壳聚糖衍生物处理碳纳米管改性聚丙烯腈基碳纤维

自制了邻苯二甲酰化壳聚糖、萘甲酰化壳聚糖、羧甲基化壳聚糖等3种壳聚糖衍生物对多壁碳纳米管(MWNTs)进行表面处理,发现邻苯二甲酰化壳聚糖(PhthCS)能有效提高MWNTs在极性6～10范围溶剂中的分散性及稳定性,并考察了PhthCS的分子量及浓度对MWNTs的分散性及稳定性的影响;通过微观形貌和元素分析,发现MWNTs部分表面包覆了一层厚度约为5～10 nm的包覆膜.经凝胶纺丝工艺制备了PhthCS-MWNTs/聚丙烯腈复合原丝,经预氧化、炭化制备了复合碳纤维,SEM结果表明PhthCS-MWNTs在复合原丝和复合碳纤维中分散均匀,良好取向;PhthCS-MWNTs对复合原丝和复合碳纤维的力学性能具有明显的改善作用,当PhthCS-MWNTs含量为0.5%时,复合碳纤维的拉伸强度提高了19.8%;增加PhthCS-MWNTs用量对复合碳纤维的拉伸模量具有显著提高,当PhthCS-MWNTs含量为3%时,复合碳纤维的杨氏模量从6.24 GPa提高到了13.86 GPa,增大了122%

中国物理海洋学研究70年：发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的"普遍风浪谱"和"涌浪谱",发展了第三代海浪数值模式;提出了"准调和分析方法"和"潮汐潮流永久预报"等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了"棉兰老潜流",揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了"南海内波潜标观测网",实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流"边缘不稳定"的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军

