子动力学模拟结果显示O₃会提高Mb肽链的RMSD值,影响Mb肽链的稳定性,减弱铁卟啉环与Mb肽链的相互作用;RMSF结果表明Mb活性口袋附近氨基酸残基的变化较大;蛋白质二级结构分析与光谱学试验研究结果一致,Mb的α-螺旋的含量下降,无规则卷曲增加。总而言之,O₃可作用于Mb的氨基酸残基,导致蛋白质二级结构和疏水性改变,并发生蛋白氧化及铁卟啉环暴露,进而引起红色肉色泽发生改变。该研究可为生鲜红肉护色技术制定等提供一定理论依据。     

大气颗粒物多参数激光自混合传感的数值模拟与特性分析

基于颗粒物米氏散射特性、激光自混合三镜腔理论和激光器稳态条件,推导出在大气颗粒物光反馈下激光器频率、功率、线宽的理论表达式,建立了大气颗粒物光反馈下的激光自混合理论模型。同时,数值模拟和分析了大气颗粒物物理参数对激光自混合干涉信号的影响。结果表明,在一定粒径范围内,激光自混合反馈强度随大气颗粒物粒径增大先增大后减小,且反馈强度峰值出现的位置随颗粒物折射率实部的增大、虚部的减小向粒径较大处移动;自混合系统的外腔长度影响自混合干涉信号的波动深度,激光器输出光信号的幅值随外腔长度增大呈指数衰减;自混合干涉信号波动频率与大气颗粒物运动速度呈线性关系。分析结果对基于激光自混合效应的大气颗粒物多物理参数传感具有重要作用。     

自适应光学系统的数值模拟：直接斜率控制法

采用直接斜率控制法完整地实现了对自适应光学（ＡＯ）系统的数值模拟，系统研究了带自适应光学校正的激光大气传输规律。提出了对计算出的位相进行了“剪接”的办法，解决了残余位相方差与自适应光学的校正效果没有对应关系的问题。证明可以把快速傅里叶变换法（ＦＦＴ）用于透镜成像的聚焦计算，与积分法得到相同的结果，报道了对于一定的延迟时间，当大气横向风速大于一个阈值时，自适应光学补偿比安全相位补偿的效果还要好，表明     

激光大气传输中热晕的数值模拟

采用快速傅里叶变换,研究了激光在大气传输中的热晕现象。得出了一定条件下,热晕随激光输入功率和传播距离的稳态变化规律,并计算了激光在大气中传输10km时发生热晕的功率阈值。在瞬态情况下,研究了有风和无风热晕现象。     

强激光对传输光学元件热效应的数值模拟研究

强激光通过反射镜、窗口等光学元件传输过程中，光学材料对激光会有微弱的吸收，由此引起光学元件的热畸变，影响传输效率和远场能量集中度。基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程，研究了波长1.315μm非对称环形强激光束辐照下硅反射镜、白宝石窗口的温度、变形和应力的分布规律，特别研究了激光强度、激光输出时间、光束遮拦比、光强分布的空间梯度等对元件热效应的影响；还研究了波长3．8μm非对称空心矩形激光束辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律。计算了变形对光束波前位相和光束质量的影响。     

自适应光学系统的数值模拟：动态控制过程和频率响应特性

对自适应光学系统的动态控制过程进行了数值模拟。与自动控制理论的解析分析相比,动态控制过程的数值模拟有其优越性。系统的频率响应特性与动态控制性能密切相关,对自适应光学系统的频率响应特性也进行了数值模拟。模拟计算的结果与实验测量结果符合得很好。还实现了多频率成份的同时计算,可以大大提高计算效率。其结果与单频率结果只在低频下有小的差别,可以满足得到带宽和裕量等参数的实用要求。将频率响应特性的模拟计算与长时间曝光斯特列耳（Strehl)比的数值模拟结合,可得到对自适应光学系统性能的有效评估。     

作用于水云粒子的太阳辐射压力

根据球形粒子的Mie散射理论和平行平面大气中的辐射传输理论分析了作用于水云粒子的太阳辐射压力。结果表明,一般情况下当云滴半径不大于10μm时,太阳辐射压力可达云滴重力的百分之几;云滴半径在0.3μm附近时,太阳辐射压力达到极大值,约为云滴重力的百分之几十。因此在云物理研究中应考虑作用于云粒子的太阳辐射压力。     

自适应光学系统的模式法数值模拟

建立了利用模式法笃自适应光学系统进行数值模拟的理论模型，编制了计算程序，并与激光大气传输计算程序衔接起来，进行了大量数值模拟计算。首次发现：存在泽尼特多项式展开的最佳项数。大于一定项数的展开式的效果迅速变坏，竖排和斜排经特面式展开有类似的结果。文献中认为可以采用的１５项经特多项式展开的效果不好，最佳项数随着横向风速的增加而减小，在风速较大时最佳项数下的模范地结果稍好于直接斜率控制法的结果。     

一维大气等离子体化学过程数值模拟

用数值模拟方法研究了低空及高空环境下，大气等离子体的化学反应及一维扩散过程. 推导了三组分(电子和正负离子)的双极扩散公式，观察了扩散过程中不同组分的空间分离，以及扩散和化学反应对电子数密度演化的贡献. 关键词： 大气等离子体 化学过程 数值模拟     

