声悬浮无容器凝固过程中的液相流动及其效应研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51371148
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    解文军
  • 依托单位：
    西北工业大学
  • 学科分类：
    E0102.金属材料制备与加工
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The internal fluid flow of levitated drops during containerless solidification is constrained by their free surface and shows special characteristics. Beginning with the containerless flow problem and by means of single-axis acoustic levitation, high speed imaging and fluid mechanics simulation, this project will study the laws of single phase drop, solid/liquid and liquid/liquid two phase drops under acoustic levitation condition, and investigate the interactions between the containerlss fluid flow and containerless solidification, and predict the relavent possible effects. Based on this,the dendritic growth, eutectic growth and monotectic solidification of acoustically levitated alloy melts will be crried out by laser heating technique. The containerless flow characteristics of liquid phases during containerless solidification and its dependence on surface tension and viscosity will be clarified by active control of drop dynamics and microstructural analysis.New phenomina and new effects related to fluid flow during containerless solidificaiton of acoustically levitated alloy melts will be revealed.
无容器凝固过程中,悬浮液滴的内部流动在自由表面约束下在呈现出独特规律。本项目拟从无容器悬浮液滴的流动问题入手，采用单轴式声悬浮、高速图像处理，并结合流体力学计算机模拟，开展单相液滴和固/液、液/液复相液滴在声悬浮无容器状态下的流动规律研究，分析无容器液相流动与凝固过程的相互作用，并预测可能出现的效应。在此基础上采用激光加热方法，开展声悬浮条件下合金熔体的枝晶生长、共晶生长和偏晶凝固实验研究。通过对悬浮液滴流动状态的主动控制和凝固组织分析，阐明声悬浮合金熔体在自由表面约束下的无容器流动特征及其与表面张力和粘度等物性参数的依赖关系，为合理分析声悬浮无容器凝固过程中的流动效应提供理论依据。揭示出声悬浮熔体无容器凝固过程中与流动相关的新现象和新规律，探讨声悬浮无容器凝固过程中液相流动的有效控制措施，为进一步优化声悬浮无容器凝固技术奠定基础。

结项摘要

声悬浮是一种重要的无容器材料加工和处理技术。本项目针对声悬浮液滴无容器凝固过程中的流动问题，采用数值模拟、高速图像处理、凝固组织分析等方法，研究了单相液滴和复相液滴在声悬浮状态下的流动规律，揭示了声悬浮合金熔体在自由表面约束下的流动效应和凝固组织形成机制。主要完成了以下四方面研究。（1）声悬浮和流动问题的离散动力学模型。建立了一个适合于单轴式声悬浮过程的轴对称流动问题的多弛豫时间格子玻尔兹曼方程和边界条件处理方法，揭示了封闭型和开放型谐振腔中声悬浮过程的声辐射压和声流分布特征。（2）声悬浮单相液滴的运动规律和内部流动。发现声悬浮水滴二阶轴对称形态振荡同竖直平移振荡之间存在两种不同的耦合机制，声悬浮状态及表面振荡引起的流动效应使甘油-水溶液内部高锰酸钾分子的迁移速率提高4~6倍，而其中固相淀粉颗粒的沉降速率降低了10%。（3）不混溶声悬浮复相液滴的内部流动和相分离。发现双水相液滴在声悬浮状态下依据液滴变形程度的不同发生上下或环形两种形式的分层，声悬浮条件下的相分离速率是静态条件下的1.5倍。（4）声悬浮熔体在不同流动状态下的凝固规律。声悬浮液滴的形态振荡和受迫振动加剧了内部流动，抑制了Sn-Ge过共晶熔体中初生（Ge）相的宏观偏析；声场低频调制引起的液滴表面起伏与凝固界面的辐射状推移相互耦合，在Ag-Cu-Sb三元共晶凝固样品表面产生环状波纹。以上研究结果丰富和加深了对声悬浮现象的理解，为进一步优化声悬浮无容器凝固过程控制和制备具有特定构造的材料提供了有益参考。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
A numerical simulation of acoustic field within liquids subject to three orthogonal ultrasounds
三种正交超声作用下液体内声场的数值模拟
  • DOI：
    10.1016/j.ultsonch.2016.05.025
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Ultrasonics Sonochemistry
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Zhai W.;Liu H. M.;Hong Z. Y.;Xie W. J.;Wei B.
  • 通讯作者：
    Wei B.
空间模拟条件下三元共晶合金凝固研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    中国材料进展
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    解文军;魏炳波
  • 通讯作者：
    魏炳波
An axisymmetric multiple-relaxation-time lattice Boltzmann scheme
轴对称多重弛豫时间格子玻尔兹曼格式
  • DOI：
    10.1016/j.jcp.2014.10.019
  • 发表时间：
    2015-01
  • 期刊：
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Wenjun Xie
  • 通讯作者：
    Wenjun Xie
Vertical vibration and shape oscillation of acoustically levitated water drops
声悬浮水滴的垂直振动和形状振荡
  • DOI：
    10.1063/1.4895580
  • 发表时间：
    2014-09-08
  • 期刊：
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Geng, D. L.;Xie, W. J.;Wei, B.
  • 通讯作者：
    Wei, B.
声悬浮过程的格子Boltzmann方法研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    物理学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    解文军;滕鹏飞
  • 通讯作者：
    滕鹏飞

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其他文献

单轴反馈控制条件下的静电悬浮研究
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国科学:物理学 力学 天文学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    胡亮;王海鹏;解文军;魏炳波
  • 通讯作者：
    魏炳波
声悬浮条件下Ag-Cu共晶合金的无容器凝固研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    中国科学:物理学 力学 天文学
  • 影响因子：
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  • 作者：
    耿德路;解文军;洪振宇;魏炳波
  • 通讯作者：
    魏炳波
声悬浮条件下扇谐振荡液滴的内部流动规律
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国科学: 物理学力学 天文学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    鄢振麟;解文军;魏炳波
  • 通讯作者：
    魏炳波
声悬浮液滴的表面毛细波及八阶扇谐振荡
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    鄢振麟;解文军;沈昌乐;魏炳波
  • 通讯作者：
    魏炳波
声悬浮条件下环己烷液滴的蒸发凝固
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    杜人君;解文军
  • 通讯作者：
    解文军

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解文军的其他基金

声悬浮合金熔体的形态振荡与快速凝固规律研究
  • 批准号：
    51071126
  • 批准年份：
    2010
  • 资助金额：
    41.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目
声悬浮条件下偏晶合金的相分离与组织形成规律
  • 批准号：
    50301012
  • 批准年份：
    2003
  • 资助金额：
    35.0 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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