0　引言

生物气溶胶是指悬浮在气体介质中粒径为0.001～10 μm的生物固态微小粒子形成的稳定分散体系[1-2]。生物战剂的气溶胶态传播是一种非常重要的扩散和传染模式，同时生物战剂具有致病剂量小、隐蔽性强、致病突然等特点[3]，因此快速准确的生物气溶胶检测预警在战时的生物攻击防御与处理，平时的生物恐怖防范等诸多领域都具有重大现实意义[4]。

20世纪两个著名案例是苏联在斯大林格勒使用土拉弗朗西斯氏菌和美国在越南的生物战[5]，前者使德军大大减员，后者使越南国民经济陷于崩溃的境地。进入21世纪以来，各国对于生物武器的重视更是不断加强。目前很多国家都已经拥有包括吸入型炭疽杆菌、鼠疫杆菌[6]、肉毒毒素、破伤风毒素[7]在内的多种生物战剂。生物恐怖袭击也是恐怖分子进行破坏活动的首选手段之一。如何应对生物恐怖袭击将成为当前一个时期里亟待解决的问题[8-9]。

表7显示了职前教师在“空气质量问题”与其教学设计方案的成绩之间的关系．对于职前数学教师来说，“空气质量问题”各小题与其教学设计方案的成绩之间均具有较高的正相关性（P<0.05），这表明职前教师在教学设计方案上得到的分数越高，其在“空气质量问题”中的得分也越高．从而，在一定程度上支持了这样的假设，即教学设计方案较好的职前教师，其对教学设计内容的数学本质的把握也较好．

生物气溶胶监测仪是一种小型的可携带式报警器，可以实现生物气溶胶战场的快速检测。该类检测装置的工作原理是基于单粒子弹性散射光分析技术和荧光分析技术联用实现的对生物气溶胶粒子的检测[10-11]。前者是利用光的米氏散射(Mie Scattering)。由于光在均匀介质中沿直线传播，当其传播方向上存在气溶胶粒子时，两者会因发生相对作用而导致光束行为改变，通过定量分析光束行为变化判断被测气溶胶粒径特性。后者则是利用生物气溶胶粒子中包含的荧光物质(氨基酸、维生素B2、酶)在特定光源照射下产生斯托克斯位移[12]。

目前，可以实现生物气溶胶快速准确检测的检测仪主要是国外的机器：美国Thermo Fisher公司的PDR-1500，TEOM1405-DF，美国TSI公司的3070A-EAD等(如图1、图2所示)，可测量0.6～10 μm粒径范围的气溶胶微粒。国内的检测仪精度上与上述仪器尚存在一定距离。

图1　3070A-EAD Figure 1　3070A-EAD

图2　PDR-1500 Figure 2　PDR-1500

图3　气溶胶单粒子粒径测量原理示意图 Figure 3　Principle diagram of the measurement of single aerosol particle size

生物气溶胶监测仪的气溶胶检测原理如图3所示。风机作为系统的动力源，为系统进行气溶胶样本的采样提供稳定的负压动力，配合气流约束结构能够使样本流以受控状态进入检测系统中，迫使受测气流沿着特定流道进入检测系统。光源提供稳定的入射电磁场，当入射光子与样本气流中裹挟的气溶胶粒子发生碰撞后，会产生相应的弹性散射场和荧光散射场。此时，这些表征着被测粒子物理参数和生物活性的场强信号经收集被光电探测器所接收，通过累积每个气溶胶粒子激发的米氏散射与生物荧光信息对当前环境气溶胶浓度及粒径分布实现实时监测。在此过程中，若喷嘴结构对样本流的约束能力差，粒子可随意进入检测区，这时并列运行的粒子会相互遮挡，从而对检测精度产生影响。因此，对粒子的约束能力是这种检测手段的核心要素之一。

根据2.2节的结果，采纳样本速度9 m/s，鞘气速度1.4 m/s，长出口针的条件，对出口不同流量大小进行仿真，如图10可知，在出口流量为1 L/min、2 L/min、5 L/min、10 L/min时，鞘流在检测区的分布不稳定，而且在流量为2 L/min、5 L/min时，出口段的样本流分布弯曲，间接说明其在聚焦段的分布紊乱。而流量为2.83 L/min时，聚焦段鞘流分布稳定，样本流窄，出口段的气流分布良好。所以当流量为2.83 L/min时，测量腔内以及出口气流最稳定。

