土壤分形与土壤粘附

土壤对外表面的粘附性是土壤的动力学性质之一。土壤的诸多性能呈现分形特征。本文综合了介绍土壤颗粒尺寸分布分形和土壤颗表面分形特征及其对土壤粘附的影响。分析表明土壤与固体表面的粘附力随着土壤颗粒尺寸分布分形维数和土壤颗粒表面分形维数增大而增大,土壤的这两种分形维数一定程度上反映了土壤的粘附性。     

基于CVODE求解器的饱和-非饱和土壤水分运动数值模型

为研究地表滴灌条件下的土壤水分分布特征和运动规律，构建了基于二维Richards方程的土壤水分运动数值模型TIVS（TsinghuaIntegratedVariablySaturatedsoilwatermovementmodel）．将Richards方程空间半离散后利用CVODE常微分方程求解器进行求解，改进了地表滴灌积水动边界的处理方法，提高了数值求解稳定性和计算效率，模拟结果能保持良好的水量平衡．数值模拟检验和试验验证结果表明，模型具有较高的模拟精度，可用于地表滴灌复杂边界条件下的土壤水分运动长期模拟．     

海杂波频谱的多重分形特性分析

本文主要研究海杂波频谱的多重分形特性并分析其影响因素．首先介绍了将多重分形理论引入到海杂波频谱分析中的理论基础，然后，采用X波段与S波段相参雷达实测数据验证海杂波频谱的多重分形特性，并采用多重分形去趋势起伏分析（MF-DFA）法对海杂波频谱进行多重分形特性分析、分析结果表明海杂波频谱是一种受长程相关性和概率分布共同影响的多重分形序列，并且频域多重分形参数广义Hurst指数对海杂波单元与目标单元具有一定的区分能力．此外．通过分析广义Hurst指数的影响因素还发现FFT时所采用的时间序列长度对广义Hurst指数影响相对较大，而FFT点数对其影响相对较小．     

炭／炭复合材料微观孔隙结构演化的分形特征

提出了一种用分形理论研究炭／炭（C／C）复合材料制备过程中孔隙演化特征的新方法．基于压汞测试数据，根据海绵分形模型及热力学关系模型导出的多孔介质分形维数计算公式，计算了致密化各阶段C／C复合材料孔隙的分形维数，并研究了分形维数随孔隙演化过程的变化规律．结果表明C／C复合材料属于多孔分形介质，孔隙分形维数随孔隙率的减小而增大，但同时受到热解炭织构形态的影响，从各向同性到高织构热解炭，分形维数减小．分形维数综合反映了C／C复合材料内部孔隙的复杂程度和热解炭的形貌特征，是监控C／C复合材料致密化过程中孔隙演化的一个有效参数．     

共轨柴油机燃用生物柴油的排气颗粒粒径分布及核态纳米颗粒生成机理研究

在新一代轿车用共轨柴油机上对生物柴油及柴油燃烧排放的颗粒粒径分布和纳米颗粒的生成机理进行了研究．试验结果表明，柴油机的颗粒粒径分布为双态分布：核态和聚集态，基本以50nm为分界线．在2000r／min，50N．m工况下，颗粒粒径分布为单一的聚集态分布，当转矩超过100N．m后，颗粒粒径分布从单态转化为双态分布．对于本试验中的生物柴油混合燃料，当燃料混合比小于60％，发动机高负荷下其粒径分布也为双态，相同条件纯生物柴油的颗粒粒径分布仅为单一聚集态．低负荷时，对比所有燃料的颗粒粒径分布都为单一聚集态．生物柴油混合燃料可以明显降低柴油机的聚集态颗粒数量浓度．而颗粒中核态纳米颗粒的形成可解释为随着负荷的增大，燃料的耗油量和排气温度的上升，燃烧生成的SO2被氧化催化器转化为SO3，其水化物硫酸的形成促成了核态纳米颗粒的形成．所以生物柴油混合燃料的硫含量决定带有氧化催化器的轻型柴油机的纳米颗粒的形成和数量．     