液固系统及气液固浆态鼓泡塔的多尺度模拟

液固系统和气液固三相系统在自然界和过程工业中十分常见，了解不同多相系统的流动机制有助于多相流反应器的设计优化。实验研究发现，虽然液固流态化通常被认为是固相在液相均匀分布的散式流态化，但是在包含溶胀颗粒的液固体系中有非均匀结构存在，溶胀颗粒由于较强的颗粒间粘附力而发生团聚，团聚行为影响了反应器的操作稳定性，甚至会造成反应器堵塞。而气液固三相系统的非均匀特性更为复杂，以浆态鼓泡塔反应器为例，气泡群在浆液里上升的过程中伴随着变形、聚并、破碎、夹带尾涡等复杂行为，气泡表面的液相滑移、液涡与气泡的相互作用、颗粒与气泡的接触等都会对气泡的聚集形态产生影响，导致气泡呈现不同的粒径分布。溶胀液固系统及浆态鼓泡塔内非均匀结构的存在导致系统的流动机制变得十分复杂，而此类反应器也往往因为非均匀结构的存在导致放大效应。能量最小多尺度方法是近二十年来新兴的一种描述非均匀介尺度结构的模型方法，最早被用来描述稀密两相共存的气固流态化系统，后来在气液鼓泡塔中也得到了广泛应用。该方法的核心在于分析非线性系统的不同控制机制，并以此为根据找到系统的稳定性条件。目前，基于稳定性条件的多尺度模型能够描述气固和气液系统的典型特征，但对于存在非均匀结构的液固体系和更为复杂的气液固系统则鲜有研究。本论文的核心工作是将多尺度模型方法拓展应用到存在非均匀结构的液固系统和浆态鼓泡塔中。多尺度模型的其中一种应用方法是基于多流体模型框架对封闭模型进行修正。以气固模型中相间动量交换为例，能量最小多尺度模型导出的曳力模型可以更为准确的反映出介尺度结构对于相间动量交换的影响，进而使得多流体模型可以更为准确的描述气固系统中稀密相共存等流场特征。借鉴上述研究思路，本论文的第2章首先通过CFD模拟液固均匀体系，考察了一种新型双桨双区的搅拌槽结晶器的流体力学特性。模拟研究发现，两浆的搅拌速度之差影响总功耗以及固相分布。另外，由于结晶过程停留时间较长，计算耗时巨大，本论文提出了一种提高模拟效率的简化模型，以更为高效的为工程应用提供指导。本论文第3章针对包含溶胀颗粒的液固非均匀体系，分析其多尺度行为机制（如微尺度的传质行为、介尺度的团聚行为），把不同尺度的行为通过组分输运、群平衡方程等模型工具耦合到多流体模型中，进而提出了一种描述非均匀体系的新模型策略。新模型捕捉到了不同反应器中溶胀液固体系的典型特征，如环管反应器中堵塞、功率突增以及搅拌槽中功率缓慢增长等现象。基于新模型对不同环管反应器结构的模拟结果，本文进一步提出了一种降低颗粒溶胀风险、缓解颗粒团聚程度的新型反应器结构和操作模式，为工程应用提供借鉴。第4章基于以往文献中气液鼓泡塔的多尺度模型方法，探索低颗粒浓度浆态鼓泡塔的多尺度模拟方法。模拟研究表明，气液多尺度模型耦合三流体模型中可以准确预测气含率分布、固相动力学参数等。在此基础上，第5章进一步探索适用于高颗粒浓度的多尺度模型及模拟方法，并提出了一个考虑颗粒对气泡行为影响的新模型。新模型表征了高浓度浆态鼓泡塔的基本特征，与CFD耦合后对高浓度浆态鼓泡塔中气含率分布的预测也与实验较为吻合。上述研究重点考察了固相为可润湿性颗粒的浆态鼓泡塔体系（如空气-水-玻璃珠体系），文献中以往的实验研究表明，可润湿性颗粒与不可润湿性颗粒对气泡行为有着不同的影响机制，因此本文第5章进一步基于不可润湿性颗粒对气泡的影响机制探索了新的多尺度模型，新模型预测了不可润湿性颗粒导致全局气含率增加的现象，与实验观测吻合。 简而言之，本文通过分析颗粒溶胀系统和气液固浆态鼓泡塔的多尺度行为特性，提出了表征其介尺度结构、描述其多尺度行为的新的模型方法，新模型捕捉到了液固和气液固非均匀系统的典型特征，拓展了欧拉多流体模型对液固和气液固非均匀系统的适用性。;Liquid-solid and gas-liquid-solid systems are ubiquitous in nature and industrial processes. Generally, the flow structure in liquid-solid systems is well recognized as particulate fluidization, characterized by homogeneous bed expansion and phase distribution. However, the structure becomes heterogeneous in practice, e.g., the slurry loop reactors of swollen particles. Swollen particles may aggregate due to adhesive forces, which then causes operation instability and even reactor blockage. More complex mesoscale structure exists in gas-liquid-solid systems. The rise of bubble swarms is accompanied by bubble breakage, coalescence, deformation and bubble wakes. The effects of particles on fluid dynamics, bubble swarms, gas-liquid interaction and bubble breakage and coalescence are important to understanding and modeling, but remain a challenge. The Energy-Minimization Multi-Scale (EMMS) models have been developed for the study of heterogeneous structures of gas-solid and gas-liquid systems in recent two decades. The hallmark of this approach is to analyze the different dominating mechanisms in non-linear non-equilibrium multiphase systems with the so-called stability conditions. Currently, the effect of swollen particles have not been considered in modeling liquid-solid systems and the solid effect on bubble behaviors have not been incorporated into models of gas-liquid- solid systems. Multi-scale simulations or EMMS models provide potential methods to account for above effects. This work then focused on applying the multi-scale method in liquid-solid and gas-liquid-solid systems. Chapter 2 firstly evaluates the traditional two-fluid model in description of homogeneous liquid-solid flows. The hydrodynamics in a novel double-partition and double impeller stirred tank for crystallization process are investigated. Simulations show that differences of the agitation speeds between two impellers are relevant to the total power consumption and solid distribution. On the other hand, the physical time for crystallization process costs several hours, which consumes huge computational cost. A simplified model strategy is thereby proposed in this section to improve the efficiency for engineering application. Chapter 3 develops a swelling-dependent two-fluid model (STFM) for the liquid-solid flows of swelling particles in polyethylene reactors. The microscale mass transfer and mesoscale particle aggregation process are considered into the multi-fluid model through the species transport equation and the population balance equation. Simulations show that only the TFM fails to capture the main features of swelling systems. By contrast, the STFM captures the gradual increase of power consumption due to particle swelling and aggregation, which agrees with the experiments in a stirred tank. The STFM predicts also the slug formation and a sharp increase of power consumption in a slurry loop reactor as well as the solid accumulation behind pump. The difference of model prediction for stirred tanks and loop reactors suggests the potential of reactor optimization by enhancing local mixing while still keeping high solid concentration for productivity. Chapters 4 deals with low-solid-concentration slurry bubble columns. we demonstrate that the Dual-Bubble-Size (DBS) drag model based on the Energy-Minimization Multi-Scale (EMMS) concept, is capable of effectively predicting the distribution of gas holdup in slurry bubble columns. For solid-free or low solid loading systems, a thorough comparison of the DBS-Global and other drag models indicates that, without any fitting parameters, the DBS-Global drag model prediction on the radial distribution of gas holdup and solid hydrodynamics is in conformity with experiments over a wide range of superficial gas velocities. Chapter 5 further explores the multi-scale models for high-solid-concentration slurry bubble column, where the solid effect must be considered and gas-liquid models thus cannot be directly used. We propose a particle-dependent new model in this part. The model well captures the main feature in high solid concentration systems and predicts well of gas distribution when coupled with the three-fluid model. To summarize, this work proposes new models that account for mesoscale structures in heterogeneous liquid-solid and gas-liquid-solid systems. The new model captures typical flow structures in above systems. On the other hand, the new models propose modifications in previous multi-fluid models and the multi-fluid models are thereby extended for description of heterogeneous liquid-solid and gas-liquid-solid systems.</p