2021年春季葫芦岛海陆风特征及对臭氧污染影响

作为一种中尺度天气现象,海陆风通过对污染物的累积与输送影响沿海地区的空气质量。2021年3月到4月,相干多普勒测风激光雷达系统架设在辽宁省葫芦岛市,开展风场观测实验。结合自动气象站的常规气象参数,识别得到海陆风日11天。结果表明：海风平均登陆时间为8:30;14:00～17:00海风发展较盛,平均风速超过7.0 m?s^-1;10:00～16:00海风发展高度为0.3～0.5 km,18:00后保持在0.9 km以上;海风主风向为东,随时间顺时针偏转;海风阶段,高空有北、西北方向的返海陆风。环境监测站数据表明,海陆风日白天O₃浓度上升速度快,峰值浓度更高。以4月4日为例,利用中尺度天气预报(WRF)模式分析南北向垂直剖面海风环流,结果表明：海风、陆风交汇会造成污染物聚集,海风登陆形成的冷气团有利于污染物向下输送;海陆风环流对污染物有循环累积作用,计算得4月4日葫芦岛水平风局地回流指数仅为0.049,表明空间内风场输送能力弱,污染物不易扩散。     

不同电离度下大气等离子体粒子行为的数值模拟

利用一个空间零维大气等离子体模型对其中的主要粒子在不同电离度情况下的变化规律进行了研究.得到放电后不同初始电子密度下的电子寿命,同时给出了主要带电粒子和中性粒子密度随时间的演化.结果表明,电子密度随时间快速衰减,电子寿命随电离度的增大而减小.对一些重要的中性粒子(如O,N,O₃和NO)随电离度增大的行为进行了分析. 关键词： 电离度 大气等离子体 数值模拟     

大气等离子体中氮氧化物粒子行为的数值模拟

利用一个空间零维大气等离子体模型对其中的氮氧化物在不同电离度情况下的变化规律进行了数值模拟,得到了放电后不同初始电子密度下的氮氧化物(包括NO,NO⁺,NO₂,NO₂⁺,N₂O,N₂O⁺,NO₃和N₂O₅)及影响其产消的主要反应物N和O₃的密度随时间的演化规律.结果表明,电子初始密度n_e0=10⁹ cm^-3时,NO和NO₂的去除率较高,氮氧化物总密度较小,最适合消除氮氧化物污染.同时,还对N和O₃随电离度变化的行为进行了分析. 关键词： 大气等离子体 氮氧化物 电离度 数值模拟     

差分图像运动监测仪的数值模拟与对比实验研究

差分图像运动监测仪广泛应用于视宁度的实时测量.利用随机相位屏和光学离焦像差模拟差分图像运动,分析了差分图像运动监测仪的测量准确度,结果表明差分图像运动监测仪能够可靠地测量地面处湍流.在国家天文台兴隆观测站,开展了两台相同硬件配置的差分图像运动监测仪的对比实验,分析曝光时间的影响和测量结果的相关性.结果表明:有限曝光时间降低差分图像运动,使视宁度值测量值偏小;视宁度测量结果的时间变化趋势和统计结果一致性较好.     

扩展物体漫反射光传输及成像的数值模拟研究

对扩展漫反射体的成像进行了数值模拟研究，利用近轴近似标量波动方程及其分步相屏算法，对漫反射体反射的相对于接收孔径光轴的近轴光传输及其成像进行数值模拟计算分析，结果表明该模拟算法是可行的，也对图像传输的湍流效应进行了初步计算和讨论。     

高能强流负离子束系统束光学特性的数值模拟

基于负离于-中性束注入器中强流负离子束引出与加速系统的特点所建立的数值模拟模型和计算程序,通过数值模拟研究了强流负离子束系统电磁场位形、几何参数、等离子体参数、束流密度和负离子剥离损失对负离子束光学特性的影响。对8电极800keV强流负离子束系统的初步优化结果表明对引出流密度为2lmA·cm-2的H-离子束,当负离子初始温度为0.2eV时,由系统出射的85％束散角可达到0.23°。     

复杂地形风场绕流数值模拟方法

与一般的工业问题相比,风电场近地面的流动总是充分发展的湍流边界层流动.为了把已广泛应用于工业问题分析的CFD软件包FINE/TURBO和带有壁面函数的k-ε湍流模型用于复杂地形地貌风电场大气流动的数值模拟,本文首先以平板地形为几何模型,探索湍流模型及壁面函数模型中的一些参数对模拟沿流动方向均匀大气边界层的影响.然后采用...     

空间激光通信中光强起伏尺度特征的数值分析

利用数值模拟的方法,定量地计算分析了空间激光通信中光强起伏问题,得到了准直光束与聚焦光束光强起伏相关距离（不均匀元半径）随大气相十长度变化的结果;进而分别从接收效率和性价比等不同的角度对激光通信系统接收孔径选取的参考因素进行了探讨。根据现代光通信对误码率的最低要求定义最佳接收孔径,计算分析了聚焦光束空间激光通信系统最佳接收孔径随大气相干长度r0的变化关系。结果表明,最佳接收孔径随大气相干长度的减小而迅速增大。对于聚集光束空间激光通信而言,在大气相干长度ro约为4cm的强湍流效应情况下,通信系统的接收孔径接近5倍艾里斑直径,才能满足国际电信联盟-电信标准部对光通信的最低要求。