确定复杂多孔材料有效导热系数的新方法

从Lattice-Boltzmann(LB)方程出发, 推导了二维LB 导热模型(D2Q5),计算了具有复杂结构的多孔材料的有效导热系数, 计算结果与其他文献中的实验结果符合较好. 分析了多孔材料有效导热系数与材料孔隙率、单位面积孔隙数、骨架形状等参数之间的关系并给出了估算公式. 给出的二维LB 导热模型能方便地计算各种小尺度上具有复杂边界或复合材料中的导热问题, 且二维模型能方便地扩充到三维.     

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．     

平板热管多孔毛细芯等效导热系数预测

本文以平板热管多孔结构毛细芯为研究对象,深入分析了毛细芯等效导热系数的影响因素及变化规律.针对多孔毛细芯微观结构随机分布且固相骨架相连的特点,采用扩散受限聚集模型对多孔毛细芯进行三维重构,对受限空间气体热导率进行计算,并采用有限容积法对模型在稳态导热条件下的传热性能进行了数值计算,研究了在孔隙率和颗粒直径对多孔毛细芯等...     

基于格子Botlzmann方法的三维多孔介质中多相导热过程的研究

建立了模拟三维多孔介质中多相导热过程的格子Boltzmann模型,结合三维多孔介质重构算法,从孔隙尺度对CPL／LHP毛细芯中的瞬态导热过程进行了模拟,计算了不同条件下毛细芯内温度分布,分析了热负荷、孔隙率等因素对导热过程的影响,并计算了三维多孔介质的有效导热系数．     

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。     

致密砂岩气水相对渗透率模型

致密砂岩富含微米级孔隙,其气、水两相流动复杂,如何建立可靠的相对渗透率模型是目前亟待解决的问题.基于流体单管流动方程耦合二阶滑移模型,结合分形理论,建立了致密砂岩储层气、水相对渗透率模型,该模型考虑了气体滑脱效应、孔喉结构参数、含水饱和度分布,模型的可靠性通过多个已发表的气水相对渗透率实验数据验证.结果表明:1)建立的模型可用以描述致密砂岩储层微米尺度孔隙中的流体流动行为; 2)压力和含水饱和度增加都会减小滑脱效应对气相相对渗透率的提高作用,当压力小于1 MPa时,气相相对渗透率对压力极为敏感;温度对气相相对渗透的影响有限,可忽略; 3)孔径分布分形维数和孔隙迂曲度分形维数增加,有利于气相相对渗透率的提高,但会降低水相相对渗透率,且孔径分布分形维数的影响更大.     

分形粗糙面分维数的反演

用Monte Carlo方法,采用归一化的带限Mandelbrot-Weierstrass分形函数来模拟分形粗糙面,建立和发展了利用最小目标函数反演分形粗糙面分维数的方法.计算结果表明: 该方法不受分形特征尺度性变化因素的影响,对于反演具有分形特征的被探测物体的分维数,具有很高的精确性.     

超晶格纳米线热传导的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟了超晶格纳米线的几何形变与热传导性能. 模拟结果显示, 由于界面晶格不匹配, 在超晶格纳米线内部发生了明显的几何形变. 对于周期长度固定的超晶格纳米线, 界面热阻在总热阻中的比例及导热系数不随周期数改变而改变. 随着周期长度的增大, 超晶格纳米线的几何形变量逐渐减小, 导致平均界面热阻逐渐增大, 表明界面热阻不仅取决于界面层的材料特性, 同时也与超晶格结构的几何形变量相关, 在声阻不匹配模型中应考虑纳米尺度下材料晶格结构的变化. 仿真结果还证实了尺度效应对低维结构热传导性能的影响, 即随着超晶格纳米线横截面面积的增大, 导热系数将增大.     

