基于分形理论的粉末注射生坯的有效热导率研究

运用分形理论描述粉末注射生坯微观形貌特征,研究了316LPIM生坯热脱脂工艺过程,分析了面积分形维数和迂曲分形维数对有效热导率—孔隙率关系的影响.研究结果表明:PIM生坯有效热导率随着孔隙率的增加而减小;在相同孔隙率下,有效热导率随着面积分形维数的增大而增大,随着迂曲分形维数的增大而减小.     

黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响

为了定量描述煤储层孔隙结构的复杂程度,基于压汞试验测试结果,运用分形理论,对黔西地区不同煤阶的32个煤样进行了分形特征研究,并探讨了分形几何参数与煤储层孔渗性的关系。结果表明:煤储层孔隙分形维数可分为渗流分形维数和扩散分形维数,利用不同分形段的孔隙体积比作为权值,通过加权求和方法可得到综合分形维数;渗流分形维数随变质程度增加而减小,扩散分形维数和综合分形维数均随变质程度增加而增大;分形界限、扩散孔隙体积分数及总孔体积都与综合分形维数、扩散分形维数具有较好的相关性,而且3个指标参数与综合分形维数的相关系数均高于与扩散分形维数的相关系数;综合分形维数、分形界限及扩散孔隙体积分数与煤储层孔隙度之间为负幂指数相关关系,总孔体积与煤储层孔隙度为线性正相关关系,与渗流分形维数和扩散分形维数相比,综合分形维数更有利于表征煤储层渗透性。     

淮北朱仙庄矿构造煤孔隙结构及其分形表征研究

基于压汞法对淮北朱仙庄矿的构造煤孔隙发育特征进行了研究,采用Menger海绵模型对样品的渗流孔和扩散孔发育特征进行了研究。研究结果表明:构造对孔隙结构的改造作用随着孔隙尺度的减小而减弱,煤体结构变形增强,大孔和中孔的孔容增幅显著,过渡孔孔容有一定程度的增加,微孔孔容变化很小,孔隙结构变得复杂;分形维数对构造煤孔隙结构特征和煤体变形特征具有良好的表征作用,随着煤体变形增强,分形维数呈增大趋势,脆性变形阶段分形维数缓慢增大,样品分形差异逐渐变大,韧性变形阶段,分形维数显著增加,样品分形差异性相对减小。随着分形维数的增加,样品的孔容和孔隙度呈指数增大趋势;渗流孔的孔容比呈负指数形式减小,扩散孔的孔容比线性增大,分形维数D3.1时渗流孔所占比重高,随分形维数增大扩散孔孔容所占比重逐渐超过渗流孔;渗流通道增多,气体吸附能力增强,煤储层的渗透率往往减小。     

岩体断裂面渗流特性的分形研究

应用分形理论，建立了描述岩石断裂面的自仿射随机分形理论模型，根据该模型探讨了单一裂隙渗流水力参数与自仿身分形维数之间的关系，对影响断裂面渗流特性的诸因素进行了分析，研究表明，分形维数作为定量刻划断裂面的参数亦可用于定量描述断裂面的水力参数。     

基于低温液氮浸溶处理的淮南矿区松软中阶煤孔隙特征

为了研究低温液氮浸溶处理对淮南矿区中阶煤孔隙结构及其分形特征影响,采用不同液氮浸溶时间处理煤样,通过压汞法和液氮吸附法对煤体的孔隙结构加以测定,结合分形理论从多角度分析不同浸溶时间下煤体孔隙的发育规律及其尺度特征。结果表明：随着液氮浸溶时间的增加,煤体总孔容由198.089×10-3 cm3/g上升至371.553×10-3 cm3/g,总比表面积则由4.984m2/g下降至4.496 m2/g,效果显著;煤体吸附孔减小,渗流孔增加,吸附孔的孔隙连通性增加形成更大级别的孔隙,逐渐向渗流孔转变;渗流孔分形维数和吸附孔分形维数与液氮浸溶时间呈现负线性相关,液氮浸溶对于渗流孔分形维数比对吸附孔分形维数的影响程度更为显著;渗流孔分形维数和吸附孔分形维数随着液氮浸溶时间的增大逐渐降低,表明了煤体内部孔隙随着液氮浸溶时间的增大结构复杂程度降低,孔隙之间的贯通性增强,煤体孔隙度和渗透性的增加;综合分形维数随着煤体平均孔径和总孔体积的增加而减小,随着总比表面积的增加而增加,随着液氮浸溶时间的增加,煤体综合分形维数下降,煤体的吸附能力有所减弱,渗流能力有所增强,有助于提升淮南矿区低渗煤层煤层气抽采效果。     

