三维分形聚集生长的计算机模拟

采用AGG模型(AggregationGenerationbyGenerationModel)在3种不同的近邻条件下和5种不同尺寸的网格中分别模拟了三维分形聚集体的生长过程,并计算了相应的逾渗阈值和分形维数。计算结果表明,分形聚集的逾渗阈值仅取决于空间维数和近邻条件,与模型的网格大小无关,是分形系统固有的临界属性。生长概率等于逾渗阈值时,聚集体可以无限生长并保持分形维数恒定;此时,分形维数只是空间维数的函数。     

煤颗粒热解过程中孔隙分形维数变化的数值模拟

为研究煤粉热解过程中孔隙分形维数的变化规律,更好地预测煤焦的燃烧行为,建立了基于颗粒分形孔隙的热解模型,对煤颗粒热解过程中孔隙分形维数的变化进行数值模拟.模型生成的颗粒在孔隙分形维数、孔隙率和颗粒密度方面与真实的煤粉颗粒相同.模型中采用官能团的裂解来描述热解中的化学反应,颗粒的膨胀由气体压力造成,热解模拟条件与沉降炉的实验条件相同.与实验结果相比,数值模拟能够定性地反映煤粉热解过程分形维数的变化规律.     

固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性

采用数值计算的方法,通过求解描述低速流体流动的Stokes方程以及简化的颗粒运动方程,初步得到颗粒在逾渗多孔介质中的运动轨迹,并在此基础上,求得颗粒与多孔介质内表面的碰撞概率,进而研究颗粒的被吸附特性.数值结果表明均匀多孔介质和分形多孔介质对颗粒的吸附存在本质差异.颗粒流出概率(实际中常表示为出口悬浮液中的颗粒浓度)与多孔床深度间的指数关系仅对均匀多孔介质成立,而对分形多孔介质并不成立.     

材料损伤断裂的分形模型

研究了脆性断裂的物理过程，指出断裂裂纹具有类似逾渗现象的分维特征。在对比 分析几种关于材料损伤断裂的分形模型后，提出了关于韧脆性断裂的统一的分形模型。     

电致发光屏界面的阻抗谱和分形研究

采用电学方法测量ZnS:Mn,Cu DCEL粉末屏的复阻抗谱,运用多节RC等效电路、逾渗理论和自仿射康托体分形模型,分析EL屏界面和发光区在形成或老化过程的变化,认为逾渗相变形成发光区,发光区导电相分布具有分形特征,发光区内铜离子进一步迁移导致老化,老化屏发光区分维值趋于2。     

分形子动力学及分形子对固体输运性质的影响

综述了逾渗系统的统计分形性质、逾渗网络的动力学，分形子概念的引入及其特殊的态密度，色散关系和超局域的性质，分形子存在的实验证据以及研究分形子的。讨论了分形子（振动分形子或磁分形子）对金属玻璃中的类近藤效工对稀释磁体中电输运、半导体中激子驰豫动力学、分形结构导体的转变温度、正常态电阻温度关系及分形子超局域化的语气等问题进行了研究。     

二维格子逾渗结构多孔介质渗透率的研究

通过对2万个不同随机结构直接求解Stokes方程,研究格子逾渗结构多孔介质中低Reynolds数流动渗透率的随机分布特性和标度律关系的结果表明,分形多孔介质渗透率与宏观上统计均匀多孔介质渗透率之间存在着本质差异.对Darcy定律适用的宏观上统计均匀多孔介质,渗透率趋于常数,与系统尺度和具体结构无关;而对分形多孔介质,渗透率依赖于系统尺度和具体结构,其统计分布呈X2分布.在逾渗的临界点附近,多孔介质中的流动渗透率和电导率具有相同的标度律关系,不同精度的计算网格之间不存在本质的差异.     

