层流水槽中藻细胞输运及附着实验研究

发布时间：2017-06-29 08:15

  本文关键词：层流水槽中藻细胞输运及附着实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国提出向深远海发展的目标,涉海工程必将飞速发展。涉海工程设备受海洋生物附着的问题将更加严峻。解决此类问题的起点在于研究浮游动植物进出并驻留物体表面的机制,即近壁区域,特别是边界层附近海洋浮游生物的输运规律,以及受壁面结构的影响。解决问题的关键除了颗粒物质输运,还需要耦合生物体本身的水动力学特性以及生物运动的特征。本研究就解决上述问题建立了实验研究的系统和方法。主要内容包括：以圆筛藻细胞为模型浮游生物,运用先进的实验技术对该现象进行定量的实验观测,以期获得藻细胞在设定流动结构中的输运规律。主要内容和结果如下：(1)建立符合流体力学理论的层流水槽实验室模型,并综合考虑生物实验和光学测量的要求。所建立的层流水槽可以实现对均匀流动和近壁区流动的模拟。雷诺数239。实验观测截面尺寸为350mm x 30mm x 20mm,边界层厚度约3mm,远大于藻细胞直径50um。(2)建立数字全息图像测量系统实现对三维流场内颗粒/藻细胞运动的定量测量和分析。根据选用镜头的不同,观测体积分别为3mm x 3mm x 20mm和6mm x 6mm x 20mm。采样频率150Hz。(3)分别通过实验研究定量测量50um的示踪颗粒与圆筛藻细胞在不同的流动区域的输运,包括空间定位,位移,速度,轨迹形状等。记录和识别圆筛藻的姿态变化过程并与背景流场性质相结合。(4)圆筛藻的密度大于背景海水样品,在低速输运过程中凭借重力向壁面接近。在均匀流动中的轨迹为线性,而在近壁区速度梯度场内的轨迹为曲线。姿态变化较明显。
【关键词】：数字全息 层流水槽 圆筛藻 输运
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q949.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1. 前言10-20
• 1.1 研究意义10-13
• 1.2 课题研究现状13-16
• 1.2.1 与生物行为有关的环境流场的实验室模拟13-15
• 1.2.2 浮游生物运动测量技术(粒子图像测速技术(PIV))发展过程15
• 1.2.3 边界层颗粒的输运进展15-16
• 1.3 模型浮游生物的选取16-18
• 1.4 本文研究目的及主要内容18-20
• 1.4.1 本文研究目的与内容18-19
• 1.4.2 本文的创新点19-20
• 2. 实验所用基本原理简介20-31
• 2.1 流体的运动表示方法20-22
• 2.2 边界层流动规律22-24
• 2.3 数字全息技术24-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3. 层流背景流场的产生和校准31-39
• 3.1 层流流动的实验室实现31
• 3.2 水槽试验段的设计31-34
• 3.3 流动驱动设备的选择34-35
• 3.4 水槽流动的理论模型与数值模拟35-37
• 3.5 层流水槽系统的流动测量与稳定性校核37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4. 示踪颗粒水槽流动输运规律39-48
• 4.1 实验准备39
• 4.2 实验设计与实验过程39-41
• 4.3 实验数据处理41-47
• 4.3.1 实验数据的提取与初步处理41-42
• 4.3.2 实验数据处理与三维流场模型的建立42-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5. 圆筛藻在层流水槽中输运规律48-61
• 5.1 圆筛藻的水力学特性48-50
• 5.2 实验准备与实验过程50-52
• 5.2.1 实验准备50-52
• 5.2.2 实验过程52
• 5.3 实验数据提取与处理52-54
• 5.3.1 圆筛藻的全息再现52-53
• 5.3.2 圆筛藻的形态测量53-54
• 5.4 圆筛藻输运规律54-60
• 5.4.1 流场中心区域的圆筛藻54-56
• 5.4.2 边界层附近区域的圆筛藻56-58
• 5.4.3 圆筛藻在壁面的滑移58-59
• 5.4.4 圆筛藻在水槽中输运总结59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6. 文章总结与展望61-63
• 6.1 本文总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 个人简历67

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本文编号：497169