基于气泡细观尺度的过饱和溶解气体释放机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51879173
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1009.生态环境风险控制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The presence of elevated dissolved gas downstream of a spillway may result in an increased incidence of gas bubble disease; even cause large scale death in fish. The dissipation process of dissolved gas is affected by water depth, velocity, sediment, aeration, wind and temperature, while the mechanism of how to affect the dissipation is not ascertained. Based on the frame of subregion theory for supersaturated dissolved gas dissipation which was formed from last sponsored foundation, mechanical experiments and theoretical analysis will conducted on the micro level, by employing high-speed camera system, aeration measure system and dissolved gas measure system. The relations between bubble formation and developing characteristics, such as bubble concentration, scale, distribution and lifting velocity, and water body characteristics, such as dissolved gas supersaturation, pressure, embedded medium will be investigated as pioneers. Then the mechanism of the dissolved gas dissipation will be explored based on them. The critical condition for the bubble formation will be determined. The mass transfer mechanism of air bubble surface in dissolved gas supersaturation water will be investigated. And the calculated method for the wall sorption function of embedded medium in dissolved gas supersaturation water will be explored. Finally, an ultimate model of supersaturated dissolved gas dissipation will be proposed, whose key parameters are independent of analogy according to field or experimental results. The project extends the research about supersaturated dissolved gas from macro impact to micro mechanism. It is of great importance in improving the prediction of supersaturated dissolved gas and accelerating the study of mitigation measures. Also, it is of theoretical value and practical significance in developing eco-environmentally friendly hydropower projects.
高坝泄水会产生溶解气体过饱和并可能导致鱼类患气泡病甚至规模性死亡。过饱和溶解气体的释放过程受水深、流速、介质等众多因素影响,但其根本作用机制尚未探明。项目在已有过饱和溶解气体分区释放模型框架上,利用高速图像采集系统、掺气和溶解气体饱和度测量系统,从细观层面开展机理试验和理论分析,以溶解气体析出形成气泡及其发展特性(气泡密度、尺寸、分布、上浮速度等)与水体溶解气体饱和度、压力、植入介质等的关系入手探究过饱和溶解气体释放的根本机制。确定溶解气体析出发生条件,揭示溶解气体过饱和水体内气泡表面的气-液传质关系,探求植入介质壁面吸附作用的计算方法,建立不依赖于试验和原观成果类比确定参数的过饱和溶解气体释放模型体系。本项目研究将以往宏观层面探讨影响因素的研究拓展至细观层面的机理研究中,对于显著提高过饱和溶解气体预测水平,有效促进减缓措施研究,建设环境友好型水利工程具有重要的理论价值和现实意义。