探究不同流量(1 L/min、2 L/min、2.83 L/min、5 L/min、10 L/min)时聚焦效果的不同,以及喷嘴的形状(扁口、圆口)与直径对聚焦效果的影响。

后期疫情防治工作的重点。商品活猪调运仍旧严格限制，严格管理调运车辆，查处生猪违规交易和违规跨省外调；防控境外疫情再次传入；保障区域猪肉供给；完善问责制度。

图4　液力聚焦的结构 Figure 4　Structure of the hydraulic focus

1　材料与方法

1.1　鞘气聚焦结构原理

针对本文研发的生物气溶胶监测仪，其鞘气聚焦原理如图5所示，在气路中加入鞘气旁路，鞘气旁路单独设计有鞘气入口。被测环境中的气溶胶样本在负压风机的作用下从鞘气入口和样本流入口进入气路，鞘气流经高效过滤器形成洁净气体并随管路环形包裹在样本流外层。鞘气在脱离管壁约束后的检测区会继续以层流形式包裹压缩样本流流经测量光斑，使光区体积减小。鞘气和样本气流的流速比可以由负压风机、微型电动阀和差压传感器实现精确闭环控制。

在仿真实验中，为减小因结构复杂导致网格质量下降从而引起较大实验误差，将仿真结构简化为图5(b)。仿真实验中，样本流与鞘流设定为洁净空气，在25℃经样本流入口与鞘流入口进入喷嘴，脱离喷嘴后鞘流继续包裹样本流通过检测区，最后通过出口针流出腔室结构。

图5　鞘气聚焦原理 Figure 5　Principle of the sheath gas focus

式中:ρ是流体密度;v是流体速度;μ是流体的黏性系数；D是特征长度。对于不规则管路，特征长度D可以表示为[15]：

(1)

鞘气聚焦原理的理论基础是层流模型和相关工程热力学知识。在流体力学中常使用雷诺数(Reynolds number,Re)来表征流体流动情况的无量纲数[14]：

(2)

式中:a表示约束管路(喷嘴部分)的截面积;p表示管路的润湿周长。对于图5(a)的结构而言，设定管路截面为规则圆形，样本流截面和鞘气流截面的润湿周长p1和p2表达式分别为[16]：

(3)

将式(2)与式(3)应用到图5(b)，根据气路的工程设计和气流通量，在本研究中，喷嘴内口直径d1=1.5 mm，外口直径d2=4.5 mm；本文涉及实验中对应样本流与鞘流最大速度分别为v1=9 m/s，v2=4.5 m/s；鞘流与样本流的流体密度ρ=1.29 kg/m3；空气在常温(20℃)下的黏性系数μ=18.1×10-6 kg/(m·s)。根据上述参数计算在管路内流动的鞘气和样本气流的雷诺数分别为：Resample=997.8，Resheath=1 924.2。流体力学中通常认为层流和湍流的下临界雷诺数Rec=2 000～2 600，由此可知在管路中的鞘气和样本气流雷诺数均小于临界雷诺数，可以认为处于层流状态，不会出现明显的不规则运动，可以在混合后短时间形成包裹状态。

我妈摁着我的脑袋向小三道歉，她的手指深深掐进我的肉里，我把嘴唇咬破了就是不肯吭声，她的巴掌就这么落在我背上，打着打着她就哭了。

随着高校学生党建工作的进一步开展，学生党组织也开始了全面的建设工作，在学校的党组织工作中发挥着越来越重要的作用。学生党组织的作用日益增强，并且学生党组织在组织各项党员活动的过程中起到了重要的作用，使更多的学生能够通过参加学生党组织，充分认识到党组织的作用，从而自愿加入中国共产党。[3]同时学生党组织在举办学生党员活动的过程中，起到了良好的带头作用，使更多的学生通过不断努力，向榜样学习，提高自身的能力。

