中央空調(diào)系統(tǒng)真菌顆粒物繁殖擴(kuò)散機(jī)理研究

自從2003年SARS危機(jī)爆發(fā)以來，由中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的微生物污染問題逐漸受到人們關(guān)注。隨著中央空調(diào)系統(tǒng)在公共建筑中的廣泛應(yīng)用，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中微生物污染繁殖擴(kuò)散機(jī)理探究成為重要的研究課題。 本項(xiàng)目選取大型公建中央空調(diào)系統(tǒng)作為研究對(duì)象，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)生物污染狀況進(jìn)行實(shí)測(cè)調(diào)查。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)的空調(diào)系統(tǒng)均存在不同程度的污染問題，經(jīng)分子生物學(xué)Miseq基因組測(cè)序技術(shù)分析，枝孢屬、青霉屬為中央空調(diào)系統(tǒng)主要真菌類微生物，同時(shí)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)還伴有其他多種微生物存在。項(xiàng)目選取中央空調(diào)系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)微生物枝孢屬和青霉屬真菌作為代表性真菌，開展基于微生物環(huán)境熱濕響應(yīng)/溫?zé)峥刂频纳锷L繁殖實(shí)驗(yàn)研究，通過熱濕響應(yīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)不同環(huán)境下真菌生長繁殖的主效應(yīng)因素進(jìn)行分析?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別采用Logistic方程、Gompertz方程以及平方根方程構(gòu)建中央空調(diào)系統(tǒng)真菌類微生物生長繁殖數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型的準(zhǔn)確性和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。為對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)真菌顆粒物繁殖擴(kuò)散全過程進(jìn)行解析，項(xiàng)目通過實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了真菌孢子釋放模型，并選取典型粒徑生物顆粒物，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)真菌顆粒物的擴(kuò)散過程進(jìn)行數(shù)值模擬。并利用WUFI-BIO軟件，進(jìn)行了空調(diào)機(jī)組內(nèi)真菌污染的預(yù)測(cè)。 本項(xiàng)目對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)微生物污染問題從污染實(shí)態(tài)、熱濕響應(yīng)、預(yù)測(cè)模型等方面進(jìn)行了理論研究。共發(fā)表科技論文15篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄6篇，ISTP收錄2篇，獲批實(shí)用新型專利1項(xiàng)，獲得遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，編寫出版研究生教材1部，培養(yǎng)碩士研究生2名。項(xiàng)目各項(xiàng)支出與預(yù)算基本相符。 2100433B

以空氣為傳播媒介的生物污染問題已越來越多的引起人們的關(guān)注，特別是空調(diào)系統(tǒng)微生物所導(dǎo)致的空氣污染是當(dāng)前重要的公共環(huán)境安全問題。本項(xiàng)目針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)值解析方法研究顆粒物擴(kuò)散無法將生物粒子與非生物粒子區(qū)分的問題，著眼于中央空調(diào)系統(tǒng)真菌類微生物生長繁殖條件，通過實(shí)測(cè)和實(shí)驗(yàn)考察影響真菌增殖及真菌孢子釋放的主效應(yīng)因素，建立真菌生長繁殖數(shù)學(xué)模型，與CFD相結(jié)合對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)真菌顆粒物繁殖擴(kuò)散全過程進(jìn)行解析。項(xiàng)目以建筑環(huán)境學(xué)、微生物學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)為理論基礎(chǔ)，為研究中央空調(diào)系統(tǒng)熱環(huán)境下真菌類微生物生長繁殖特性，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)生物顆粒物繁殖擴(kuò)散規(guī)律，解決建筑環(huán)境生物污染問題提供理論依據(jù)。