结项摘要

高坝泄水会产生溶解气体过饱和并可能导致鱼类患气泡病甚至规模性死亡。过饱和溶解气体的释放过程受水深、流速、介质等众多因素影响,但其根本作用机制尚未探明,制约了过饱和溶解气体释放过程的深入认识和河库系统过饱和气体传输的精细模拟。项目研发构建利用减压环境生成TDG过饱和水体的新方法并构建了无多余掺气影响的过饱和TDG释放过程研究实验系统,实现了过饱和TDG特性研究实验手段的创新。解构过饱和TDG释放过程为自由液面水气传质、壁面TDG吸附和内部TDG释放等三个过程,针对关键的壁面吸附与内部释放过程提出了过饱和TDG释放系数的计算方法,完善了过饱和TDG释放预测方法。研究发现阻水介质的壁面材料属性是决定释放快慢的关键。致密类阻水介质表面粗糙度和接触角为影响过饱和TDG释放的关键因素,多孔类阻水介质比表面积和总孔容为影响过饱和TDG释放的关键因素。分别建立了致密类阻水介质面积吸附系数与接触角的定量关系和多孔类材料质量吸附系数与比表面积和总孔容的定量关系。提出了附壁气泡体积随时间变化过程以及不同相对真空度下的附壁气泡界面传质系数。建立了附壁气泡生消模型,揭示了附壁气泡生消规律与壁面对过饱和TDG吸附量之间的定量关系。在气泡二维图像处理的基础上重构气泡体积,以实现传质通量的计算。针对内部释放过程提出了过饱和TDG气泡界面传质通量与压力条件和TDG饱和度条件的定量关系,为精细的过饱和TDG生成、释放模拟提供关键参数的确定方法。结合鱼类耐受性研究成果提出了对过饱和TDG释放非恒定过程下的鱼类风险评估方法,量化了不同释放促进材料使用下的风险指数与鱼类致死度。项目研究将以往宏观层面探讨影响因素的研究拓展至细观层面的机理研究中,对于显著提高过饱和溶解气体预测水平,有效促进减缓措施研究,建设环境友好型水利工程具有重要的理论价值和现实意义。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Experiments about the removal of supersaturated total dissolved gas from water environment by activated carbon adsorption
活性炭吸附去除水环境中过饱和总溶解气体实验
  • DOI:
    10.1007/s11356-022-21181-2
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Youquan Yuan;Zhenhua Wang;Jingjie Feng;Ran Li;Xiaolong Cheng;Kefeng Li
  • 通讯作者:
    Kefeng Li
Field observation and numerical modelling of supersaturated dissolved gas at river confluence
河流交汇处过饱和溶解气体的现场观测和数值模拟
  • DOI:
    10.1016/j.ecolmodel.2022.110017
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Ecological Modelling
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Zhuo Chen;Jingjie Feng;Ran Li;Yuanming Wang;Fangjun Peng;Kefeng Li
  • 通讯作者:
    Kefeng Li
水坝泄水气体过饱和对鱼类影响及减缓技术研究综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    工程科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李然;李克锋;冯镜洁;王远铭
  • 通讯作者:
    王远铭
Experimental Study on the Effects of Vegetation on the Dissipation of Supersaturated Total Dissolved Gas in Flowing Water
植被对流水中过饱和总溶解气体消散影响的实验研究
  • DOI:
    10.3390/ijerph16132256
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Environmental Research and Public Health
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhenhua Wang;Jingying Lu;Youquan Yuan;Yinghan Huang;Jingjie Feng;Ran Li
  • 通讯作者:
    Ran Li
Mortality risk evaluation methods for total dissolved gas supersaturation to fish based on a mitigation measure of utilizing activated carbon
基于活性炭缓解措施的鱼类总溶解气体过饱和死亡风险评估方法
  • DOI:
    10.1016/j.watres.2022.119157
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Water Research
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    Youquan Yuan;Chonglin Wang;Jingjie Feng;Zhenhua Wang;Ran Li;Yuanming Wang;Kefeng Li
  • 通讯作者:
    Kefeng Li

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其他文献

过饱和TDG释放系数与泥沙含量的关系研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    人民珠江
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯镜洁;脱友才;黄文典;李然
  • 通讯作者:
    李然
鱼道内过饱和总溶解气体释放规律的试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王琳;冯镜洁;李然
  • 通讯作者:
    李然
过饱和TDG释放系数与泥沙含量的关系研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    人民珠江
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯镜洁;脱友才;黄文典;李然
  • 通讯作者:
    李然
Operational regulation of water replenishment to reduce supersaturated total dissolved gas in riverine wetlands
减少河流湿地过饱和溶解气体总量的补水运行调控
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Ecological Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁瑞峰;李然;冯镜洁;李克锋
  • 通讯作者:
    李克锋
Relationship investigation between the dissipation process of supersaturated total dissolved gas and wind effect
过饱和总溶解气体消散过程与风效应关系研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Ecological Engineering
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    黄菊萍;李然;冯镜洁;许唯临;王乐乐
  • 通讯作者:
    王乐乐

其他文献

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冯镜洁的其他基金

青藏高原辫状河流过饱和总溶解气体输运规律研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
植被作用下过饱和总溶解气体输移释放规律研究
  • 批准号:
    51409182
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    25.0 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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AI项目解读示例

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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