煤和矸石颗粒冲击破碎概率差异的分形行为

为揭示煤和矸石颗粒冲击破碎概率差异的内在机理,以冲击破碎概率分形模型为基础,对3个矿区的矸石颗粒进行冲击破碎实验,并与相同矿区内煤颗粒的冲击破碎实验结果进行比较。研究结果表明:粒度在50~100 mm内的矸石颗粒冲击破碎概率与冲击速度在对数坐标中呈线性关系,符合其分形模型;对同一矿区,由于煤和矸石颗粒的来源和物理机械性质不同,矸石颗粒的分形维数和破碎常数均小于煤颗粒的分形维数和破碎常数;在相同冲击速度下,矸石颗粒的冲击破碎概率小于煤颗粒的冲击破碎概率,并且存在最优冲击速度使二者的冲击破碎概率差值最大。     

逾渗模型阈值附近的非线性特性

逾渗阈值附近非线性的特性有着极大的探索空间，文中对不同孔隙通道联结率下的逾渗规律进行了分析.在渗流阈值附近，一些新的现象在模拟中被发现：（1）其压力分布类似自然流域地形分布，而全部联通时压力分布类似平缓的斜坡；（2）流体微团的扩散特性受结构影响很大，逾渗阈值附近流体微团的穿越时间分布有一个非常长的拖尾.结构上的自相似性使扩散过程也表现出标度特性（自相似性），在看似随机的扩散过程中，蕴含了一定的“秩序”；（3）扩散密度函数具有不同空间尺度上的自相似特征，非常类似大自然中1/f 噪声和多重分形时间序列.     

逾渗理论及聚合物脆韧转变逾渗模型

在介绍逾渗理论的历史发展及其描述方法的基础上,总结了聚合物共混体脆韧转变(BDT)中的逾渗模型的提出、发展及应用。并指出对BDT逾渗模型的进一步研究具有很明显的科学意义和实际意义．提出了可深入着手研究的五个方向,即建立系列聚合物和系列共混体系的逾渗模型、将其宏观性能与组分特征参数建立联系、展开脆韧转变的逾渗理论的过程研究、进行纳米共混物脆韧转变的逾渗研究以及聚合物体系逾渗过程的计算机模拟．     

基于等效基质颗粒模型的自调节效应孔渗计算方法

考虑煤层气吸附-解吸过程,提出等效基质颗粒模型,将等径颗粒正排列模型与煤层气解吸结合,建立考虑基质收缩的孔渗计算数学模型,与传统的应力敏感公式相结合得到自调节效应下的孔渗计算式。通过给定不同煤阶储层基本参数,计算分析基质收缩和自调节效应条件下不同煤阶储层的孔渗变化规律。结果表明,在相同生产压差条件下,基质收缩对高煤阶储层孔渗变化幅度的影响最大,中煤阶储层次之,低煤阶储层最小。低阶煤层算例计算结果表明该方法具有可行性。     

大隆煤升温氧化时煤表面的介观特性

采用内置样品电加热装置的原子力显微镜对低温氧化过程大隆矿-390 m煤样表面形态进行实验观测,得到不同氧化温度下煤表面形态特征.根据分形理论的功率谱密度法计算煤表面的分形维数,并进行了分析.结果表明,不同氧化温度下煤表面的分形维数值都在2～3,煤低温氧化过程符合一定的分形规律,随着氧化温度的增加,表面分形维数呈增大趋势,表明分形维数的大小可以反映煤氧化的不同程度.而采用原子力显微镜结合分形理论研究煤自燃氧化的微观结构的变化是一个新的研究途径.     

煤粉燃烬性能与颗粒结构分维的关系

为研究煤颗粒结构与燃烬性能的关系,进行了煤粉动态燃烧试验·采用分形几何理论定义了颗粒结构分维Ds,以描述煤粉颗粒结构特征·几种煤的结构分形维数计算表明:煤粉的颗粒分维数与煤种有关·总体上,烟煤的分维数大于无烟煤·煤燃烬性能主要与煤挥发分产率有关,Ds的数值体现了颗粒结构对煤粉燃烧性能的影响,即煤的化学成分接近时,颗粒结构分维数大的煤粉其燃烧率高·煤岩组成类型、含量是影响煤粉结构分维的主要因素·     

煤岩超微孔隙结构特征及其分形规律研究

煤岩超微孔隙结构对煤的吸附和强度性能起到非常重要的决定作用.为了对其进行精确测定,采用了高精度压汞仪对来自8种不同硬度的煤样进行压汞法实验,测定得出超微孔隙结构的所有特征参数.根据压汞法基本原理和分形几何学理论建立了切合实际的煤孔隙分形维数计算模型,利用孔隙特征参数计算出各硬度的孔隙结构分形维数.研究发现:煤孔隙结构具有很好的分形特征,煤体越松软,分形性越好,用分形规律研究煤岩孔隙结构越精确;随着煤体硬度的增加,孔隙分形维数不断降低,煤体抗压强度不断增大;建立硬度与孔隙分形维数之间的定量关系式,可以用硬度定量描述煤的吸附性和抗压强度.研究结论对于煤层瓦斯的运移、瓦斯抽放以及瓦斯突出均有着极为重要的意义.     