颗粒溶胀体系液固两相流的多尺度模拟方法

存在颗粒溶胀行为的液固两相流被广泛认为是一个多尺度问题,高温下,颗粒溶胀所导致的颗粒粘度增大、颗粒与颗粒聚团等介尺度行为对宏尺度的液固两相流动有着显著影响。本文提出了基于颗粒溶胀这一介尺度行为的双流体模型,结合组分输运方程和群平衡模型对存在溶胀行为的&quot;聚乙烯颗粒-正十二烷&quot;体系进行了数值模拟。其中,组分输运方程和群平衡模型分别描述了溶胀过程中的传质和粒径增长、颗粒聚并等介尺度行为,并将由溶胀所导致的颗粒相粘度的变化,结合颗粒动力学理论来进行描述,从而针对存在介尺度行为的液固两相流建立了一套多尺度模拟方法。搅拌槽内&quot;聚乙烯颗粒-正十二烷&quot;液固体系的模拟结果显示,当颗粒溶胀到一定程度并发生聚并后,固相粘度的增加将导致搅拌桨功率发生突变,并伴随着颗粒粒径分布、流场特征等宏观参数的转变

浆态床内固含率轴向分布的数值模拟

采用DBS曳力模型计算气液相间作用,分别采用Gidaspow曳力模型、经Brucato修正的Gidaspow曳力模型和Schiller-Naumann曳力模型计算液固相间作用,忽略气固间的直接作用,对比了浆态床内不同颗粒粒径体系轴向固含率的模拟和实验结果.结果表明,不同液固相间曳力模型对气含率的预测影响不大;在颗粒粒径较大(140?m)的体系中,较低表观气速下气液DBS与液固Schiller-Naumann曳力模型组合模拟的固含率随床高度增加而减小,与实验结果吻合,而其它曳力模型组合的模拟结果较差,轴向分布较均匀;在颗粒粒径较小(35?m)的体系中,几种曳力模型组合的模拟结果均与实验结果吻合较好,轴向分布较均匀

浆态床内固含率轴向分布的数值模拟

采用DBS曳力模型计算气液相间作用,分别采用Gidaspow曳力模型、经Brucato修正的Gidaspow曳力模型和Schiller-Naumann曳力模型计算液固相间作用,忽略气固间的直接作用,对比了浆态床内不同颗粒粒径体系轴向固含率的模拟和实验结果.结果表明,不同液固相间曳力模型对气含率的预测影响不大;在颗粒粒径较大(140?m)的体系中,较低表观气速下气液DBS与液固Schiller-Naumann曳力模型组合模拟的固含率随床高度增加而减小,与实验结果吻合,而其它曳力模型组合的模拟结果较差,轴向分布较均匀;在颗粒粒径较小(35?m)的体系中,几种曳力模型组合的模拟结果均与实验结果吻合较好,轴向分布较均匀

