用饱和核态池沸腾换热机理模型预测加热壁面活化核心密度

活化核心密度是核沸腾过程的重要参数,但其描述方法至今尚未统一,为了避免核心密度直接测量的困难,提出根据核沸腾换热机理模型预测沸腾表面的活化核心密度,预测得到的六种表面的核心尺度分布曲线与表面活化核心的分形分布相一致,证明了活化核心尺度分布具有分形特征这一结论具有普遍意义。     

矿物质在煤粉中的分布规律

对不同粒度煤粉中的矿物质分布特征研究表明，矿物质含量随煤粉粒度的增大而增多，单体矿物颗粒含量则正好相反，这一关系可以用mi=k(di)^D-D1来描述，其中，D为煤粉的粒度分布分形维数，D1为煤粉中矿物质的粒度分布分形维数。这一关系式表明，可以根据煤粉及矿物质的粒度分布特征预计不同粒度煤粉中的矿物质含量。     

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.     

浅球型凹坑表面对流场的影响

凹坑型表面因对来流方向不敏感、且在流动未分离时负面影响小的优点成为一种有效的非光滑表面减阻技术。基于计算流体力学方法对浅球形凹坑表面湍流流动进行计算,模拟不同来流雷诺数(103~106)、凹坑高径比(0.2、0.35、0.5)下的湍流场。通过分析附面层速度分布等参数的分布获得浅球形凹坑的涡流发生规律。结果表明,凹坑内部产生的对称涡结构是凹坑结构减阻的主要原因。     

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。     

碳烟微观结构的小角X射线散射分析

采用同步辐射小角X射线散射(SAXS)技术研究了柴油和燃料油燃烧所生成的碳烟的微观结构。基于小角散射理论,通过对散射强度曲线的拟合,得到粒径尺寸分布、回转半径、表面微结构与界面特征和分形特征等。研究结果表明:柴油生成的碳烟粒径集中在10～30nm,燃料油生成碳烟粒径集中在10～45nm,符合高斯分布。散射数据均呈现Porod正偏离,说明碳烟内部存在微结构起伏区。碳烟粒子具有分形特征和表面特征,质量分形维数在0.2～2.5之间,表面分形维数在2.1～2.2之间。     

基于投影覆盖法的小流域模型地貌分形特征

针对流域地貌所具有的明显各向异性和三维立体特征,将投影覆盖法引入其三维表面分形特征的直接量化,结合投影覆盖法计算三维表面分形维数基本原理和GIS技术,提出了基于投影覆盖法的计算流域地貌三维表面分形维数的GIS实现过程,并对9次摄影测量所得小流域模型地貌三维表面分形维数进行了计算。结果表明,投影覆盖法可实现流域地貌三维表面分形特征的直接量化,计算出的地貌三维表面分形维数准确反映了模拟降雨驱动下小流域模型地貌总体特征的动态变化过程;与计盒维数法相比,投影覆盖法更有利于揭示小流域模型不同发育阶段地貌特征的差异性,对于流域水土流失预报模型中地貌因子量化参数的选择具有重要意义。     

基于SHPB试验的钢纤维混凝土动态性能研究

采用分形理论研究了钢纤维混凝土和素混凝土在SHPB(分离式Hopkinson压杆)试验中的裂纹特性,分析了断裂表面的分形性质与材料属性及冲击压力的关系,给出了混凝土断裂表面分形的特点,采用计盒方法(FIPS程序)计算了混凝土分形维数,建立了损伤因子与分形维数的函数关系.结果表明,该方法为探索混凝土表面裂纹图形的分形特征与其承受的动荷载之间的内在规律、建立适合描述混凝土分形结构和分形行为的数学力学方法及基本理论寻求了新途径.     

内燃机冷却水腔表面形貌对沸腾换热影响的研究

愈发严重的能源和环境问题要求内燃机的结构更加紧凑和复杂,导致缸盖等零部件所受的热负荷急剧增加,这对其内部冷却水腔提出了更高的换热要求。对流换热已不能满足苛刻的冷却要求,沸腾换热应运而生。据气泡动力学可知,汽化核心更倾向于分布在狭窄的凹坑处,因此在加热面上布置一定的表面形貌能够有效提高沸腾换热效果。文中设计4种形貌,并比较分析不同形貌的强化换热能力。结果表明:圆柱形凸起形貌强化沸腾换热和对流换热的效果最好,其次是圆柱形凹坑形貌,圆台形凹坑强化沸腾换热的效果好于半球形凹坑形貌,但强化对流换热的效果比半球形凹坑形貌差。不同凹坑形貌,汽化核心更倾向于分布在凹坑底部的狭窄区域,圆柱形凹坑底部狭窄区域的范围最广,有利于汽泡成核,圆台形凹坑次之,而半球形凹坑内部较为平整,不利于成核。     

