全场测速技术进展

速度场测量技术的研究在流体力学和空气动力学中具有极高的学术意义和实用价值．文中归纳介绍了近十多年来人们积极探索的各种全场测速新技术,特别是激光诱导荧光高速流场测试技术、二维粒子跟踪和粒子图象测试技术以及三维测速的最新进展      

分子间相互作用对蛋白质晶体生长的影响

采用原子力显微镜对溶菌酶和刀豆蛋白A的分子间相互作用力的情况进行了研究, 并用动态光散射研究了此二种分子间相互作用力有较大差异的蛋白质在晶体生长条件和非生长条件下, 溶液中的聚集体的状态(大小和分散度)随浓度和温度的变化情况. 实验结果表明, 范德华力强的刀豆蛋白A在成核前, 溶液中的聚集体不能很快转变为生长基元, 导致晶体生长时间长; 而范德华力弱的溶菌酶, 溶液中的聚集体可以很快转变成生长基元, 晶体生长时间也较短.     

溶液热历史对蛋白质晶体生长影响的内在原因研究

从溶液中聚集体的角度研究了溶液的热历史改变生长出的蛋白质晶体的数目和尺寸的内在原因. 将在281 和309 K下保存1 d的两组溶菌酶溶液按不同比例混合, 加入沉淀剂生长晶体. 随着高温溶液的比例增加, 生长出的晶体数目减少, 同时溶液中生长基元的尺寸增大. 在5周内, 采用动态光散射对281, 293和309 K三种温度下保存的溶菌酶溶液中聚集体的变化情况进行监测, 发现溶液中均存在大小不同的两部分聚集体, 称之为小聚集体与多聚体. 前者的尺寸基本不随保存时间而变化, 而后者尺寸随保存时间增加而减小, 减小的速度与保存温度有关. 多聚体的尺寸经过5周后和小聚集体基本相同. 研究结果表明, 处于无序聚集阶段的溶液的均一化程度和成核阶段生长基元的尺寸受到了溶液热历史的影响, 并最终对晶体的数目产生影响.     

Bénard-Marangoni 对流温度振荡转捩过程实验研究

本文主要是通过实验观测 Bénard-Marangoni 对流中存在的温度振荡现象,研究了温度振荡的起振临界 Ma数,以及初步探讨了温度振荡随 Ma 数增加的转捩过程。实验结果表明不同物性参数的硅油温度振荡临界 Ma 数满足同一临界条件。不同的物性参数的介质表现出不同的温度振荡转捩过程,但同一物性参数不同厚度的介质表现相同的振荡规律。此外,还用粒子迹线法观察了流场结构及转捩过程     

微小晶体生长过程的光学诊断实验研究

将光学干涉技术与显微技术相结合,应用计算机技术、图像处理技术发展形成一种实时细观诊断的实验方法──光学细观干涉诊断技术;实时观测了KCl晶体在容积为3mm×3mm×4.5mm的生长池内的结晶过程,得到了该过程的晶体的表面形貌、生长速率、以及晶体生长尺寸与时间、浓度与时间的定量的关系,观测到由重力引起的浮力对流现象,它直接影响晶体的生长．实验表明重力对晶体生长形态有很大的影响;生长速率与浓度存在很大的依赖关系．     

微重力下成一定夹角平板间的表面张力驱动流动的研究

空间微重力环境中,由于重力基本消失,表面张力等次级力发挥主要作用,流体行为与地面迥异,因此有必要深入探究微重力环境中的流体行为规律和特征.板式贮箱利用板式组件在微重力环境中对流体进行管理,从而为推力器提供不夹气的推进剂,这对航天器精确进行姿态控制、轨道调整具有重要意义.板式组件中常包含成一定夹角的平板结构,比如蓄液叶片...     

大普朗特数大液桥浮力-热毛细对流地面实验

通过地面实验研究大尺寸液桥的浮力-热毛细对流. 实验采用2cst硅油(Pr=28.571),研究了不同高径比(A=l/d)和体积比的液桥起振,分析了温度振荡频率及相位变化,探讨了热流体波的问题. 实验液桥的桥柱直径为20mm,由于受重力的限制,建立了3～4.25mm范围内的矮桥. 通过伸入液桥内部不同位置的热电偶的温度信号,发现流场是同时起振的,不同的桥高和体积比有不同的振荡模式,并且随着温差的增加,频率近似以线性增加,各点的振荡相位是一个连续性变化的过程. 不同高径比的液桥转捩到混沌的途径是不一样的.      

矩形液池内热毛细对流的流动不稳定性

热毛细对流及其不稳定性是微重力流体科学研究的重要内容. 对该问题的研究不仅有利于人们对微重力环境下流体行为、对流不稳定性和湍流转捩过程等基础物理现象的进一步认识,而且也将促进晶体生长、薄膜制备等空间和地面高新技术的发展. 实验研究了矩形液池中浅液层在水平温度梯度作用下产生的热毛细对流及其稳定性. 实验中,成功地利用PIV (particle image velocimetry) 技术对1mm²/s 硅油液层内的浮力热毛细对流流场结构进行了大量观测. 结果表明,液层中的流场结构经历了多种状态的转变,该过程会受到液层厚度的影响. 当液层厚度较小时,比如当d=2:8mm 时,随着液池两端温差的增大,液层中的流场结构会经历单胞对流到双胞对流再到多胞对流的转变,到达多胞对流状态之后,继续增大温差,对流涡胞的数量会有所减少,而当温差进一步增大到一定程度以后,整个液层转变为三维非定常流动;当液层厚度较大时,比如当d=4:5mm 时,随着温差的增大,流动模式的转变主要体现在水平截面流场截面上面,当温差增大到一定程度以后,在靠近高温端的附近区域会出现具有明显三维效应的"梭形结构",该梭形结构的尺寸随着温差的增大而增长,并在温差超过某个临界值时失去对称性,整个液层转变为三维非定常流动.     

An in-situ Observation on Initial Aggregation Process of Colloidal Particles near Three-Phase Contact Line of Air, Water and Vertical Substrate

The self-assembling process near the three-phase contact line of air, water and vertical substrate is widely used to produce various kinds of nanostructured materials and devices. We perform an in-situ observation on the selfassembling process in the vicinity of the three phase contact line. Three kinds of aggregations, i.e. particle-particle aggregation, particle-chain aggregation and chain-chain aggregation, in the initial stage of vertical deposition process are revealed by our experiments. It is found that the particle particle aggregation and the particle-chain aggregation can be qualitatively explained by the theory of the capillary immersion force and mirror image force, while the chain-chain aggregation leaves an opening question for the further studies. The present study may provide more deep insight into the self-assembling process of colloidal particles.     

溶菌酶晶体生长过程中的扩散传质问题

采用Mach-Zehnder干涉测量系统与图象处理系统相结合实时观测溶菌酶蛋白质晶体生长过程中的流体动力学现象, 对汽相扩散法溶菌酶蛋白质晶体生长过程进行了研究, 观测到溶菌酶晶体生长时晶体周围存在的干涉条纹. 分析了晶体生长时的重力沉降效应和溶质扩散过程. 实验结果表明, 该生长过程中的流体物理特征直接影响了生长晶体的晶面. 根据实验结果, 给出对蛋白质晶体生长过程流体物理现象的讨论.