基于分形学的湍流风谱特性对比研究

为定量描述湍流风场和解决湍流风谱模型选择时存在盲目性和不准确性等问题,基于多种湍流风谱模型并考虑湍流强度、地表粗糙度及空间高度的影响,生成不同程度的风速时间序列曲线。基于图像识别技术和计盒维数法对各条件下风速曲线分形维数进行计算。结果表明:不同湍流风谱模型具有不同的分形特性;湍流风分形特性受湍流强度和地表粗糙度影响;相同地貌特征和气候条件下,不同高度处风速时间序列数据具有不同的分形维数。     

球形火焰分形维数的计算方法

根据分形理论,应用盒维法、圆环面积法以及圆规法计算了球形火焰的分形维数,比较了3种方法之间的差异,然后以掺氢乙醇-空气球形火焰为例,分析了火焰分形维数随掺氢量的变化关系.结果表明,在计算球形火焰分形维数方面,盒维法相对于圆环面积法和圆规法具有更高的准确性;分形维数能够反映出球形火焰在传播过程中稳定性的变化规律,其结果与直接观察火焰纹影图片得到的结论一致.     

湍流预混火焰的分形特性

采用高速纹影摄影法获得了定容燃烧弹内预混湍流火焰的图像，分别用数盒子法和像素点覆盖法计算出了火焰图像的分形维数。湍流火焰的分形分析结果表明，定容燃烧弹内的预混湍流火焰结构具有分形特征，且属于非充分发展的湍流火焰。湍流火焰的分形维数反应了湍流脉动对火焰片的褶皱程度，湍流强度增大加剧湍流火焰前锋的褶皱，分形维数也随之增加。在相同湍流强度下，小尺度湍流对火焰前锋的褶皱作用更大。     

撞击气化火焰边缘的分形特性

气化炉是IGCC发电系统的关键设备,在试验中采用火焰摄像系统拍摄了多喷嘴对置气化炉内撞击气化火焰图像,用像素点覆盖法计算了撞击气化火焰边缘的分形维数,提供了一种有效判断撞击气化火焰燃烧状态的方法。试验结果表明,撞击气化火焰边缘曲线具有分形特征。撞击火焰的边缘分形维数在点火阶段逐渐降低;从两喷嘴撞击向四喷嘴撞击过渡时火焰边缘曲线分形维数逐渐增大;随着操作负荷的增大,分形维数增大,但两喷嘴和四喷嘴撞击火焰之间的分形维数相差逐渐减小。     

秦岭山脉典型流域水系分形特征及空间分异性

将分形理论引入流域地貌形态的定量研究,利用盒维数法计算了秦岭地区22个典型流域水系分维值,分析其与流域形态和水文特征的相关性及空间分异性。结果表明,秦岭地区各流域水系在其无标度区间内呈现良好的分形特征,分维值处于1.033 5～1.079 5之间,相关系数达0.979 5以上;各流域水系分维值与流域形状系数呈正相关关系,与年径流深呈负相关关系,与河流比降呈较复杂多项式关系;秦岭山脉南北两侧水系分维值存在一定自组织相关性,尤以秦岭中部及西部地区较为显著,东部地区差异相对较大。     

缸套-活塞环摩擦状态转化形貌特征演变规律分析

针对柴油机缸径为110,mm珩磨铸铁缸套在润滑不良时的拉缸问题,通过设计贫油试验,获得往复运动行程止点附近在不同摩擦阶段的表面形貌,以自相关函数表征取向特征,以分形维数表征表面形貌在各个方向的分形特征,量化描述表面形貌在摩擦状态转化过程中的演变规律.结果表明:从停止供油到发生黏着磨损,自相关函数幅值逐渐增大,摩擦表面的取向特征逐渐增强;分形维数在摩擦表面各方向上逐渐减小,精细复杂程度降低.在黏着磨损发生前,缸套表面形貌经历了"抛光"阶段,各向分布的分形维数趋近于1.5.     