Progress in mRNA DiFFerential Display

随着PCr技术的出现（1985），在分子生物学界又相继出现了两个很有影响的新技术──rAPd技术（1990）和MrnA差示法（1992），前者用于分子标记，后者用于基因分离。MrnA差示法的生物学基础是基因的差别表达，既：单个细胞中表达的基因仅占基因总数的15%。这种基因的差别表达决定了生命的所有过程，如：发育和分化、对逆境的反应、细胞分裂、老化等，图一给出了该方法最初的技术路线。提取要比较的两种或两种以上样品的MrnAS，分别逆转录成CdnAS，经过PCr扩增后，直接进行测序胶电泳即可识别有差别的MrnA。其中、关键的是PCr扩增时两个引物的设计.3＇端引物OlIgO（dT）Mn很容易与具有n＇M＇-POly（A）-3＇末端的大多数MrnA结合，进行CdnA的逆转录合成。M、n提供锚定位点，防止3＇端引物在POly（A）序列不同位置上的随机结合。5＇端为10个碱基的随机引物。这个经验上的碱基数值较理论的6-7个碱基（表一）更能满足测序胶电泳要求的条件：分子大小在500bP左右，每条泳道上条带数在100条左右。该方法近年来又有如下改进：一、PCr退火温度由42℃改为40℃，可在保证特异性的同时，增加泳道上的？The mRNA DiFFerential Display is a new molecular biological strategy For detecting and characterizing altered gene expression in eukaryotic cells which wad developed in 1992.Because of its simplicity,sensitivity and reproducibility,this method should Find wide-ranging underpaid application developmental and molecular biology.Therecent successFul applications of this method to gene hunting and the technological improvement promise great potential of mRNA DiFFerential Display

颗粒溶胀体系的液固两相流介尺度问题

采用多尺度实验方法对聚乙烯环管反应器内颗粒的溶胀机理、发生条件、以及溶胀对液固两相流的影响进行了研究,包括单颗粒尺度的形貌测量、颗粒群尺度的溶胀率测量、环管反应器的可视化测量等。应用激光共聚焦扫描显微镜研究了干颗粒与溶胀颗粒的表面形态差异;应用膨胀仪研究了不同温度条件下聚乙烯颗粒溶胀过程的体积膨胀率、液固传质速率;应用高速摄影仪与图像运动分析软件测量了环管二维床内液固两相流浓度分布和颗粒速度,揭示了聚乙烯颗粒在水与烷烃中的流动特征差异。结果表明,聚乙烯颗粒的溶胀及其对两相流动的影响是典型的介尺度问题,颗粒群尺度的溶胀行为需要采用介尺度模型进行描述

Separation of blood plasma by inertial focusing using microfluidic chips

血浆是临床生化检验中一类广泛使用的样品,从全血中分离血浆是生命医学研究领域中一项非常重要的技术.惯性微流(InErTIAl MICrOfluIdICS)原理的主要特点是无需施加任何外力如电磁力等,仅依靠液体流动就可以在微通道内实现一定尺寸的微粒或细胞的聚焦流动.本研究基于惯性微流原理,设计并制备了具有不对称弯管结构通道的微流控芯片.采用制备的荧光微球作为模型样品考察了装置的性能,发现尺寸越大的微球保持惯性聚集流动的流速范围也越大.在此基础上,利用发展的芯片平台成功实现从稀释的血液样品中将血浆分离.使用芯片对样品进行两次分离,即二级分离后,血液中血红细胞的分离效率超过90%.该装置具有结构简单、体积小巧、操作方便等特点,不仅可以快速分离血浆,而且对血细胞基本无损,易于作为功能模块与现有的一些芯片实验室(lAb On A CHIP,lOC)系统集成结合.Blood plasma is widely used in clinical and biochemical tests, and techniques for plasma separation are essential for biomedical research.The technique of inertial microfluidics provides the capability to focus microparticles or cells in microchannels without the need for active device components.Based on the theory of inertial focusing, we designed and fabricated microfluidic chips with asymmetrically curved channels.Focusing performance was evaluated using homemade fluorescent microspheres as models.We found that the flow velocities required for maintenance of stable inertial focusing varied significantly among microspheres of different sizes.The microdevice was further employed for the separation of plasma from diluted blood samples.We achieved a 90% separation efficiency when the sample was separated twice in the device.These data suggest that microdevices can separate plasma efficiently without damaging blood cells, and can be readily integrated with other analytical devices.国家自然科学基金(20775065;20835005);教育部高校博士点基金(20070384023);深圳市药用生物芯片重点实验室;深圳市双百计划资助项