1.2　实验因素的选取

根据2.3节的结果，采纳样本速度9 m/s，鞘气速度1.4 m/s，长出口针，流量2.83 L/min的条件，对圆、扁口喷嘴进行仿真，如图11所示。根据结果，使用扁口喷嘴时在检测段鞘流发生了喷射，检测段气流紊乱，而圆口对气体收束效果更好。

图6　两种出口针 Figure 6　Two kinds of export needles

探究鞘流样本流的速度(v样=9 m/s，v鞘=3 m/s；v样=9 m/s，v鞘=4.5 m/s；v样=9 m/s，v鞘=1.4 m/s；v样=9 m/s，v鞘=0)对聚焦效果的影响。

探究生物气溶胶监测仪不同的出口针设计对聚焦效果的影响。

鞘气结构是类比液力聚焦流式细胞仪技术的一种结构。如图4所示，在流式细胞仪的流动室结构中，样本液与鞘液以一定的速度通过检测区域，可以使样本液流道变窄，从而达到收束样本流的目的。同时鞘液为纯净水，不会对样本液造成污染[13]。而生物气溶胶监测仪的检测区域检测原理与液力聚焦类似,所以本研究引入鞘气结构，使用洁净空气对样本流进行约束，探究其是否能够实现液力聚焦相似的效果。

1.3　流体力学仿真

首先根据设计，使用SolidWorks软件画出仿真原图，并使用ICEM绘制网格(如图7所示)，再通过流体力学软件ANSYS的Fluent对网格进行处理。观察不同条件下测量腔结构对样本流的收束情况，找出最佳的组合，为实验提供理论依据。

图7　部分网格仿真原图 Figure 7　Diagram of part of the mesh simulation

1.4　实验设计

首先，在保证出口流量(鞘流、样本流之和)为2.83 L/min的前提下，分别对4组样本速度与鞘气速度进行仿真：样本速度9 m/s，鞘气速度3 m/s；样本速度9 m/s，鞘气速度4.5 m/s；样本速度9 m/s，鞘气速度1.4 m/s;无鞘气，样本速度9 m/s。观察样本流与鞘流速度分布情况。

This girl is from China.This man is from England.They are going to get married.What should I do?

为验证生物气溶胶监测仪结构的优化对样本流的约束效果的影响，对测量腔内气流分布情况进行了仿真。使用ANSYS公司的Fluent软件，检查网格质量，以压力基模型对网格文件进行有限元分析，设定样本模型为层流，出口压力设为标准大气压，迭代残差设为10-6，进行迭代计算。分别对鞘流和样本流的比例、出口针的长短、流量大小、喷嘴的截面等因素进行仿真实验。

然后在保留聚焦样本流最佳的样本流与鞘流速度的前提下，分别对测量腔使用长出口针与短出口针时的气流速度分布进行仿真，观察样本流与鞘流速度分布情况。

之后在保留聚焦样本流最佳出口针的前提下，分别对5组不同出口流量进行仿真：1 L/min、2 L/min、2.83 L/min、5 L/min、10 L/min，观察样本流与鞘流速度分布情况。

最后保留聚焦样本流最佳流量的前提下，分别对测量腔使用圆喷嘴与扁喷嘴时的气流速度分布进行仿真，观察样本流与鞘流速度分布情况。

2　结果与分析

2.1　样本流与鞘流在不同流速下的仿真结果

速度在保证出口流量为2.83 L/min的情况下，对样本流速度9 m/s，鞘流速度3 m/s；样本流速度9 m/s，鞘流速度4.5 m/s；样本流速度9 m/s，鞘流速度1.4 m/s；无鞘流，样本流速度9 m/s这4组速度条件下进行仿真，如图8所示。经过对比发现，样本流速度为9 m/s，鞘流速度为3 m/s时，检测段(喷嘴与出口针之间)的样本流的流道直径过宽；样本流速度为9 m/s,鞘流速度为4.5 m/s时，检测段与出口针之间速度过渡极差且气流紊乱；无鞘流时，样本流在检测段过宽且出口段气流紊乱。而流量为2.83 L/min，样本速度9 m/s，鞘气速度1.4 m/s时聚焦段鞘流分布稳定，样本流在检测段直径最小，出口段的气流分布良好，对样本流的约束效果最好。

图8　不同样本流与鞘流流速的气流分布情况 Figure 8　Flow distribution of different velocity of sample flow and sheath flow