云南省缺资料小流域临界雨量计算分析

小流域因缺乏长期监测的降雨径流资料,临界雨量的计算是其山洪灾害防治面临的难题之一。针对云南省山洪灾害特征,以典型资料匮乏小流域为基本单元,采用水位流量反推法、频率曲线法、灾害与降雨频率分析法3种方法分析临界雨量,并通过适用于资料匮乏地区的地貌瞬时单位线模拟流域汇流过程。结果表明,3种方法计算的临界雨量值较为接近,其中结合了地貌瞬时单位线的水位流量反推法更适用于计算分析云南地区临界雨量;可见在推求山洪灾害临界雨量计算时采用地貌瞬时单位线模拟云南省流域汇流过程合理可行。     

基于关联维数的柴油机声音信号特征分析

提出了基于分形关联维数的柴油机声音信号特征分析方法,通过主分量分析法证明了柴油机声音信号具有分形特征。根据G-P算法,阐述了柴油机声音信号关联维数的计算方法,并对计算过程中噪声对关联维数的影响进行了详细的论述。计算结果表明,柴油机声音信号关联维数随工作状况改变有明显的变化,可作为柴油机工作状态监测和故障诊断的一个特征量。     

自相似性和分形维数在风场分析中的应用

通过探究风速时间序列的自相似性和分形维数,将分形学运用到湍流风场分析中,从风速时间序列的局部与整体关系和风速时间序列的分形维数2个角度解决选用湍流风谱模型时存在的盲目性问题.选用某一风场风速时间序列,基于Kaimal、Von Karman、SMOOTH和NWTCUP湍流风谱模型得到风速时间序列,采用Hurst值验证风速时间序列的自相似性,用计盒维数法计算风速时间序列的分形维数.结果表明:不同的湍流风谱模型具有不同的分形维数,湍流风谱模型可定量描述;风速时间序列内部波动不是随机的,是有自相似性的长程相关过程;分形维数与参考风速有关.     

风场风谱模型的分形维数研究

为定量地描述湍流风场,降低湍流风谱模型选用时的盲目性,采用基于分形学的计盒维数法和Hausdorff维数法计算并分析风场风速时间序列数据的分形维数。选用Kaimal、SMOOTH和NWTCUP等湍流风谱模型,在不同风速和不同湍流强度的条件下进行风场仿真,得出不同波动程度的风速。利用MATLAB求解出每组数据的分形维数,并与某一风场的实测风速数据的分形维数进行对比,得出NWTCUP模型的分形维数与实测数据的分形维数最为接近。初步研究结果表明,分形维数可以作为选择湍流风谱模型的一个重要定量参数。     

不同集水面积阈值确定方法在典型黄土侵蚀地貌区的适用性分析

针对不同集水面积阈值确定方法的适用性问题,结合流域地貌侵蚀发育理论和侵蚀阶段—水系分维数关系判断了理论水系分维数大小,以水系分维数作为评判指标,分析了不同集水面积阈值确定方法的适用性,并以此为基础建立了一套无"蓝线"河网情况下检验集水面积阈值确定方法合理性的完整体系。实例应用结果表明,泾河流域水系结构具有典型的分形特征,其理论水系分维数应在1.4～1.6之间;受黄土地貌软弱岩性的影响,河网密度法及河道分支法在黄土沟壑地貌中具有良好的适用性,能较为细致地反映沟谷河道的准确信息;河源最小误差法及试错法下的水系分维数与理论值存在较大偏差,只适用于地形地貌变化不大的小型流域。     

On the fractal characteristics of low Damköhler number flames

Knowledge of the fractal properties of premixed flame surfaces can potentially be used to help develop turbulent combustion models. Here, direct numerical simulations of low Damköhler number flames are used to analyse the fractal nature of the flames. Two sets of data are considered: (i) thermochemical hydrogen–air turbulent premixed plane-jet flames with detailed chemistry and (ii) thermonuclear flames in type Ia supernovae. A three-dimensional box counting method is used to investigate fractal dimension of the flame surface, characterising the self similarity of flame fronts. In the premixed flames, the fractal dimension is found to vary in time between 2.1 and 2.7. The supernovae flames in distributed combustion regimes yield fractal dimension about 2.7. The results for the maximum fractal dimensions are higher than previously reported. They are explained theoretically by a Reynolds number similarity argument which posits that the high Reynolds number, low Damköhler number limiting value of the fractal dimension is 8/3. Also tested is Mandelbrot’s fractal additive law which relates the fractal dimension determined in two dimensions, which is typical of experimental measurements, to that in three dimensions. The comparison of the fractal dimension in both two-dimensional and three-dimensional spaces supports the additive law, even though the flames considered do not formally satisfy isotropy. Finally, the inner-cut off is extracted from the hydrogen flames and found to be consistent in order of magnitude with Kolmogorov scaling.     