稀相气粒两相流中亚网格尺度涡对颗粒扩散影响的LES／FDF模拟

本文基于颗粒扩散率这一参数，应用LES／FDF模型对稀相气粒两相流中亚网格尺度涡对颗粒湍流扩散的影响进行了数值模拟研究．通过将使用LES／FDF模型得到的模拟结果与不使用LES／FDF模型得出的结果进行对比后，得出：对于小颗粒（小Stokes数颗粒），大涡结构是影响颗粒空间扩散的主要因素；但是对于中等粒径颗粒和大颗粒，亚网格尺度涡对于颗粒扩散率的影响与大涡处于同一数量级．亚网格尺度涡在大多数情况下会使颗粒扩散率增大，但有时也会降低颗粒扩散率．亚网格尺度下颗粒的扩散率不仅仅取决于亚网格尺度涡的强度和Stokes数，还与流场中的大尺度涡结构有关；对于各向同性湍流中的颗粒，在亚网格尺度涡的作用下，其扩散率随粒径增大而降低．     

咸淡水交替淋溶下土壤盐分运移试验

为确定咸淡水交替灌溉后土壤盐分的运移规律，采用2g／L，4g／L两种矿化度的咸水分别与淡水连续、交替淋溶室内土柱，初步研究了咸淡水交替淋溶下土壤盐分的变化规律。研究结果表明：咸淡水交替淋溶下土壤表层盐分逐渐下移，两个试验处理的土柱都出现积盐情况，且4g／L时的积盐量大于2g／L时的积盐量，土壤溶液中Na^＋，Ca^2＋的分布与EC值的变化规律基本一致，在此条件下盐分的增加没有引起土壤的碱化，灌水结束后，两个试验处理的土壤溶液EC值都小于4dS／m，在作物耐盐的范围内，可推广应用到大田咸淡水交替灌溉中。     

分形空间中力学规律的适应性原理与标度不变性原理

本文应重整化群的参数空间变换和标度空间变换的方法证明了分形空间的力学规律的适应性原理和标度不变性原理。从空间变换的角度讲．从分形空间的物理规律到欧式空间的物理规律变换就是标度不变性的变换，从欧氏空间的物理规律到分形空间的物理规律变换就是一个适应性变换。其推论是分形空间的能量守恒定律、力的合成及其位移的合成在分形空间上保持形式不变。同时，Carpinteri的分形空间的空间维数关系利用重整化方法获得证明，即分形空间的体积的维数溢出量等于分形空间的截线和截面的维数溢出量之和。     

孔隙和裂缝分形油藏的瞬态压力分析

研究了孔隙与裂缝分形油藏中流体的流动．通过引进流动路径长度的微分关系式和单位横截面面积得出分形渗透率、孔隙度和渗流速度三个基本公式．阐明了分形孔隙介质与分形裂缝介质中渗透率和孔隙度表达式的区别．建立起分形油藏中单相流体渗流的压力扩散方程，给出相关方程的解，绘制了用于瞬态压力分析的典型曲线．讨论了孔隙分形油藏和裂缝分形油藏试井解释的方法和步骤．对于多维各向异性分形介质，在直角坐标和圆柱坐标系中也给出了相应的渗流压力扩散方程．对分形油气藏勘探和开发具有重要意义．     

磁盘表面形貌对润滑剂分布及磁头／磁盘之间润滑剂转移的影响

磁盘表层润滑剂在磁头与磁盘之间转移会影响磁头飞行的稳定性．本文采用改进后的粗粒珠簧模型，运用分子动力学方法，研究了磁盘上类金刚石薄膜（diamondlikecarbon，DLC）层粗糙度和磁盘表面凸起对润滑剂在磁盘表面分布及磁头／磁盘之间润滑剂转移的影响．研究结果表明，DLC层粗糙度对润滑膜平均厚度及磁盘表层粗糙度的影响很小；磁盘表面凸起对磁盘表层润滑剂分布的影响明显．类金刚石薄膜层的粗糙度和磁盘表层凸起均可增加转移到磁头上的润滑剂的体积．但磁盘表层粗糙度对磁头／磁盘之间润滑剂转移量的影响明显低于由磁盘表层凸起导致的磁头／磁盘之间润滑剂的转移量．     

