基于颗粒离散元的沙纹演变大涡模拟研究

应用大涡模拟、"点球" 浸入边界法和基于"事件驱动" 模型和"弹簧-阻尼" 模型的颗粒离散元法, 数值模拟了明渠湍流中沙纹的演变. 通过对不同谢尔兹数下无沙纹床面的推移质输沙率进行计算, 并与经典输沙率公式进行对比, 验证了模型的精度和可靠性. 随后, 对明渠湍流中沙纹床面的演变过程进行了数值模拟, 计算了有沙纹床面的推移质输沙率、沙纹长度和高度、等效床面高度的最大值、最小值和平均值、沙纹形状阻力、体积流速随时间的变化曲线. 研究发现:初始平整的床面在较短的时间内(tU_b=h≈100) 发展出数条沙纹, 随后沙纹逐渐发展, 在tU_b=h为1 600~2 000 时, 沙纹发生合并. 在沙纹数量不变的条件下, 沙纹高度随时间近似呈线性增长, 而沙纹的长度的平均值却保持恒定. 随着沙纹高度的增大, 输沙率和体积流速逐渐降低, 沙纹形状阻力则逐渐增大;当沙纹发生合并时, 沙纹高度快速增加, 输沙率、体积流速和沙纹形状阻力也出现了大幅跳跃. 在同等的水流强度条件下, 有沙纹床面的输沙率小于平整床面的输沙率.      

基于GPU并行计算的浅水波运动数值模拟

利用有限体积法求解描述水流运动的二维浅水方程组,模拟洪水波运动传播过程,并通过GPU并行计算技术对程序进行加速,建立了浅水运动高效模拟方法。数值模拟结果表明,基于本文提出的GPU并行策略以及通用并行计算架构(CUDA)支持,能够实现相比CPU单核心最高112倍的加速比,为利用单机实现快速洪水预测以及防灾减灾决策提供有效支撑。此外,对基于GPU并行计算的浅水模拟计算精度进行了论证,并对并行性能优化进行了分析。利用所建模型模拟了溃坝洪水在三维障碍物间的传播过程。     

一种S波段超宽带能量选择表面设计

设计了一种工作在S波段的能量选择表面,可实现超宽带自适应强电磁防护。该结构由两层金属周期结构组成,顶层为两个对称分布的金属条和一个金属片,金属条与金属片间加载两个PIN二极管;底层为十字架结构。当入射电磁波场强低于阈值时,能量选择表面工作在透波状态,电磁波可以传播;当入射电磁波场强超过阈值时,金属条和金属片之间产生的感应电压使得PIN二极管导通,此时能量选择表面进入防护状态,电磁波被屏蔽。通过对能量选择表面在PIN二极管导通和截止状态下的表面电流和电场分布以及等效电路模型进行分析,解释了该结构的工作原理。采用PCB制作工艺加工了实物样板并对弱场入射下的插入损耗以及强场入射下的防护效能进行测试。实验和仿真结果匹配性良好,表明该能量选择表面在透波状态下的工作中心频率为2.7 GHz,插入损耗小于1 dB的工作频带为2.2～3.5 GHz;在防护状态下,工作频带的防护效能大于10 dB,达到了超宽带的要求。     

高压氧治疗糖尿病足的疗效分析

为观察高压氧(HBO)治疗糖尿病并发糖尿病足的临床疗效,HBO组36例患者在使用抗生素及局部换药等治疗的同时,采用HBO治疗;对照组34例患者仅使用抗生素及局部换药等治疗。结果表明,HBO组患者总的有效率为91.7%,而对照组总有效率为67.5%,两组的疗效有显著性差异(P<0.05)。HBO对糖尿病足有显著的疗效,值得临床进一步研究和应用。     

防风网PM-IBM模型及其在堆场扬尘庇护区湍流模拟中的应用

防风网是煤炭和矿石等物料堆场的重要抑尘设施,能够利用多孔网板形成风速庇护效应,减少扬尘带来的大气污染。基于计算流体力学的数值风洞是预测防风网减风抑尘效率的先进手段,然而网板边界模型及其复杂阻风作用机制一直是风场湍流模拟的难点。本文将浸入边界法与多孔介质模型相结合,通过在NS方程中引入与渗流压降对应的力源项,建立PM-IBM（Porous Medium-Immersed Boundary Method）模型,实现了结构化网格下的防风网数值边界,并应用于堆场扬尘庇护区湍流风场模拟。结果表明,防风网网高大于1.4倍堆场高时,堆顶扬尘风速随网高呈非线性增长;PM-IBM模型结合通用计算流体力学求解器FLUENT,能够快速、高精度地模拟防风网的阻风作用,为堆场扬尘抑制效率评估提供数据支持。     