不同变质程度煤孔隙结构分形特征对瓦斯吸附性影响

为研究不同变质程度煤孔隙结构分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响,通过压汞试验测试了9组不同变质程度煤样孔隙结构,利用Menger海绵模型分析了不同变质程度煤孔隙结构分形特征,结合煤样吸附常数,研究了孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特性的影响。研究结果表明,煤孔隙在不同孔径段具有不同的分形特征,渗流孔分形维数D_1和吸附孔分形维数D_2均随变质程度的增加呈线性增大。煤孔隙分形特征对瓦斯吸附特性具有一定的影响,渗流孔分形维数D_1与吸附常数b呈良好的线性关系,与极限吸附瓦斯量a的关联性不大,表明渗流孔分形维数D_1对吸附瓦斯速率影响较大,对吸附能力影响较小;吸附孔分形维数D_2与极限吸附量a呈正相关关系,与吸附常数b关联关系不明显,说明吸附孔分形维数D_2对瓦斯吸附能力影响较大,对吸附瓦斯速率影响不明显。     

淮北矿区许疃矿构造煤类型及其孔隙特征研究

通过手标本及电子显微镜对研究区发育的构造煤进行观测,不同类型构造煤在宏观及微观变形特征方面差异性显著。利用分形理论结合压汞实验数据对构造煤孔隙特征进行了研究。研究结果表明:随构造变形程度增强,总孔容、孔隙度整体呈增大趋势,韧性变形阶段尤为显著,而孔隙连通性逐步变差;孔隙特征对构造变形作用的响应程度随孔隙尺度的减小而变弱;基于压汞数据的分形维数仅能有效表征大孔及中孔的孔隙结构特征,分形维数随煤体变形程度的增强而增大,孔隙结构呈现多样化及复杂化;大孔孔容和渗流孔比重与分形维数呈正线性相关,而中孔孔容与分形维数呈正指数相关。     

基于压汞法的煤基质压缩对孔隙分形特征的影响

基于分形拓扑理论提出了一种新的煤孔隙分形维数测定方法,并对比分析了当前各种孔隙分形维数计算方法的异同点,进而基于压汞试验和液氮吸附试验,研究了7个煤样基质压缩效应对孔隙结构分形特征的影响。试验结果表明,由分形拓扑的尺度不变定义推导的孔隙分形维数计算方法具有真实可靠性;煤基质压缩效应在压力大于10 MPa时影响显著,不可忽略,大于120 MPa时,不再适用;煤基质压缩校正前各方法对应的分形曲线多表现为分段特征,而校正后分形曲线则表现为整体的线性特征,且校正后的分形维数小于校正前的分形维数,表明煤的基质压缩效应会增加孔隙结构的复杂程度,从而影响真实孔隙结构的分形特征。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。     

乌鲁木齐河东矿区煤储层渗流孔孔隙分形特征研究

为准确描述乌鲁木齐河东矿区煤储层渗流孔孔隙特性,结合压汞试验及煤质分析试验,采取分段分形方法定量探讨了煤储层渗流孔孔隙结构特征及其影响因素,将渗流孔孔隙度与孔隙结构参数进行耦合,并进行了煤岩渗透率预测。研究结果表明:乌鲁木齐河东矿区43号和45号主力煤层孔隙结构较为复杂,但连通性较好,43号煤层样品压汞曲线表现进汞饱和度相似,退汞效率较高,煤样微小孔及大孔较为发育。45号煤层样品进汞饱和度为45%～85%,且退汞效率较低,煤样微小孔隙占有绝对优势,故43号煤层孔渗性优于45号煤层;煤岩渗流孔隙分形维数分布在2～3,中、大型孔隙均存在明显的分形特征,煤样的中孔分形维数D_2高于大孔分形维数D_1,故研究区煤储层中孔较大孔复杂;大孔分形维数随着镜质组含量的增加而减小,随着惰质组含量的增加而增加,随着煤中水分的增加而呈现倒"U"型的相关关系,随着灰分的增加呈现下降的趋势等;煤岩渗透率高低是渗流孔孔隙度和孔隙结构耦合而决定的,在95%置信带内大孔孔隙度P_1与渗透率呈现强相关关系,中孔孔隙度P_2与渗透率呈现中等程度相关,分形维数D_1、D_2则呈现弱相关关系。基于支持向量机方法将渗流孔孔隙度和分形维数作为煤岩渗透率的自变量进行训练,经检验得出的渗透率与实际测试渗透率拟合程度很好,渗流孔孔隙度与孔隙结构耦合可有效反映煤岩渗透率。     