2.2　不同长短出口针下的仿真结果

根据2.1节的结果，采纳样本速度9 m/s，鞘气速度1.4 m/s，对长短出口针的气体流动情况进行仿真，如图9所示。发现使用短出口针时，气流在检测区非常紊乱，并且检测区与出口针之间的流速过渡状况很差，而长出口针结构的约束效果要比短出口针好。

图9　不同长度出口针的气流分布情况 Figure 9　Flow distribution of different length of export needle

2.3　不同出口流量下的仿真结果

本研究通过对生物气溶胶监测仪进气口、出气口直径大小，进气口形状等参数进行优化，并引入鞘气结构，使用洁净空气对样本流进行约束，可以减小样本流的宽度，达到提高检测精度的目的。

图10　不同出口流量的气流分布情况 Figure 10　Flow distribution of different outlet flows

2.4　喷嘴形状的影响

根据上文所述，对样本流中粒子的约束能力是这种检测手段的核心要素之一。基于此，本研究设所涉及实验因素应包括鞘流样本流流速、喷嘴形状、出口针尺寸以及出口流量，设计的部分腔室结构SolidWorks三维图如图6所示。

以全域土地综合整治为抓手 助力乡村振兴战略的绍兴探索与思考（陈伟军）..............................................11-30

同样的道理，我们假设因素A没有影响，那么剩下的变异便是随机变异SSE，数据结构见表3。此时，总变异部分。最后，我们通过表1-表3的对比发现，表2和表3的数据相合并正好等于表1的原始数据。这就间接地证明了SST=SSA+SSE。由此可见，基于应用的《体育统计学》教学模式的优点是直观思维，避开公式推导，让每一步分解都具有实际意义。即使是数理基础不好的初学者，也能很快掌握方差分析方法的精髓。

图11　不同喷嘴形状的气流分布情况 Figure 11　Flow distribution of different nozzle shapes

3　讨论与结论

生物战剂的气溶胶态传播是一种非常重要的扩散和传染模式，使用生物气溶胶监测仪可以实现对生物气溶胶的快速检测。腔室结构对粒子的约束能力是该技术的核心要素之一。

本文针对生物气溶胶监测仪的腔室结构中的喷嘴形状、出口针长短、出口流量等因素设计了4组不同的参数并类比液力聚焦技术引入鞘气结构设计仿真实验。

从实验结果分析看，鞘气结构、喷嘴形状、出口针长短、出口流量4种因素对聚焦效果有显著性影响。鞘气聚焦结构的引入可以增强对样本流的约束效果，但是若速度过快，则鞘气本身也会迅速扩散到腔室之中，不能有效地聚焦样本流。而扁口喷嘴由于入口是圆形，出口是椭圆形，鞘流在喷嘴内由于喷嘴结构的变形会存在一定的速度偏移，从而导致在检测段发生喷射；而圆口喷嘴可保证鞘流稳定进入检测区。短出口针结构聚焦效果不好的原因，可能是出口针过短导致样本流与鞘流在检测区扩散时间过长，从而影响了鞘流对样本流的收束效果。出口流量大小要适度，过小会导致样本流与鞘流在腔室内扩散时间过长，过大会一定程度影响气流的稳定性。在本实验中，v样=9 m/s，v鞘=1.4 m/s，使用圆喷嘴、长出口针，出口流量为2.83 L/min时，测量腔对样本流的收束效果最好。

本文通过对生物气溶胶监测仪的优化，显著提高了其鞘气聚焦腔室结构的检测精度，为该类装置的性能优化提供理论依据，可使得生物气溶胶监测仪在进一步小型化、便携化的同时，实现对生物气溶胶的可靠监测。

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钻头在钻进过程中，井底流场分布对于切削齿的冲洗、冷却以及岩屑的运移至关重要。借助计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)分析的手段对新型扩孔钻头的水力特性进行仿真分析[13-15]。

(5)患儿哭闹:护理人员在在患儿哭闹时,可根据经验判定哭闹是进食需求还是排便需求所导致的,并使用相应对策。若患儿情绪不佳产生哭闹行为,护理人员应温柔、亲切地安慰患儿,轻拍患儿背部增加其安全感,消除不安。