水平油水两相流复杂网络非线性动力学特性研究

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基本信息

  • 批准号：
    61104148
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    高忠科
  • 依托单位：
    天津大学
  • 学科分类：
    F0304.系统工程理论与技术
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2014-12-31

项目摘要

本项目在设计电学敏感原理传感器测量系统基础上，采用复杂网络理论研究水平油水两相流流动特性非线性动力学。利用天津大学油气水多相流模拟装置进行动态实验，采集水平油水两相流不同流型特征的电导及电容传感器测量波动信号；基于测量信号构建并分析两相流多尺度相空间复杂网络，从微观到宏观探索由层状流到波状流再到分散流演化过程中油滴生成及分离动力学机制；构建并分析两相流有向加权递归复杂网络，研究由局部分散到双分散再到全空间分散流型转化过程中油相与水相扩散动力学机制。本项目旨在促进多学科的交叉渗透和共同发展，通过复杂网络理论综合认识水平油水两相流复杂流动机制及非线性动力学演化行为，力求解释水平油水两相流流型的形成、生长及转化动力学现象，从而为两相流相间相互作用机理从微观到宏观认识研究提供新思想、建立新途径。

结项摘要

本项目以传感器优化设计和动态实验为信息采集基础，以复杂网络前沿理论为主线，开展多学科交叉研究，探索水平油水两相流流型的形成、生长及转化动力学机制，主要包含三部分内容：.1. 采用有限元方法对四扇区电导传感器和双螺旋电容传感器进行优化设计，硬件设计了传感器测量电路、数据采集与预处理系统和数据通讯接口，成功研制了一套基于四扇区电导传感器及双螺旋电容传感器的水平油水两相流空间流动信息获取测量系统。围绕新型传感器结构、传感器优化设计方法及测量系统设计申请国家发明专利3项。.2. 在天津大学检测技术与自动化装置国家重点学科多相流实验进行了水平油水两相流动态实验，并采用设计的传感器测量系统获取了具有不同流型演化特征的测量信号。提出多元多尺度相空间复杂网络分析理论，为复杂网络多尺度分析提供新思路。基于测量信号和复杂网络多尺度分析，在辨识流型的基础上分析不同尺度下各种子过程量化特征与两相流流型演化动力学关系，揭示了水平油水层状流失稳机制、层状流到分散流转化过程中油滴的生成与分离动力学机制。.3. 提出有向加权递归复杂网络分析理论、基于模态迁移的有向加权复杂网络分析理论和有限穿越可视图分析理论，丰富与发展了基于时间序列的复杂网络动力学研究理论。基于实验测量信号和复杂网络分析理论，揭示了由局部分散到双分散再到全空间分散流型转化过程中油相与水相的扩散动力学机制，研究发现液滴的破裂和聚合(液滴的稳定性问题)以及液滴的径向移动(液滴受力问题)直接决定着分散流型的生成与演化。该研究补充完善现有KH波不稳定性理论在水平油水两相流分散流演化机制研究中的局限性，丰富水平油水两相流分散流型转化动力学机制研究理论。通过对该项目的研究，研究成果整理发表为32篇标注本基金资助的SCI论文和在德国Springer出版的英文学术专著一部。

项目成果

期刊论文数量（36）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Multivariate multiscale entropy analysis of horizontal oil-water two-phase flow
水平油水两相流多元多尺度熵分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Physica A: Statistical Mechanics and its Applications
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Gao Zhong-Ke;Ding Mei-Shuang;Geng He;Jin Ning-De
  • 通讯作者：
    Jin Ning-De
Recurrence networks from multivariate signals for uncovering dynamic transitions of horizontal oil-water stratified flows
多元信号的递归网络揭示水平油水分层流的动态转变
  • DOI：
    10.1209/0295-5075/103/50004
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Europhysics Letters
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Gao Zhong-Ke;Zhang Xin-Wang;Jin Ning-De;Donner Reik V.;Marwan Norbert;Kurths Jürgen
  • 通讯作者：
    Kurths Jürgen
Characterization of horizontal gas-liquid two-phase flow using markov model-based complex network
使用基于马尔可夫模型的复杂网络表征水平气液两相流
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    International Journal of Modern Physics C
  • 影响因子：
    1.9
  • 作者：
    Hu Li-Dan;Jin Ning-De;Gao Zhong-Ke
  • 通讯作者：
    Gao Zhong-Ke
油水两相流水包油流型多尺度排列熵分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杜萌;金宁德;高忠科;朱雷;王振亚
  • 通讯作者：
    王振亚
油气水三相流段塞流不稳定周期轨道探寻
  • DOI：
    10.1103/physrevd.102.085006
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵俊英;金宁德;高忠科
  • 通讯作者：
    高忠科

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其他文献

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水包油气泡流实验信号的循环网络分析
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
    Physics Letters A
  • 影响因子：
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  • 作者：
    高忠科;张新旺;杜萌;金宁德
  • 通讯作者：
    金宁德
油水两相流水包油流型多尺度排列熵分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    金宁德;高忠科;朱雷;王振亚
  • 通讯作者：
    王振亚
Analysis of total energy and time-frequency entropy of gas-liquid two-phase flow pattern
气液两相流型态总能量及时频熵分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    杜萌;金宁德;高忠科
  • 通讯作者：
    高忠科
两相流流型复杂网络社团结构及其统计特性
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    高忠科;金宁德
  • 通讯作者：
    金宁德
Multi-scale cross entropy analysis for inclined oil-water two-phase countercurrent flow patterns,
倾斜油水两相逆流流型的多尺度交叉熵分析，
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    朱雷;金宁德;高忠科;宗艳波
  • 通讯作者：
    宗艳波

其他文献

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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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