太阳能热发电中铝基合金热循环后热特性研究

对太阳能热发电中的铝基合金储热材料分别经过400、800、1 200次的热循环实验,采用扫描电子显微镜对热循环后合金的显微组织和成分进行表征,对合金的热导率和膨胀系数进行了测试。研究表明,储热材料随循环次数的增加,共晶Si在一个方向相对循环前迅速长大,且α相基体存在疏孔和不同程度的氧化;热导率明显降低;线膨胀系数略有降低。随Si含量的增加热导率和线膨胀系数呈下降趋势。     

煤系沉积岩多重分形维数计算及影响因素分析

为表征煤系沉积岩的孔隙结构与分形特征,选取中侏罗统页岩、泥岩和砂岩3种典型沉积岩进行了X射线衍射(XRD)分析、核磁共振(NMR)实验,运用分形理论讨论了NMR分形维数与矿物组成、物性参数之间的相互关系。结果表明:①基于弛豫时间截止值T_2C,可将页岩、泥岩NMR分形维数划分为吸附孔隙分形维数D_A(T₂≤3 ms)和渗流孔隙分形维数D_S(T₂>3 ms)。②储层物性方面,NMR分形维数D_f与孔隙率、渗透率、储层质量指数呈良好的线性负相关关系,说明NMR分形维数能够作为衡量岩石物性的重要指标。③矿物成分方面,石英、长石含量与分形维数D_f呈弱负相关关系,黏土矿物由于受到沉积环境、理化性质和矿物本身含量等多因素作用,对分形维数的影响差异较为显著。     

铜镍合金/NiFe2O4-10NiO复合陶瓷惰性阳极的制备及其性能研究*

以NiO、Fe2O3和铜、镍为主要原料,采用高能球磨—固相烧结法,制备出Cu-Ni-NiFe2O4-10NiO和(Cu-Ni合金)/NiFe2O4-10NiO金属陶瓷试样,研究了试样的物相组成、显微结构以及其体积密度、静态热腐蚀率、抗热震性和电导率。研究表明,合金粉的添加能够改善金属相的溢出现象并提高材料的物化性质。与Cu-Ni-NiFe2O4-10NiO金属陶瓷相比,合金粉均匀的弥散于陶瓷相中,减小了晶界间的势垒作用,使载流子更易通过晶界从而提高了试样的导电率,850℃时试样的电导率为60.7 S/cm;增大了材料的致密度;耐高温和抗冰晶石熔盐静态腐蚀率较低,平均腐蚀率降为12.62 mm/a;较大提高了试样的抗热震性。     

煤矿塌陷区不同复垦年限土壤颗粒组成分形特征

土壤的颗粒组成在某种程度上决定了土壤的结构和性质,为探究不同复垦年限下土壤理化性质的变化规律,以土壤颗粒分形理论为基础,选取邹城市典型采煤塌陷地作为研究对象,统计分析了煤矿塌陷区土壤颗粒分形特征及其与土壤不同粒径含量和土壤养分状况间的关系。结果表明:①随复垦年限增加,土壤理化性质变好,土壤颗粒分形维数增大。②在垂直剖面尺度上,土壤颗粒分形维数与黏粒、粉粒、密度、有机质含量呈极显著正相关关系(p0.01),而与砂粒含量、孔隙度呈极显著负相关(p0.01),与碱解氮、速效磷、速效钾含量相关性很小。③在时间尺度上,土壤颗粒体积分形维数与黏粒、粉粒、有机质含量、密度存在极显著正相关关系,与土壤碱解氮、速效钾、速效磷呈显著正相关,与砂粒含量、孔隙度呈极显著负相关关系。     