冻融损伤混凝土梁抗力性能演化的裂缝分形特征

为分析冻融循环作用下钢筋混凝土梁受压区的表面裂缝分布特征,采用自主设计的混凝土梁反力试验架对受压区受冻融循环作用的梁进行抗弯试验,取得各级荷载作用下梁表面的裂缝图像。依据分形理论计算表面裂缝分布的分形维数,并讨论分形维数与梁的荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间的关系。研究表明,受压区冻融损伤的钢筋混凝土梁表面裂缝的分布符合分形特征,其分形维数与荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间均有一定关系,裂缝的分形维数可作为钢筋混凝土构件安全性能预测的指标。研究成果可为冻融损伤混凝土梁安全预测提供参考。     

基于小波和分形提取磨粒图像特征参数的研究

根据小波变换和分形理论在多尺度分析与自相似本质上的一致性，提出了一种提取磨粒图像特征参数的新方法。给出了磨粒图像的小波变换方法和小波变换近似系数的分形维数计算方法，然后对磨粒图像进行了分析，实现了磨粒图像的特征提取。结果表明：小波变换近似系数的分形维数反映了磨粒图像上磨粒尺度及数量，可以作为磨粒图像的综合特征参数。     

柴油机振动信号分形特征诊断的改进算法

分析了目前利用振动信号的分形特征进行柴油机状态诊断中，影响分形维数计算结果一致性的因素，并根据柴油机故障诊断的特点，在柴油机振动信号提取时，利用等角域跟踪采样方法消除转速波动对采集振动数据产生的变化；然后，在关联维数计算时，针对分形无标度区间的截取提出了采用多段平均加阈值的计算方法来扩大无标度区的范围，为分形无标度区间的截取提供一种新的方法。通过仿真数据和实际测试数据对研究方法进行了验证。     

基于分形的汽油机爆震边缘检测

汽油机爆震边缘检测是汽油机点火闭环控制的前提，也是爆震检测的难点。提出了一种利用分形几何检测汽油机爆震边缘的方法。研究表明，分形维数在爆震边缘附近变化明显，可以作为爆震强度指标判别爆震边缘。利用分形维数不仅能够自缸压信号巾有效检测出爆震边缘，而且能够自振动信号中有效检测出爆震边缘。由于分形维数本身可以作为爆震强度指标，因此分形维数兼具爆震检测和爆震强度判别两种功能。     

基于分形理论预测砂岩储层岩性

根据分形几何学基本理论,探讨岩石孔隙及测井曲线分形维数的确定方法。求取岩石孔隙分形维数有3种方法:分子吸附法、扫描电镜法、压汞法。分子吸附法和扫描电镜法求取岩石孔隙分形维数,所需实验设备昂贵,且过程复杂。利用岩心压汞毛管压力资料,通过线性拟合lgs与lgpc的关系,可计算出岩石孔隙分形维数D。测井曲线反映了地层岩石物理性质。从测井曲线外形上看,对应同一地层的不同测井曲线之间,以及同一条测井曲线的不同部分,分别具有相似的特性。测井响应的这种相似性,可以利用分形理论进行定量描述。目前普遍采用关联维数计算法和测井曲线分形校正法,计算测井曲线的分形维数。实际应用中,根据某油田2口取心井近50块岩样的统计分析,利用岩心压汞资料得到lgs-lgpc散点图,由于分形现象只存在于无标度区范围内,因此一般选取双对数坐标系上线性范围最宽的一段为无标度区,然后再对该段内所有的点进行拟合,并做相关系数检验,从而得到砂砾岩、不等粒砂岩、细砂岩、粉砂岩4种岩性的lgs-lgpc散点图(无标度区)。计算结果表明,应用测井曲线关联维数法预测砂岩储层岩性,其精确度达到92%以上。     

The use of fractal for prediction of burning rate of composite solid propellants

IntroductionCombustion phenomena and evaluation of theburning rate for composite solid propellants in steadystate and transient condition has been of great interest to many researchers. The majority of AmmoniumPerchlorate (AP) composite solid propellant burningrate models developed so far are based on BecksteadDerr--Price (BDP)['] model.This model is based on multiple flames surroundingan AP particle. Fig.1 shows a schematic diagram ofthese flames. In this model, the burning rate can bec…