“化學(xué)注漿擴(kuò)散機(jī)理的透明土試驗(yàn)研究”項(xiàng)目針對(duì)注漿工程的隱蔽性以及常規(guī)模擬實(shí)驗(yàn)不能實(shí)時(shí)觀測(cè)漿液擴(kuò)散的缺陷，實(shí)現(xiàn)了注漿過程的可視化研究。 本研究采用的透明土技術(shù)是利用具有相應(yīng)折射系數(shù)的石英和孔隙流體制成的一種透明模型材料，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)測(cè)試，本項(xiàng)目選取熔融石英做為透明砂、溴化鈣溶液做為孔隙流體。研究表明該透明材料可以較好地模擬天然砂的巖土工程特性，特別是其滲透特性。 本項(xiàng)目開發(fā)建立了一套透明土注漿光學(xué)觀測(cè)系統(tǒng)和注漿實(shí)驗(yàn)設(shè)備，基于透明土實(shí)驗(yàn)技術(shù)和立體顆粒圖像追蹤技術(shù)（SPTV）實(shí)現(xiàn)了顆粒狀材料注漿過程中化學(xué)漿液擴(kuò)散的可視化研究。并建立了透明裂隙模擬裝置，對(duì)單裂隙動(dòng)水化學(xué)漿液注漿擴(kuò)散過程進(jìn)行了可視化研究。 孔隙介質(zhì)透明土化學(xué)注漿實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注入靜水孔隙介質(zhì)中的漿液邊界隨時(shí)間呈明顯的是球面擴(kuò)散，擴(kuò)散半徑擴(kuò)展符合馬格（Maag）公式。 通過標(biāo)準(zhǔn)砂與透明砂土的顆粒流數(shù)值模擬和室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果分析可知，這兩種砂土的微觀組構(gòu)特征和宏觀力學(xué)響應(yīng)基本一致，認(rèn)為采用顆粒流原理模擬透明砂土實(shí)驗(yàn)是可行的，透明砂土可以代替標(biāo)準(zhǔn)砂進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M研究。 透明單裂隙注漿裝置，研究了單裂隙動(dòng)水化學(xué)注漿的擴(kuò)散規(guī)律和影響因素。注漿堵水效果受水流流速影響最大，受漿液凝膠時(shí)間的影響次之，受注漿量和裂隙開度的影響相對(duì)較小。水流流速大或漿液凝膠時(shí)間短時(shí)適合用大泵量注漿而漿液凝膠時(shí)間長時(shí)適合用小泵量注漿；凝膠時(shí)間短時(shí)用小泵量注漿，會(huì)導(dǎo)致漿液的擴(kuò)散面積不足而使堵水效果無法滿足設(shè)計(jì)要求。 本項(xiàng)目在國內(nèi)外首次利用透明土結(jié)合光學(xué)測(cè)試技術(shù)實(shí)現(xiàn)注漿過程中水力劈裂裂隙的產(chǎn)生、發(fā)展和漿液擴(kuò)散、凝固的可視化，進(jìn)一步闡明了土體注漿過程中化學(xué)漿液擴(kuò)散機(jī)理，以及動(dòng)水條件下單裂隙化學(xué)注漿堵水效果的影響因素，對(duì)實(shí)際工程有指導(dǎo)意義。 2100433B

一直以來，科學(xué)家都知道通過植物的花粉可以傳播一些性病真菌。雖然植物性病和大部分動(dòng)物性病一樣，對(duì)于宿主植物并不致命。但是，動(dòng)物的性病概念和植物的并不完全相同。

首先，引起植物感染性病的真菌孢子一般通過風(fēng)或者采粉昆蟲在植物間傳播，而動(dòng)物性病則是通過直接的物理接觸來傳播。具體來講，目前研究最深入的植物性病是一種叫作花藥黑粉菌（Micobotryum violaceum）的病菌引起的，它能感染剪秋羅屬植物。

感染花藥黑粉菌后，雄性和雌性植物都會(huì)成為性病真菌孢子的溫床，然后就能被大黃蜂或者其他傳粉者傳播。有時(shí)候，這些真菌甚至?xí)碳せ疾≈参镩L出多余的花朵，以更有效的傳播傳染病菌。

其次，瑞典植物學(xué)家安德斯·溫斯特姆（Anders Wennstrom）和拉斯·埃里克森（Lars Ericson）在研究了很多其他花類真菌后。他們發(fā)現(xiàn)，有些性病真菌還能從植物花朵進(jìn)入土壤，從而在來年感染植物的下一代。

還有些性病真菌會(huì)通過植物的花朵傳播到其他植物的種子、葉子或者莖上。因?yàn)檫@些相互傳染性病的方式并不需要兩個(gè)植物都有性器官，所以科學(xué)家認(rèn)為這些植物性病也許應(yīng)該被稱作生殖疾病，而不是性傳播疾病。