水处理絮凝过程动力学的分形成长模型

为探究絮凝体微观形态结构、混凝机理及动力学过程,分析了传统絮凝模型的假设与试验结果相矛盾的问题,阐述了絮凝体分形生长模型、絮凝动力学模型和分形絮凝体破碎模型等典型絮凝分形模型的特点与应用条件.絮凝体分形生长模型是研究形成结构致密絮凝体途径的基础;絮凝动力学模型的研究使颗粒碰撞频率函数更适于数值模拟;絮凝体破碎模型对混凝工艺运行条件控制,以及絮凝剂优选和絮凝设备优化等有实际指导意义.絮凝模型拓展研究应以定量描述絮凝体的形态和结构为重点.     

基于分形方法的煤炭研磨颗粒粒度分布模型

为了预测并控制煤炭在研磨过程中任意时刻的颗粒粒度分布,利用分形方法建立了表征煤炭研磨颗粒粒度分布动态变化的颗粒数分布模型、颗粒表面积分布模型和颗粒质量分布模型.颗粒数分布模型直观地描述了颗粒粒径主要存在的范围;颗粒表面积分布模型可以用来研究研磨过程中能耗的变化;颗粒质量分布模型可以用来计算研磨颗粒的堆密度和成浆浓度.通过分形粒度分布与实际粒度分布的比较,验证了模型的正确性.     

单颗粒煤/氧反应动力学分形模型推导

在多孔介质缩核反应模型基础上,运用分形理论建立了单颗粒煤/氧反应体系的分形动力学模型.分别推导吸附膜控制、氧化煤层扩散控制和表面反应控制3种状况下的反应时间和转化率表示的动力学方程.分析了煤粒的表面分形维数对反应过程的影响.结果表明煤粒表面分形维数越大,反应时间越短,氧化效率越高.对模型的推广和应用进行了讨论,针对不同的体系,只需对边界条件和体积单元稍加变化,即可适用于大多数多孔分形介质的气-固反应.     

煤燃烧过程中颗粒表面的特性

利用不同的方法计算不同阶段半焦颗粒的表面分形维数,讨论了各种方法之间的差异,并利用簇分析对半焦颗粒表面SEM图像的孔洞进行重构,计算出不同燃烧阶段半焦表面颗粒孔洞分形维数,揭示了燃烧过程孔洞的生长过程.研究表明,利用这些方法可以获得SEM图像定量信息,有利于进一步研究煤颗粒燃烧这一复杂过程.     

液态法制备复合材料的多组分伪势LBM模拟

采用修正的多组分伪势模型(EFM)模拟了液态法制备金属基复合材料过程中多孔介质内的浸渗过程,研究了黏度比(M)、壁面润湿性、雷诺数(Re)、孔隙率以及不同分形结构对浸渗过程的影响.结果表明:黏度比越大,浸渗饱和度(S)越低、浸渗时间(t)越短,并且M90时,黏度比对饱和度和浸渗时间影响可忽略不计,此时接触角的影响较小; Re越小,浸渗饱和度越高、浸渗时间越长,同时壁面润湿性的影响越大;当入口Re一定时,孔隙率越小,分形多孔的渗透率越低,由于孔隙分布不均,造成流体在局部优先浸渗,导致浸渗时间减少、饱和度降低;对不同的分形多孔介质,壁面润湿性的影响有着明显的差异,对A类(标准分形)和C类(固体骨架偏右)的多孔介质,接触角(θ)越大,饱和度越低、浸渗时间越短;对B(固体骨架偏上)和D类(固体骨架偏左上)分形多孔,随接触角的增大,饱和度和浸渗时间均呈现先增加后减小的趋势,并且在接触角小于90°的区间内出现极值.     

跳跃电导的一种逾渗模型

本文用逾渗理论方法,研究了非晶材料中电子跳跃电导率σ与分数维d_f之间的关系,并指出在此电子输运过程中,费米能级附近的电子定域态分布有可能呈分形特征。