水分相变下松散煤体导热系数的数值模拟研究

煤自燃过程中水分的相变与迁移对松散煤体所处的导热和蓄热环境具有重要影响,而导热系数的变化可直观表征水分相变对松散煤体导热能力的改变。考虑到水分相变对松散煤体自燃过程中热湿迁移的实际作用,建立了含水松散煤体的简化物理模型,运用有限元数值模拟的方法,求解了二维稳态条件下,水分发生相变时含水松散煤体的温度场和热流密度分布,分析了水分相变对松散煤体内部各处导热能力的改变,并计算得到了相应的导热系数。研究结果表明:水分相变的发生直接影响了含水松散煤体内部温度及热流的分布,最终表现为含水松散煤体导热能力的整体变化;基于水分相变的影响,随着液相饱和度的增大,含水松散煤体的导热系数基本呈线性增加,增加趋势随着温度的升高逐渐变缓;100℃时水分相变下导热系数与液相饱和度满足关系:λe=0.130 1+0.132 8S,通过与对比数据的误差分析,验证了模拟的可靠性。     

烧结保温时间对40Mo-ZrO2和40Mo-8YSZ金属陶瓷导电性能的影响

以金属钼粉、氧化锆粉和稳定氧化钇锆粉作为原料,采用粉末冶金方法制备了40Mo-ZrO₂和40Mo-8YSZ金属陶瓷试样,采用四电极法对试样的高温电导率进行了测量,研究了烧结保温时间对金属陶瓷孔隙率和导电性能的影响。结果表明: 延长烧结保温时间,颗粒出现片状集聚现象,烧结体更加致密,气孔率下降,金属陶瓷电导率提高。40Mo-ZrO₂金属陶瓷的电导率受金属相电子导电与陶瓷相离子导电的混合导电机制影响,其电导率分别在850 ℃和1200 ℃附近出现峰值。40Mo-8YSZ金属陶瓷电导率随温度升高而降低,主要受金属相电子导电机制影响。     

基于分形理论的菱镁矿粉磨程度表征研究

为了研究菱镁矿粉磨程度的定量表征，以辽宁丹东地区菱镁矿为原料，进行了磨矿试验、粒度检测试验、磨矿细度试验，应用分形理论，建立了用于表征粉磨菱镁矿颗粒粒度分布的体分形维数数学关系。结果表明:体分形维数与磨矿细度呈非线性关系，当体分形维数均值达到极大值，即D₃=2.4662时，对应的磨矿细度为-0.074 mm含量81.6%，通过浮选试验发现此时浮选指标最好。该研究实现了菱镁矿粉磨程度的定量表征，建立了体分形维数与选矿浮选的联系。      

三维空间岩石裂纹分形曲线的分维估算

基于三维空间中岩石裂纹扩展形态的随机性与空间性,根据盒维数直接定义,提出δ-直角三角面积覆盖法,并通过Koch曲线验证。同时根据分形插值理论构造空间分形曲线,建立空间分形曲线的矢量模型。利用面积覆盖法分别对生成的空间分形曲线与其投影平面分形曲线计算分维。矢量分维值分量的不同反映空间分形曲线在各个方向上粗糙度的差异,从而造成各向异性,最终影响材料的力学特性,矢量分维的建立为进一步研究裂纹对岩石材料特性的影响提供了一个新方法。     

风化层土的粒度分形与固结性关系研究

为预测评价采动影响下风化土层的隔水性与工程地质性质变化,本研究探讨了粒度分维与固结性的关系。通过分形理论计算司家营铁矿震旦系石英砂岩风化残积土的10个样品的粒度分维值,回归分析孔隙比、孔隙度、粒度分维、细粒含量与压缩系数的相关性。计算得到司家营铁矿区石英砂岩风化残积土分维值在2.603 68～2.733 76之间。利用MATLAB中的Curve Fitting Tool得到分维值、细粒含量与压缩系数之间的二元二次回归关系式,粒度分维对土的固结性具有一定的指示意义。     

基于分形几何理论的岩体结构面分布特征研究

基于分形理论和现场岩体结构面调查，对岩体结构面进行了统计分析，网络模拟和分形维数计算，探讨了分形维数据和结构面分布密度程度之间的关系，并将分形维数应用于矿山工程岩体的质量评价。