基于核酸和蛋白的生物大分子热致液晶研究进展

生物固体大分子诸如核酸、蛋白和病毒颗粒,因其尺寸超出了分子间作用力的范围,升温之后会导致它们降解而无法形成生物大分子的液体形态。 因此,发展新型的合成和制备策略,实现无溶剂包覆的生物大分子的流体态及其应用,是一个崭新的研究领域。 结合我们前期工作,简要介绍了核酸、蛋白流体(液晶态和液体态)材料的制备及性质。 借助静电力自组装,上述生物大分子能够与带有相反电荷的表面活性剂结合,形成热致液晶材料,其热致液晶性质使得生物分子具有长程有序性和流动性,在此基础上,可以探索生物大分子在无水环境下的技术应用。     

大尺寸液桥热毛细对流失稳性地面实验研究

开展大尺寸液桥浮力-热毛细对流地面实验, 探究流场转捩的临界条件及临界状态附近的流动情况. 通过粒子图像测速方法(PIV) 获得流体速度场, 研究液桥内部定常和转捩后的流场结构以及流体运动规律;并用红外热像仪测量液桥自由面温度分布, 研究流体流动的时空演化和温度振荡. 实验发现大尺寸半浮区液桥浮力-热毛细对流临界值与几何参数有关, 在大普朗特(Prandtl) 数情况下, 流场存在由稳定态向不稳定态再到混沌的转捩过程, 在临界马兰哥尼(Marangoni) 数附近, 流场内会出现行波现象, 流动模式也会随高径比的变化而发生变化;当继续增大马兰哥尼数, 流动会进入混沌状态.      

平板热管在毛细极限下的传热能力研究

建立了多孔毛细芯结构的平板热管在冷凝段不发生堵塞的情况下流动和传热的理论模型,分析了热管在毛细限下的最大传热量和热阻的变化.结果表明,丝网目数的增加和工作温度的升高会增大热管的传热能力,热管工质为水时的传热性能优于工质为丙酮和乙醇时的情况.     

两共轴平行圆环电流之间的电磁作用力

利用纽曼公式,并引人一个数学关系式,计算出两共轴平行圆环电流的互感,通过求其微分,给出了其相互作用力的解析表达式,并通过数值计算和作图,讨论了相互作用力与两圆环半径、圆心距离的关系及其极值点的意义,得到了一个关于两共轴圆环电流之间的电磁作用力的具体、形象和直观的物理图景．     

静止水中单个上升气泡的直接数值模拟

本文发展了基于Front Tracking的直接数值模拟方法研究气液两相界面的迁移特性,该方法对气液两相采用半隐式的分步法直接求解N-S方程,耦合Front Tracking Method获得两相界面的三维变形。针对无边界以及垂直壁面附近静止水中的单个气泡上升过程进行模拟,研究气泡运动的机理以及气泡与壁面的相互作用。数值模拟准确再现了气泡的上升过程和变形,不同Re数下气泡的上升速度计算结果同经验关联式非常吻合,验证了该方法的有效性。随后分析了气泡周围流场的结构,发现壁面对气泡周围流场的抑制是壁面对气泡作用力的主要原因,将导致气泡逐渐偏离垂直壁面。     

A Two-Layer Model for Superposed Electrified Maxwell Fluids in Presence of Heat Transfer

Based on a modified-Darcy-Maxwell model, two-dimensional, incompressible and heat transfer flow of two bounded layers, through electrified Maxwell fluids in porous media is performed. The driving force for the instability under an electric field, is an electrostatic force exerted on the free charges accumulated at the dividing interface. Normal mode analysis is considered to study the linear stability of the disturbances layers. The solutions of thelinearized equations of motion with the boundary conditions lead to an implicit dispersion relation between the growth rate and wave number. These equations are parameterized by Weber number, Reynolds number, Marangoni number, dimensionless conductivities, and dimensionless electric potentials. The case of long waves interfacial stability has been studied. The stability criteria are performed theoretically in which stability diagrams are obtained. Inthe limiting cases, some previously published results can be considered as particular cases of our results. It is found that the Reynolds number plays a destabilizing role in the stability criteria, while the damping influence is observed for the increasing of Marangoni number and Maxwell relaxation time.     

The oscillatory behavior, static and dynamic analyses of a micro/nano gyroscope considering geometric nonlinearities and intermolecular forces

The nonlinear dynamic and static deflection of a micro/nano gyroscope under DC voltages and base rotation are investigated. The gyroscope undertakes two cou- pled bending motions along the drive and sense directions and subjected to electrostatic actuations and intermolecular forces. The nonlinear governing equations of motion for the system with the effect of electrostatic force, intermolecular tractions and base rotation are derived using extended Hamilton principle. Under constant voltage, the gyroscope finds the preformed shape. First, the deflection of the rnicro/nano gyroscope under electrostatic forces is obtained by static and dynamic analyses. Furthermore, the static and dynamic in- stability of the system are investigated. Afterward the oscillatory behavior of the pre-deformed micro/nano gyroscope around equilibrium is studied. The effects of intermolecular and nonlinear parameters on the static and dynamic de- flection, natural frequencies and instability of the micro/nano gyroscope are studied. The presented model can be used to exactly determine static and the dynamic behavior of vibratory micro/nano gyroscopes.     

两球形颗粒间横向毛细力的格子Boltzmann研究

采用以Shan-Chen多组分模型为基础的格子Boltzmann-伪固体模型对两颗粒间的浮体和浸润横向毛细力展开数值模拟研究,其中流体-固体间的相互作用及颗粒润湿性质在介观层次上采用简单形式得以充分考虑．三维测试表明,与已有理论解相比,成功再现了横向毛细力与颗粒间距的“1/L”关系,并确认了浸润横向毛细力与表面张力间的线性关系．这表明可进一步应用该模型研究横向毛细力作用下的颗粒自聚集等现象.     

桩柱水流作用力实验测量技术研究

桩柱的绕流水流作用力一直是工程设计中所关注的问题。为了精确地测量模型试验中竖直桩柱在不同来流夹角下的水流作用力,基于力的平衡原理,设计并制作了一种新的桩柱水流作用力试验测量装置,并采用标准砝码模拟水流作用力,验证了该测量装置在不同来流工况下的测量精度。结果表明:桩柱受不同来流夹角的水流作用力时,该装置都具有相当高的测量精度,可满足模型试验要求。因此,该测量方法可用于竖直桩柱在水平或斜向水流作用下模型试验中水流作用力的试验研究。     

关于沿内角的自发毛细流动现象回顾

文章从静力和动力学的角度简要回顾了关于沿内角的自发毛细流动研究的最近进展.作为一个通用几何形状,内角在地面微观尺度下或处于失重状态的航天飞行器系统内大尺度下为液体提供有效的输运通道.当一定的几何条件得到满足并且当毛细力远远大于体力比如重力的时候,沿着内角会发生自发毛细力驱动流动现象.从静力学的角度来说,本文讨论的自发毛细驱动流动和当特定的边界条件发生突然变化,比如重力作用突然消失时带有内角的容器内部单值有限高度的平衡自由面的非存在性有关系. Concus-Finn方法可以用来确定这样的平衡自由面在一个横截面处处一致的柱形容器内的非存在性.用这个方法可以推导出在失重状态下一个内角为2α的通常柱形容器里,当接触角小于π/2-α时,平衡曲面不存在.通常来说,沿内角的自发毛细驱动流动属于层流.利用尺度分析和摄动法,成功分析了该流动的动力学特性,并且推导出对设计有用的封闭形式的解析解.一个典型的结果是在黏性流的范畴里毛细面端点的移动和t1/2成正比