无试剂金胶-半胱胺苯酚传感器研究

用电化学方法研究了金胶表面固定酪氨酸酶(Tyr)的直接电子传递行为和该修饰电极在苯酚分析方面的应用。金胶联接在半胱胺自组装单层尾部的氨基上。在pH7.0的0.1 mol/L磷酸盐缓冲溶液中,Tyr/金胶/半胱胺修饰电极上的Tyr进行直接电子传递,产生一对氧化还原峰。固定在金胶表面的Tyr的表面覆盖度为6.6×10-10mol/cm2。不需要电子媒介体的作用,该传感器对苯酚的还原具有较好的电催化作用。苯酚测定的线性范围为2.5μmol/L~5 mmol/L,检出限为0.8μmol/L(信噪比是3)。该传感器对苯酚的测定显示了良好的重复性。在高浓度的苯酚中,此传感器表现出Michaelis-Menten行为,KMapp为3.8 mmol/L。     

Cu(CMQA)(H2O)配合物修饰电极作为识别和测定变性核酸的电化学探针

合成了N-羧甲基-L-蛋氨酸-N-′8-喹啉酰胺与铜(Ⅱ)的配合物[Cu(CMQA)(H2O)],并将它修饰于玻碳电极上。用循环伏安法检验了该修饰电极的电化学特性,发现在pH 5.0的乙酸盐缓冲底液中,电极对变性核酸(ssDNA)具有电化学活性;在循环伏安图上于(Epa)180 mV及(Epc)320 mV处出现氧化还原电位峰;并发现ssDNA的浓度变化引起其峰电流的变化。当用差示脉冲伏安法(DPV)试验ssDNA浓度与峰电流的关系时,结果表示随ssDNA浓度的增加,峰电流(ip)也随之增加,且ssDNA浓度在0.05~9.0 mg.L-1范围内与ip值的增加呈线性关系。但以小牛胸腺DNA(ctDNA)及鱼精RNA(yRNA)作试验时,其浓度变化不引起峰电流的变化,在此基础上建立了一种测定ssDNA的新方法。应用于合成试样分析时,根据结果算得方法的检出限(3σ)为25μg.L-1,回收率在95%~105%之间。     

茶多酚锰-壳聚糖微球的制备、控释和诱导肝癌细胞凋亡的研究

选用壳聚糖为微米粒包被材料, 制备茶多酚锰(Tea Polyphenol Manganese, TPMn)-壳聚糖微球. 用荧光显微技术研究了TPMn-壳聚糖微球的荧光特性, 用扫描和透射电子显微镜证实TPMn-壳聚糖微球尺寸和分布规律. RP-HPLC定量分析TPMn-壳聚糖微球包封率为68%, 符合微米级微粒控释药物包封率的要求. 动力学研究结果表明, 茶多酚(TP)-壳聚糖和TPMn-壳聚糖的微球均有控释TP的能力, 控释时间高达40 h以上, 但前者释放速率稍快于后者. TPMn和TPMn-壳聚糖微球均能诱导肝癌细胞凋亡, 但TPMn-壳聚糖微球诱导肿瘤细胞的凋亡速率稍高于TPM. 实验结果证实, 以TPMn-壳聚糖微球方式控释TPMn有利于提高诱导肿瘤细胞凋亡速率. TPMn-壳聚糖微球具有研发成注射型抗肿瘤新药的可能性.     

基于巯基丁二酰肼铜(Ⅱ)单层修饰电极的HIV-p24电化学免疫传感器

研制了基于巯基丁二酰肼铜(Ⅱ)(CuL)单层修饰金电极(Au|CuL)测定艾滋病人血清中HIV核心抗原p24水平的免疫传感器.该传感器通过将CuL直接自组装到金电极表面制备而成.CuL对H2O2的还原具有催化作用,可作为p24抗体(anti p24)上标记的辣根过氧化物酶(HRP)与电极之间电子传递媒介体.结合竞争性免疫分析,HRP-anti p24抗体(HRP-anti p24)与待测p24反应生成的免疫结合物游离在反应池中,通过测定在免疫结合物上HRP作用下电极表面CuL对H2O2催化增强电流,采用示差脉冲伏安法(DPV)直接获得待测抗原的含量.该免疫传感器的测定无需分离和洗涤步骤,温育时间短,为艾滋病诊断提供了一种新的方法.     

谷氨酸类脂分子在不同溶剂中的自组装性质及机理研究

以N-Boc-D-谷氨酸和不同链长的烷基氨为原料，1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑为缩合剂制得N，N′-双十二（双十四，双十六）-D-Boc-谷氨酸二酰胺（DBG_n）; DBG_n在二氯甲烷中用三氟乙酸水解合成了N，N′-双十二（双十四，双十六）-D-谷氨酸二酰胺（DG_n），其结构经¹H NMR和MALDI-TOF-MS确证。采用FT-IR, SEM和XRD研究了DG_n在不同溶剂中的成胶性能。结果表明：Boc基团之间的氢键相互作用和长烷基链之间的疏水作用有利于凝胶的形成。