输电线路雷击过程分析的雷电通道分形模型

如何合理进行输电线路的防雷分析是线路设计的关键问题之一．本文对分形模拟应用到输电线路防雷中的三个重要问题，即上行先导起始的判据和实现、与雷电流幅值建立联系及分形维数的计算和控制，进行了讨论．分析结果表明，线路即使满足电气几何模型的完全屏蔽条件，仍然存在绕击跳闸的可能性．作为方法的进一步应用，我们还计算了超高压交流线路在不同地面倾角下的绕击跳闸率以及特高压直流线路一个档距内的雷击落点分布特征，可发现线路防雷中的薄弱环节．本文工作为优化避雷线与导线的排列方式提供了一个有潜力的方法，工程中可以适当地控制避雷线和相导线或极导线的弧垂来降低线路的绕击概率．     

非贯通遍布节理类岩材料单轴压缩破碎的分形分析

为了研究非贯通遍布节理模型在节理倾角α以及节理夹角γ两个参数影响下的破碎规律以及分形特征,采用水泥砂浆材料制作不同节理倾角以及不同交叉程度的相似材料试样,并对节理类岩材料进行单轴压缩实验以及筛分试验。将碎屑定量分为粗粒、中粒以及细粒3种类型,分别对应粒径范围d10 mm,0.25≤d≤10 mm,d0.25 mm。计算各粒级碎屑的质量百分比、各粒径范围内碎屑的频数N以及碎屑尺度-质量分布的分形维数D,得出了碎屑频数N、碎屑的质量百分比随节理倾角α以及节理夹角γ的变化趋势及规律,并研究了碎屑尺度-质量分布的分形维数D随节理倾角α的变化规律,结果表明分形维数能直观反映岩石的破碎程度。     

岩体粗糙单裂隙流体渗流机制的实验研究

岩体的天然裂隙结构与渗流行为异常复杂，岩体裂隙渗流机制与定量描述一直是岩土、矿业、地质、石油及天然气工程高度关注的难点问题．为了探究岩体粗糙裂隙的渗流机制和粗糙结构的影响，本文通过岩体单裂隙物理模型的水渗流实验，利用Weierstrass-Mandelbrot分形函数和PMMA材料制作了不同分形维数粗糙单裂隙的物理模型，利用高速摄相机记录了粗糙裂隙水渗流的全过程，分析了水渗流性质随裂隙粗糙性的变化规律及粗糙结构对渗流机制的影响，阐述了粗糙结构中水渗流的流动阻力构成，建立了水流阻力与裂隙粗糙性关系的分形模型，提出了粗糙单裂隙分形等效渗透系数和计算公式，为理解和定量描述岩体粗糙单裂隙渗流性质及其与裂隙结构之间的关系提供了实验依据和参考．     

利用Hydrus-1D反推土壤水力参数方法分析

预测分析非饱和土壤水分运动特征必须首先获得土壤水力参数，而且土壤水力参数的准确性决定着与这些参数有关的土壤水分运动的数值模型的准确性。本文依据一维积水入渗试验的累积入渗量资料利用Hydrus-1D软件反推土壤水力特性参数，利用反推的土壤水力特性参数和Hydrus-1D软件对一维积水入渗过程的累积入渗量、入渗率、湿润深度、含水量分布进行模拟并与实测值进行对比，结果显示，土壤累积入渗量、入渗率、湿润锋、含水量分布的实测数据与模拟数据之间的平均相对误差均在2％～15％之间，软件模拟数据与试验实测教据基本吻合，这说明利用Hydrus-1D软件在反推土壤水力特性参数及模拟土壤水分运动方面是可行的。     

分形粗糙面双站散射的有限元数值模拟

用Monte Carlo方法和有限元数值计算研究了分形粗糙面和Gauss粗糙面的双站散射,比较了两类粗糙面散射的区别及其与各特征参数的关系.模拟计算结果表明：分形粗糙面双站散射具有明显的角度性起伏,即使在表面趋于平坦时,Gauss表面散射表现为镜面反射,而分形粗糙面仍有角度性漫射.分形粗糙面双站散射的角度性起伏与分维数有近似的线形关系.当分形粗糙面上有电大尺寸目标时,由双站散射反演的分维数将会降低.当表面变得十分粗糙时,分形粗糙面与Gauss粗糙面双站散射特征趋近.     