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。     

基于差商分析的土裂隙分形无标度区确定方法

为了定量确定土裂隙的分形无标度区、提高分形维数计算结果的可靠性,基于数字图像处理技术提取土干缩裂隙图像,分析了在盒维数计算中拟合区间对土裂隙图像分形特征和分形维数计算结果的影响,并提出了采用差商分析的方法确定分形无标度区。结果表明,就同一张土裂隙图像而言,不同拟合区间的选取会导致分形维数值出现较大差异性,即计算存在不确定性;网格尺寸较小时,土裂隙分形特征较为明显,当网格尺寸增大到一定程度后,分形特征减弱甚至消失;采用一、二阶差商分析的方法可确定裂隙图像的分形无标度区,从而提升分形维数计算的可靠性。     

华中粉砂岩粗粒土粒径级配分形特性研究

研究不同应力状态下颗粒粒径级配演化规律是分析土体应力状态、评价其工后变形的关键。基于质量-粒径分形模型从分形角度阐述了粗粒土粒径级配曲线探究依据,设计了5种不同分形维数的粒径级配,分析了土体颗粒空间分布特性;通过三轴剪切试验及颗粒筛分试验,探究了不同分形维数粗粒土偏应力峰值前后应力应变曲线性态分布及剪应力峰值、内摩擦角、分形维数因子等参数变化规律。结果表明,土体粒径范围随分形维数越大而更宽泛;应力应变曲线随分形维数及围压增大而存在应变软化向应变硬化过渡的趋势,偏应力峰值随分形维数增加而增大,内摩擦角呈先减小后增大的变化规律。粗粒土分形维数变化因子与相对围压呈线性函数关系,方程斜率及截距仍与相对围压呈线性函数关系,据此建立了考虑围压及初始分形维数的经验方程,为从分形角度来设计与优化粗粒土粒径级配而达到提高其力学强度等提供了参考依据。     

赣江河漫滩沉积物的粒度分形特征及其对洪水的指示

基于赣江河漫滩相沉积序列的415个样品,利用分形理论分析了沉积物的粒度分形特征,并对比了平均粒径等传统粒度指标重建的洪水事件序列。研究结果表明,无标度区范围相关系数R2的平均值由0.75提升至0.82,沉积物分维值D的平均值为2.34,说明沉积物粒度分布的分形特征较好。分维值D与传统粒度指标中的平均粒径、偏态、粘土含量存在显著正相关关系,与砂和粗粉砂含量存在显著负相关。在洪水期,沉积物的粒度偏大,砂的含量较多,分维值D偏小,非洪水期正好相反。在辨识出的18个洪水年份中,分维值D可辨识出15个洪水年份,达到了83.3%,这表明了粒度的分维值D在基于河漫滩沉积序列的古洪水重建中有一定的应用潜力。     

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。     

松花江流域泥沙颗粒分形性研究

研究流域泥沙有利于分析泥沙来源、泥沙运动及河床演变等,采取有针对性的治理措施对控制泥沙非常有利。为此,根据分形理论,通过MS2000激光粒度分析仪分析了松花江流域晨明、古城子、哈尔滨、佳木斯、南岔、铁力、延寿七个水文站泥沙粒度分布的分形性。结果表明,松花江流域7个测站泥沙粒度的分维值在2.201~2.391之间,所对应的相关系数均在0.858以上,基本保持了良好的统计自相似性,分维值与泥沙颗粒组成、传统粒度参数的相关关系基本符合经验数据。     

带有空穴子模型的石墨烯气凝胶复合相变材料导热系数的分形研究

在分形理论的基础上,确定了基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel,GA)骨架复合相变材料的分形维数,并基于改进的Sierpinski地毯建立了带有空穴的导热系数预测模型。预测结果表明,对于基于GA骨架的复合相变材料,在所制得的材料孔隙率为0.7的条件下,无论空穴尺寸如何,均可将导热系数从相变材料本身的0.250 W/(m·K)提升至10.900 W/(m·K),增长幅度达40倍以上。结果显示,复合相变材料的导热系数随着孔隙率的减小而增加,且在低孔隙率下,导热系数随空穴尺寸的减小而增加。