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

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。本項目針對傳統(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，通過實測和實驗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。項目以建筑環(huán)境學(xué)、微生物學(xué)、計算流體力學(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)。

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。 本項目選取大型公建中央空調(diào)系統(tǒng)作為研究對象，對空調(diào)系統(tǒng)生物污染狀況進(jìn)行實測調(diào)查。研究發(fā)現(xiàn)，實測的空調(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，同時空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)還伴有其他多種微生物存在。項目選取中央空調(diào)系統(tǒng)中優(yōu)勢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繁殖實驗研究，通過熱濕響應(yīng)實驗對不同環(huán)境下真菌生長繁殖的主效應(yīng)因素進(jìn)行分析?；趯嶒灁?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，并對模型的準(zhǔn)確性和可行性進(jìn)行了驗證。為對中央空調(diào)系統(tǒng)真菌顆粒物繁殖擴(kuò)散全過程進(jìn)行解析，項目通過實驗構(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。 本項目對中央空調(diào)系統(tǒng)微生物污染問題從污染實態(tài)、熱濕響應(yīng)、預(yù)測模型等方面進(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，獲批實用新型專利1項，獲得遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎一等獎1項，編寫出版研究生教材1部，培養(yǎng)碩士研究生2名。項目各項支出與預(yù)算基本相符。 2100433B

“化學(xué)注漿擴(kuò)散機(jī)理的透明土試驗研究”項目針對注漿工程的隱蔽性以及常規(guī)模擬實驗不能實時觀測漿液擴(kuò)散的缺陷，實現(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)試驗測試，本項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。 本項目開發(fā)建立了一套透明土注漿光學(xué)觀測系統(tǒng)和注漿實驗設(shè)備，基于透明土實驗技術(shù)和立體顆粒圖像追蹤技術(shù)（SPTV）實現(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，對單裂隙動水化學(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)注漿實驗結(jié)果表明，注入靜水孔隙介質(zhì)中的漿液邊界隨時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驗是可行的，透明砂土可以代替標(biāo)準(zhǔn)砂進(jìn)行室內(nèi)試驗?zāi)M研究。 透明單裂隙注漿裝置，研究了單裂隙動水化學(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，受漿液凝膠時間的影響次之，受注漿量和裂隙開度的影響相對較小。水流流速大或漿液凝膠時間短時適合用大泵量注漿而漿液凝膠時間長時適合用小泵量注漿；凝膠時間短時用小泵量注漿，會導(dǎo)致漿液的擴(kuò)散面積不足而使堵水效果無法滿足設(shè)計要求。 本項目在國內(nèi)外首次利用透明土結(jié)合光學(xué)測試技術(shù)實現(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，以及動水條件下單裂隙化學(xué)注漿堵水效果的影響因素，對實際工程有指導(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物性病一樣，對于宿主植物并不致命。但是，動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。

還有些性病真菌會通過植物的花朵傳播到其他植物的種子、葉子或者莖上。因為這些相互傳染性病的方式并不需要兩個植物都有性器官，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)行了大量的試驗研究，但卻對各種材料的連接機(jī)理尚未有明確的認(rèn)識，為此人們試圖借助計算技術(shù)，對接頭行為進(jìn)行數(shù)值模擬，以便找到共同規(guī)律，對擴(kuò)散連接過程及質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測與實時控制對擴(kuò)散連接接頭行為的模擬，主要有3 個方面:

(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) 接頭元素擴(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)理的共同作用下實現(xiàn)的。

從大類又可分為以塑性流動為主體的“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的滑移，后者則無需位錯的滑移。

2.接頭元素擴(kuò)散與反應(yīng)層形成的模擬

目前，接頭元素擴(kuò)散與反應(yīng)層形成的模擬主要針對異種材料進(jìn)行。接頭元素擴(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)動力學(xué)等內(nèi)容。對此進(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。對于異種材料擴(kuò)散連接時金屬間化合物的形成機(jī)理，到目前為止還沒有一個理論能完全準(zhǔn)確地預(yù)測和解釋，只是有一個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)行分析計算，并以計算結(jié)果作為緩解措施的依據(jù)。

但是由于在對擴(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 。