粉煤灰粉体颗粒细度与分维数研究

利用分形几何学原理研究粉煤灰粉体颗粒,探讨了粉煤灰粉体粒度的分布特征,测试、计算了相应的分形维数,研究表明：（1）粉煤灰粉体颗粒粒度分布都表现出分形分布,粉体粒度分布的分维值1〈D〈3;（2）粉煤灰粉体颗粒的分维值越大,其细度比和细度模数越小,其形态系数随之增大;（3）粉煤灰粉体颗粒的分维数与需水量比的关系成曲线关系,大致在分维值2以下时,其需水量比逐渐增大;但分维值大于2以后,其需水量比逐渐下降。     

磷渣粉体颗粒表面粗糙度的定量表征

采用盒维数估计其表面粗糙程度,并研究盒维数与需水量比和泌水率的关系。结果表明：分维值的大小定量表征了磷渣粉体颗粒表面的粗糙程度,分维值愈大,其表面愈粗糙,需水量比亦愈大,而泌水率愈小。     

水射流解离煤的分形特征

利用高压水射流粉碎机与球磨机对煤进行超细解离,对解离后的煤颗粒进行了扫锚电镜分析,利用扫锚电镜图像。基于图像处理技术与分形理论,计算了粒度分布分形维数、边界形状分形维数与节理表面分形维数。利用上述3种分维数对解离后的煤颗粒的分形特征进行了研究。     

镍渣制备轻质镁橄榄石-尖晶石闭孔泡沫陶瓷及分形表征

利用镍渣、高岭土为主要原料,碳酸钠为发泡剂,成功制备了轻质镁橄榄石-尖晶石闭孔泡沫陶瓷。探讨了烧成温度对轻质泡沫陶瓷性能的影响,利用孔体积分维数对孔结构进行表征。结果表明:镍渣掺量50%,碳酸钠掺量10%,1100℃煅烧制品的综合性能最佳:其体积密度0.28 g/cm~3,平均孔径为1 mm,闭气孔率86.71%,抗弯强度1.25 MPa,抗压强度3.27 MPa,吸水率1.58%,孔体积分维数1.19。950~1150℃,抗压强度随闭气孔率的增大,呈指数性减少。在1050~1150℃,孔体积分维数越小,闭气孔率越高。XRD和SEM分析显示,晶相为镁橄榄和尖晶石,分别成三角棱状和柱状,孔结构均匀,可作为一种新型绿色节能墙体材料。     

水泥颗粒微观分维与宏观流动性关系的研究

将微观分维作为表征水泥颗粒的形态参数；用数字显微系统测算了5种水泥颗粒样品的微观分维，研究了水泥微观分维及其与粉体流动性指数的关系，结果表明：水泥粉体微观分维与其流动性指数呈线性负相关。     

颗粒群粒度分布宽度表示方法的研究

总结了传统的粒度分布宽度的表示方法,分析了它们的适用场合。通过理论推导,提出了一种表示粒度分布宽度的新方法--颗粒群的分形维数。颗粒群的分形维数D可定量描述粒度分布宽度。分形维数D越大,颗粒群的粒度分布越宽。     

一次大气颗粒物投影轮廓分维研究

构建了一次大气颗粒物投影轮廓分维模型,并以高精度数字光学显微系统为基础,测算了广州市3种一次大气颗粒物颗粒样品的投影轮廓分维,结果验证了颗粒投影轮廓分维数学模型的合理性,形成了一套简约的一次大气颗粒物投影轮廓分维分析方法。结果还表明一次大气颗粒物投影轮廓分维个数频率分布曲线呈＂S＂型,且一次大气颗粒物对数投影轮廓分维分布曲线呈对数正态分布;3种一次大气颗粒物样品中,柴油汽车排气管中沉积颗粒和餐饮过程产生的颗粒不规则程度相对低,其偏离圆的程度小,粗糙度较小;而粉煤灰颗粒的相反。     

水泥颗粒群粒度分布宽度的表征及其应用研究

用分形理论阐述了将水泥颗粒群粒度分布的分形维数作为定量表征其粒度分布宽度的正确性和可行性,测量了16种水泥颗粒群的粒度重量累积分布,在双对数条件下,水泥颗粒群的粒度重量累积含量与粒径之间呈直线关系,表明水泥颗粒群粒度分布结构具有分形特征,其分形维数可以定量表征水泥颗粒群粒度分布宽度;研究了水泥颗粒群粒度分布宽度与其空隙率的关系,结果表明,随着水泥颗粒群粒度分布宽度的增加,其空隙率减小,二者呈负相关。     

