粗糙树状分叉网络多孔介质的有效热导率模型研究

由于天然多孔介质表面均为粗糙的且其微结构满足分形标度律,该文采用分形几何理论,给出了粗糙壁面的树状分叉网络多孔介质的有效热导率的分布函数,探讨了粗糙树状分叉网络多孔介质有效热导率与多孔介质结构参数之间的定量关系.并将理论结果与实验数据进行了对比,验证了该模型的有效性.     

随机分布树状分叉网络渗流特性的分形研究

基于Darcy定律和Hagen-Poiseuille方程,应用分形理论研究了母管直径分布具有分形分布的树状分叉网络的渗流特性,得到了具有随机分布的树状分叉网络渗透率的解析表达式.研究结果表明:通过具有随机分布的树状分叉网络的流量与压力梯度之间呈线性变化关系;其渗透率随分形维数Df和孔隙率的增加而增加,随长度比的增加而减小.     

单一颗粒流分形模型及有效热导率计算

首次提出了颗粒流中粒子的分形模型，得到粒子在不同分维下的分形分布，并和麦克斯韦分布进行比较，分析了两种分布产生差异的物理机制．在此基础上研究了单一颗粒流的有效热导率，得到其解析表达式，并分析了有效热导率随粒子温度、粒子分维的变化规律．     

单一颗粒流分形模型及有效热导率计算

首次提出颗粒流中粒子的分形模型，得到粒子在不同分维下的分形分布，并和麦克斯韦分布进行比较，分析了两种分布产生差异的物理机制，在此基础上研究了单一粒流的热导率，得到其解析表达式，并分析了有效热导率随粒子温度、粒子分维的变化规律。     

基于树状分形网络的裂缝性气藏试井模型

针对裂缝性气藏试井渗流问题，基于树状分形网络对径向流动模拟的优越性，使用树状分形网络模拟气藏裂缝系统，并将树状分形网络嵌入到气藏中，提出了基于树状分形网络的裂缝性气藏试井模型，计算出试井模型的流动动态特征典型曲线，分析了长度比、直径比、分叉角度、总分叉级数和分叉级数对拟压力动态特征的影响，长度比、分叉角度和分叉级数主要影响动态特征典型曲线中基质系统向裂缝系统窜流阶段，总分叉级数主要影响总系统径向流阶段，直径比影响除井筒储集阶段外的所有阶段。结果表明，树状分形网络能够很好地模拟裂缝性气藏的渗流特征。     

人工关节材料表面仿生树状分叉网络的润滑研究

为提高人工关节假体材料(钛合金/超高分子量聚乙烯配副)的耐磨性,研究了材料仿生树状分叉网络织构的液体铺展流动性能与摩擦学性能。根据分支数与分支角不同,分别设计了3类仿生树状分叉网络织构(十字型网络、T型网络、Y型网络),每类树状网络织构分别制备成织构率为10%、15%、20%的3种试样。通过试验,评价了树状网络的液体铺展流动性和摩擦学性能,结果发现：3种织构表面均可以降低瞬时接触角和实现液体完全铺展,并具有较好的减摩性能;Y型网络织构具有最好的液体铺展流动性能,2μL的液体在10%织构率时瞬时接触角为23.37°,仅0.95 s可以完全铺展;T型网络织构在15%织构率时摩擦系数仅为0.077,较原始表面降低了38%。研究内容对人工关节自润滑减摩设计具有重要参考意义。     

碳纳米管复合材料的有效热导率

考虑到碳纳米管的空间取向分布特征，建立了碳纳米管复合材料的有效热导率模型。根据Maxwell理论，推导出了计算碳纳米管复合材料有效热导率的简单公式。应用实例表明，该模型能够很好地解释在碳纳米管纳米流体中观察到的热导率异常增加现象，还可以用来分析纳米管复合材料的渗流性质，而且理论计算结果与实验结果吻合较好。     

碳纳米管复合材料的有效热导率

考虑到碳纳米管的空间取向分布特征,建立了碳纳米管复合材料的有效热导率模型。根据Maxwell理论,推导出了计算碳纳米管复合材料有效热导率的简单公式。应用实例表明,该模型能够很好地解释在碳纳米管纳米流体中观察到的热导率异常增加现象,还可以用来分析纳米管复合材料的渗流性质,而且理论计算结果与实验结果吻合较好。     

两种新型树状结构的分形天线研究

结合分形技术的优点,研究了2种新型分形天线。分别对这2种天线进行了0阶、1阶、2阶仿真分析比较。其中一种新型树状分形结构应用于传统印刷偶极子天线,研究表明2阶分形天线的工作频点相对于0阶工作频点下降了59.7%,具有非常好的尺寸减缩性。另一种将圆弧应用于单极子天线中,具有良好的多频性,相邻谐振频点的比值是变化的,这也使得天线设计更加灵活。这2种树状分形结构具有设计简单、易制作,对于天线的小型化和多频性的研究和设计提供了较好的参考价值。     

基于分形网络的人呼吸系统气体传输模型

基于呼吸系统的分形特性,提出了气体在人呼吸系统中传输的数值模拟模型.研究了人呼吸系统分形结构的传输特性.根据串联、并联网络原理和Darcy定律.建立了基于分形网络的呼吸系统等效渗透率计算模型.分形网络模型用于描述人呼吸系统气体传输的机理.采用数值方法分析了分形参数对等效渗透率的影响.研究表明:人呼吸系统的等效渗透率随着比例因子β的增加而增加,随着比例因子γ的增加而降低.推导出入呼吸系统的最优分叉数M=2.呼吸系统的优化分形结构使得系统的能量消耗最低.     