组合分形Brown运动模型

针对利用分形Ｂｒｏｗｎ运动（ＦＢＭ）模型来估计雷达杂波数据时出现的无标度区间很难确定的问题,提出了组合Ｂｒｏｗｎ运动模型这一概念来解决这一问题,由于地（海）表面随空间的变化种类繁多,雷达杂波中蕴涵了多种分维结构,且这多种结构共同存在于所有尺度上。以两个分形Ｂｒｏｗｎ运动的组合为例,通过理论推导,建立了分形Ｂｒｏｗｎ运动组合模型及其分形参数的估计方法,仿真实验以及实际数据计算,验证了该方法的正确性。     

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。     

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．     

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.     

调制信号的分形特征研究

基于分形理论从信号中提取盒维数和信息维数作为分类特征,这种特征包含了信号幅度、频率和相位的变化规律,集中了各种调制方式之间的差异信息,在分类的意义上是有效特征,同时,从理论上分析了它们对噪声干扰不敏感的特性. 基于这样的特征进行分类器设计非常简单,识别率较高,有较好的工程应用价值.     

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．     

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．     

河床表面分形度量及其在河型判别中的应用

将表面分维概念引入河流动力学,提出河床表面形态的分形度量方法,并通过实际河段分析与概化模型试验结合的手段,对不同河型亚类、不同基本河型的河床表面分形维数进行对比研究,并将河床表面分形维数应用于河型判别.结果表明:由于河床形态是河型判别的一个主要依据,而河床表面分形维数又可对河床形态进行整体度量,因此河床表面分形维数可在一定程度上体现河型、甚至河型亚类之间的差异,实际分汊河段比较中,微弯高水分汊的河床表面分形维数最大、弯曲低水分汊及顺直中水分汊次之、微弯低水分汊最小;在试验范围内,一定流量下,则是分汊河型的河床表面分形维数最大、弯曲河型次之、顺直河型最小,可以认为在收集更多实测河段资料并统一算法后,河床表面分形维数可作为河型的判据之一.     

竖直壁面敷设多孔层强化膜状凝结传热的分析

基于多孔介质的弥散特性,建立了坚直壁面上利用多孔层强化膜状凝结传热的物理数学模型,通过数值模拟研究了多孔层厚度,有效导热系数的影响考究了多孔层强化凝结传的特性。孔层厚     

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。     

岩石节理形貌粗糙度系数与分形维数及几个参数的关系分析

为了更加准确地描述岩石节理形貌粗糙度系数(JRC),利用26组花岗岩试样劈裂形成模拟天然节理和20组人工预制具有不同JRC系数值的试样来模拟节理表面形貌,研究了节理三维形貌各向异性分形特征、JRC以及剖面线平均分形维数和节理表面分形维数之间的关系。并且在前人研究的基础上,分析了其他学者较少研究的几个参数,即节理剖面系数R_p、粗度轮廓的最大波谷深度R_v、粗度轮廓的均方根(RMS)的偏差R_q及峰度系数Sku几个统计参数和JRC之间的相关关系。结果表明,尽管各方向的分形维数差异较小,但是仍然存在各向异性特征。JRC与分形维数之间存在较为明显的指数关系,而剖面线平均分形维数和节理表面分形维数之间存在很强的线性相关关系,JRC与R_p、R_v、Sku之间的相关关系为线性关系,且R_p、R_v与JRC的相关关系拟合结果很相似,均为线性相关。而JRC与R_q之间存在抛物线的关系,拟合结果 JRC=3.80013+4.3267e43.3276Rq。通过运用分形和统计参数联合描述JRC更加全面。     

用改进的平行热线法测量绝热材料导热系数的研究

基于平行热线法的测量原理,在加热电路中串联一个限流电阻,使加热过程中由于热线温升引起电阻增大造成的功率变化减小至0.6%,提高测量精度;采用铂电阻温度传感器代替传统的热电偶实现温度测量,用于低温下的温度测量,扩大导热系数测量范围。采用这种测量方法,搭建绝热材料导热系数的测量平台,测量硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数,与国家玻璃纤维产品质量监督检验中心的鉴定结果对比,其相对误差在5%以内,验证了改进的平行热线法的正确性。