汽液固三相流动沸腾传热系统的非线性特性

运用功率谱分析、自相关分析、相图、关联维数和K熵等非线性分析技术对汽液固三相流动沸腾传热系统中的温度波动信号进行了定性和定量研究.研究表明：此类系统具有非线性混沌特性;定量计算结果表明,系统存在2～3个分维,K熵的变化也具有同样的趋势,且为有限正值;传热特性和非线性特征量之间有一定的关系,即颗粒体积含量越大,非线性特征量越大,传热系数越大.     

煤粉碎过程中颗粒形状的分形特征

应用分形几何学的方法对煤粉碎过程中颗粒的不规则程度进行度量．研究结果表明,不同组成的颗粒其颗粒形状分维ＤＰ不同,矿物质组成的颗粒形状分维最大,其次是壳质组颗粒,四组分颗粒居第三,其它颗粒的形状分维大致相似．颗粒形状分维具有随时间不变性的特点,表现为相同组成的颗粒的形状分维基本不随粉碎时间发生变化．导致这一现象的根本原因是不同的煤显微组分的力学性质及微裂纹的分布不同,而对于同一组分来说,其微裂纹的分布又具有自相似性．     

颗粒孔结构的积木分形模型

构造了立方和四面体两种积木分形体，得到一般积木分形体模型，导出关联表面积和体积增量的3个分形表达式，并分析了表面分数维的几何意义. 实验结果表明，利用该模型的表面积与体积增量分形表达式可以从压汞和BET的实验数据计算表面分数维，相关系数较高. 对同一种颗粒，两种实验方法可以得到相同的分数维. 讨论了体积增量的计算方法.     

干馏终温对油砂半焦表面特性的影响

利用氮气等温吸附脱附法和电镜扫描研究了印尼油砂干馏热解过程中半焦表面特性的变化,并利用分形维数来定量描述半焦表面形态的复杂程度。结果表明,半焦BET比表面积与孔容积随干馏终温的变化趋势相近,均呈现先增大后减小的趋势。通过FHH方程回归得到的分形维数能够较好地反映半焦内部孔隙结构的分形特性,挥发分的吸出、塑性变形、气体产物的逸出以及油蒸汽的再凝结造成的闭孔效应的多种作用的交替影响,使分形维数在不同的温度区间有不同的变化趋势。电镜扫描能够直观地观察到半焦表面的孔结构特征,利用Matlab编程分析电镜图片得到的盒子维数与氮吸附数据拟合得到的FHH分形维数变化趋势基本一致。     

废弃纤维再生混凝土孔结构及碳化性能分形特征研究

以水灰比、再生骨料取代率、废弃纤维长度和体积掺量为设计变量,利用压汞试验及快速碳化试验,探讨了废弃纤维再生混凝土的孔结构、碳化性能的分形特征以及两者之间的关系.结果表明:废弃纤维再生混凝土孔结构具有显著的分形特征,废弃纤维的加入可阻止结构中有害孔的形成,改善废弃纤维再生混凝土内部的孔结构;纤维的加入可以提高再生混凝土的碳化性能,最优体积掺量为0.12%,碳化边界轮廓线的分形维数越小,对应的碳化深度越大;废弃纤维再生混凝土的碳化深度与孔隙体积分形维数之间存在相关性,随着孔体积分形维数减小碳化深度增大,根据孔隙体积分形维数来评价不同设计变量的废弃纤维再生混凝土碳化深度是可行的.     