擴(kuò)散焊接技術(shù)是一門邊緣科學(xué)，涉及材料、擴(kuò)散、相變、界面反應(yīng)、接頭應(yīng)力應(yīng)變等各種行為，工藝參數(shù)眾多，雖然已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，但卻對(duì)各種材料的連接機(jī)理尚未有明確的認(rèn)識(shí)，為此人們?cè)噲D借助計(jì)算技術(shù)，對(duì)接頭行為進(jìn)行數(shù)值模擬，以便找到共同規(guī)律，對(duì)擴(kuò)散連接過程及質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)控制對(duì)擴(kuò)散連接接頭行為的模擬，主要有3 個(gè)方面:

(1) 界面孔洞消失過程的機(jī)理模擬，即物理接觸行為的模擬；

(2) 接頭元素?cái)U(kuò)散與反應(yīng)層形成的模擬；

(3) 接頭變形及應(yīng)力行為的模擬。

1.界面孔洞消失過程的機(jī)理

界面孔洞消失過程即界面緊密接觸的過程是在塑性變形機(jī)理、粘性變形機(jī)理、界面擴(kuò)散機(jī)理及體積擴(kuò)散機(jī)理的共同作用下實(shí)現(xiàn)的。

從大類又可分為以塑性流動(dòng)為主體的“變形機(jī)理”和以原子擴(kuò)散流束為主體的“擴(kuò)散機(jī)理”，其區(qū)別在于前者必伴有位錯(cuò)的滑移，后者則無需位錯(cuò)的滑移。

2.接頭元素?cái)U(kuò)散與反應(yīng)層形成的模擬

目前，接頭元素?cái)U(kuò)散與反應(yīng)層形成的模擬主要針對(duì)異種材料進(jìn)行。接頭元素?cái)U(kuò)散與反應(yīng)層形成機(jī)理是指原子在接頭界面處的傳輸、界面結(jié)構(gòu)的形成條件和形成過程，主要涉及反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容。對(duì)此進(jìn)行的研究，不但可以探明反應(yīng)進(jìn)行的可能性，而且可以確定反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度，這對(duì)擴(kuò)散連接工藝的制定是非常有益的。合金元素的擴(kuò)散決定了材料間的原子擴(kuò)散距離以及接頭處的均勻化程度，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的何鵬以費(fèi)克第二定律為基礎(chǔ)對(duì)此進(jìn)行了研究并建立了擴(kuò)散過程中的元素濃度分布模型。對(duì)于異種材料擴(kuò)散連接時(shí)金屬間化合物的形成機(jī)理，到目前為止還沒有一個(gè)理論能完全準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和解釋，只是有一個(gè)大家趨于一致的看法，即擴(kuò)散連接中金屬間化合物的形成和生長過程的初始階段主要包括:接觸金屬以不同的速度進(jìn)行互擴(kuò)散，在晶體結(jié)構(gòu)缺陷周圍形成過飽和固溶體，在含擴(kuò)散元素濃度高的缺陷區(qū)域形成新相晶核;金屬間化合物晶核沿接頭界面橫向生長，長大的金屬間化合物連成整體，并轉(zhuǎn)向正常的正向生長;當(dāng)生長到一定厚度時(shí)開始在其界面上形成第2 種金屬間化合物的晶核:第1 種金屬間化合物層進(jìn)一步長大，第2 種金屬間化合物橫向生長，連成整體。

3.接頭變形及應(yīng)力行為的模擬

擴(kuò)散連接接頭應(yīng)力模擬研究主要集中在陶瓷/ 金屬連接件中，常采用解析方法和有限元方法進(jìn)行分析計(jì)算，并以計(jì)算結(jié)果作為緩解措施的依據(jù)。

但是由于在對(duì)擴(kuò)散連接接頭的殘余應(yīng)力分析中，無論是解析法還是有限元法，幾乎都未考慮材料間擴(kuò)散過程中所形成的反應(yīng)層，而此反應(yīng)層是影響接頭殘余應(yīng)力及接頭性能的極其重要的因素，因而，其計(jì)算模型在很大程度上降低了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，有待開展更加深入細(xì)致的研究工作 。