有效应力下多孔介质微观结构的分形特征

以分形几何理论为基础,建立了有效应力的分形计算模型,分析和讨论了多孔介质微观结构和有效应力之间的关系,从微观角度上揭示有效应力对多孔介质孔隙结构的影响规律。研究结果表明:有效应力的分形计算模型可以描述有效应力与多孔介质微观结构之间的关系;随着有效应力的增大,多孔介质的分形维数呈指数增加,孔隙度呈指数递减,多孔介质中孔隙数呈指数递减趋势,孔隙平均半径呈减小趋势。     

A fractal model for the effective thermal conductivity of nanoparticle suspensions

Extending the effective medium approximation with the fractal theory for describing nanoparticle clusters and their radius distribution, a predictive model is proposed for the effective thermal conductivity of nanoparticle suspension, combined with the consideration of size effect and surface adsorption effect of nanoparticles.The predicted effective thermal conductivity of nanoparticle suspension is consistent with experimental data in the dilute limit.     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。     

多孔材料热导率通用计算方法

利用蒙特卡洛法对多孔材料的内部结构进行了重构,并验证了重构模型具有自相似性和标度不变性的分形特性.对重构的多孔材料模型进行网格划分,利用二值化原理识别网格中的固体基质和流体孔隙,构筑材料内部真实传热过程的串并联混合热阻阵列图,建立适用于各种均质和非均质多孔材料热导率的计算方法——二值化阵列法.基于该方法,对闭孔泡沫铝和硅酸铝耐火纤维材料的热导率进行了计算,并与文献中的实验测量值进行了比较,具有较好的一致性,验证了本方法的正确性和普适性.     

陶瓷微球填充型隔热涂料的有效导热系数

利用SEM对一种陶瓷微球填充型隔热涂料进行了分析,在此基础上运用数值单元体法建立了计算其有效导热系数的模型.分别讨论了球壁厚度、球壁有效导热系数及陶瓷微球填充率等3个主要因素对该涂料有效导热系数的影响.为验证计算结果,利用稳态平板法测试了几种隔热涂料的导热系数.研究发现:选用壁面薄的陶瓷微球可制成性能较好的隔热涂料;陶瓷球壁的有效导热系数对涂料的有效导热系数影响很大,前者必须很低,比如小于0.05 W/(m·K),才可显著降低涂料有效导热系数;增加填充率可明显降低涂料有效导热系数;填充陶瓷微球确可改善涂料隔热性能,但程度有限.     

可变导热系数的颗粒复合介质传热性质的研究

讨论了可变导热系数的复合介质的传热性质。当介质的导热系数是温度的函数时，热传导方程是非线性偏微分方程，作者采用基尔霍夫变换把它变成拉普拉斯方程，于是可以找到原问题的近似解析解。文中考虑一个最为简单的例子：由圆柱形的杂质构成的二维系统，杂质浓度很低，可以忽略颗粒之间的相互作用，杂质具有可变导热系数，基质的导热性质不随温度变化。在此基础上，用朗道方法导出计算可变导热系数的复合介质的有效导热系数的公式。     

各向同性多孔介质中Kozeny-Carman常数的分形分析

Kozeny-Carman(KC)方程是多孔介质渗流领域最著名的半经验公式,长期以来,KC方程及其推广形式被广泛用于估算多孔介质的渗透率.但是,方程中的KC常数是一个没有确切物理意义的经验常数,且被证明并非一个常数值.天然多孔介质中的孔隙分布往往表现出自相似的分形标度律.因此,根据多孔介质的分形特征利用微观几何模型计算了各向同性多孔介质的有效渗透率,并进一步推导了KC常数的解析表达式.结果表明,KC常数是由多孔介质的微结构决定的,是孔隙率和分形维数的函数,且随着孔隙率的增加而增大.     

球形空心材料导热性能预测研究

研究了球形空心材料的导热性，给出了空心材料导热性与基体材料导热性及空心体分比间的关系。首先，将均匀化方法应用预测空心材料的导热性方面，并用该方法以图形方式给出了材料导热性同空心体分比间的关系；蕨，利用自洽模型和广义自洽模型给出了预测空心材料导热性的表达式。结果比较表明，这些方法给出了非常接近的结果，特别是均匀化方法和广义自洽方法的结果几乎的相同的。指出了Ｔｚｏｕ的关于球形空心材料导热性关系式的错误