柴油高压喷雾燃烧火焰碳烟颗粒形貌及其纳观结构分析

柴油机是热效率最高、单位体积和比功率密度最大、应用最广泛的动力装置之一.但柴油机喷雾混合扩散燃烧的本质会导致颗粒物的大量产生.为了深入了解柴油机缸内温度和压力条件下喷雾火焰中碳烟颗粒的生成及其演化的详细机制,本研究利用热泳探针采样及高分辨透射电子显微镜成像(HRTEM)的方法对定容燃烧弹(CVCC)中柴油喷雾火焰中生成的颗粒进行了采集并结合成像分析研究了其表观形貌、纳观结构的特性,并进一步提取了其形貌结构的参数.本文还详细考察了不同负荷(喷油量)对基元颗粒和团聚体的形态特征及分形几何参数的影响.结果表明,随着喷油量的升高,团聚体分形维数增加,团聚体颗粒结构越来越紧凑.不同喷油量下的基元粒径呈正态分布,粒径随喷油量的增加而增加.颗粒的微晶长度随喷油量增加而增加,但微晶曲率和微晶碳层间距随喷油量增加而减少,由此表明随着喷油量的增加,颗粒样品的石墨化程度提高,氧化活性下降.我们在此基础之上还进一步分析了回转半径、颗粒投影面积、圆度和球度、基元粒子数等相关参数的结果.     

湿式超微粉碎提取三七总皂苷及粒径对提取率的影响

目的研究湿式超微粉碎法与传统提取方法对三七总皂苷提取的影响及粉碎粒径与提取率的关系。方法以三七总皂苷为指标，高效液相法测定提取率以及粒径分布仪测定粒径。结果湿式超微粉碎法提取率较普通回流法略有提高，但普通回流法需要2h，而湿式超微粉碎法只需10min，节省了时间；超微粉碎随时间的增加，粒径越来越小，但提取率并没有增加。结论湿式超微粉碎与提取同步完成，极大的提高了提取的效率；粉碎粒径与提取率并不呈现比例关系。     

微生物细胞溶胶-凝胶法磁性化研究

以微生物细胞为模板可制备具有多样形状的磁性或导电微颗粒．本文探讨微生物细胞溶胶一凝胶法磁性化的可行性，以尺寸在微米级的具有天然螺旋形体的微生物材料螺旋藻的细胞为模板进行细胞溶胶．凝胶法包覆磁性材料铁氧体的工艺研究，并通过光学显微镜、扫描电镜、电子能谱、透射电镜、X射线衍射对其细胞形态、表层成分、相结构进行观察与分析．结果表明，螺旋藻细胞经溶胶．凝胶处理后表面能包覆上铁氧体材料；其天然螺旋形体可保持良好，得到的单体表面磁性层厚度、成分基本均匀，在文中试验条件下，细胞表层铁氧体为立方尖晶石结构的Fe3O4；还可观察到细胞内部有纳米颗粒产生，同时细胞间横壁也有沉积．还探讨了微生物细胞溶胶．凝胶法磁性化工艺过程的物理化学反应机理．     

基于分形论的霜晶生长模型及计算机模拟

以分形理论的DLA模型为基础建立了霜晶生长的二维模型，并进行计算机模拟．模拟过程中通过改变程序运行循环次数和随机粒子产生的几率从而得到不同条件下霜晶形成及生长过程的模拟图像．利用显微镜对霜晶体的形态进行观察并结合高像素数码相机拍摄到霜晶形成及生长过程中不同时刻的图像．模拟图像与实验图像的对比结果表明两者在形态上取得较好的一致，分形维数相近，从而证实采用程序运行的循环次数来代表霜晶生长时间，通过改变产生随机粒子的几率来模拟霜晶生长过程的密度变化的技术路线是可行的．研究结果表明，用这种分形理论模型模拟霜晶形成及生长过程能够取得较好的效果．论文也对该模型的不足做了客观的分析．     

颗粒强化氧化铝基复合陶瓷断裂特性的预测

计算了颗粒强化的氧化铝／碳化硅和氧化铝/莫来石复合陶瓷的残余微应力．结果表明，这两种复合陶瓷基体中的微应力与颗粒含量成线性关系．分析了应力状态对裂纹扩展和晶界强化的影响．从微应力作用的角度计算了氧化铝／碳化硅和氧化铝／莫来石复合陶瓷基体晶界与晶粒韧性比，并进一步得到断口的穿晶断裂百分比，从而建立了这两种复合陶瓷微观结构及成分、基体微应力、穿晶断裂百分比三者的对应关系．这样根据颗粒强化复合陶瓷的微观结构、第二相含量及分布可以预测复合陶瓷的断裂特性．