水泥颗粒粒度分布分形维与其胶砂抗压强度的关系研究

为研究水泥颗粒粒度分布分形维与其胶砂抗压强度的关系,利用粒度分布分形维的计算模型分析了有关文献报道的10种水泥颗粒粒度分布分形维值,结果表明:定量表征其分形特征的分形维值在2.325～2.435之间,各水泥颗粒粒度分布具有分形特征;分析了水泥颗粒粒度分布分形维值与水泥3d抗压强度、28d抗压强度的关系,分析表明:化学组成和矿物组成基本相同的条件下,水泥颗粒粒度分布分形维与水泥胶砂的3d、28d抗压强度具有较好的正线性相关关系。     

Effect of Volume Fraction on Transient Structural Behavior of Aerosol Particles Using Off-Lattice Kinetic Monte Carlo Simulation

Fractal-like aggregates exhibit interesting properties that determine their physicochemical advantages, and thus, the control and prediction of aggregation is critical for many applications. An off-lattice kinetic Monte Carlo (KMC) simulation was performed to investigate the aggregate evolution from primary particles to three-dimensional fractal aggregates, at three different volume fractions. We have found that at low volume fraction, aggregation kinetics is slow, and aggregate morphology is widely open and stringy, with fractal dimension of (D_f) 1.8, in which the system is constantly preserved in the dilute regime. In denser volume fractions, however, the aggregation kinetics appears to be accelerated and aggregate morphology is more compact and less stringy due to the transition from dilute to dense regimes. Moreover, the volume fractions determine what kind of coagulation mechanism may occur to produce aggregates with different morphologies. At low volume fraction, coagulation is predominated by coagulation between aggregates in which the maximum probability of interpenetration event is only 18%. This suggests that aggregates at low volume fraction can maintain their self-similarity behavior. While at high volume fraction, coagulation is predominated by two subsequent coagulation mechanisms, namely, primary particle–aggregate and aggregate–aggregate interaction. The probability of interpenetration event increases up to 40%. In addition, the interpenetration process as well as the primary particle–aggregate coagulation, particularly in the dense regime, could produce superaggregates with a hybrid structure with a high fractal dimension at large size scales and a low fractal dimension at small scales. A detail mechanism for the formation of superaggregates was discussed.

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Calculating the Parameters of the Fractal Aggregates Formed in a Bidisperse Suspension

The fractal properties of aggregates (clusters) formed in a bidisperse (two-phase) suspension through the attachment of fine particles to a coarse fraction, taking the dependency of the fractal dimension of the aggregate on its size into account, are studied. The correlation coupling parameters of the initial and limiting states of the suspension (for the complete aggregation of the primary particles) is obtained based on the balance of the number of particles. The influence of the key parameters of the suspension, as well as of the factor of variable fractal dimension on the typical characteristics of fractal clusters, is analyzed.     

On the relevance of accounting for the evolution of the fractal dimension in aerosol process simulations

A population balance model is presented, which tracks particle growth in the gas phase and accounts for simultaneous agglomeration and sintering: Simulations reveal the evolution of the full distribution of a volume equivalent diameter and, amongst others, the evolution of the agglomerate collision diameter, a mean primary particle size and the number of primary particles per agglomerate. Furthermore, assuming fractal behaviour of the growing agglomerate particles—for the first time—a model for the evolution of a mean value of the fractal dimension based on physical and process parameters is proposed and incorporated into the simulation model. PARSIVAL, a commercial solver for integro-differential equations is employed to solve the equations involved. It is based on a generalised finite-element scheme with self-adaptive grid- and order construction. Calculations are performed to validate the model against monodisperse and sectional models published in literature for the exemplary case of Si production. The results are in good agreement if the same simplifying assumptions are made. However, results obtained from the new model for both—isothermal and non-isothermal process conditions—clearly show that it is important to consider the changing fractal dimension in many cases.     

谷壳热解过程中颗粒孔隙结构分形特性

由于颗粒相本身的复杂特性,因此研究者多是对生物质颗粒定性或就某一方面进行描述。借助分形理论可以对颗粒物理结构进行全面而精确的表征。本文利用分形BET方程,基于非线性最小二乘法,提出一种新的分形维数计算途径。该方法是根据多层吸附理论,对氮气等温吸附/脱附法测定的数据分析,直接获得表征整个吸附范围的颗粒分形维数,同时回归得到吸附过程中的吸附层数。分析表明,该方法计算得到的分形维数在数学层面上可以很好地表征颗粒内部微孔特征,同时通过对计算得到的吸附层数分析发现该计算结论也能被多层吸附理论解释,表明该方法在物理层面上也符合实际情况。利用该方法计算得到谷壳在快速热解条件下焦颗粒分形维数的变化。     

混凝土孔结构及其分形维数与氯离子扩散性能的关系

氯离子扩散系数是研究海洋环境下混凝土结构耐久性的重要参数之一。通过开展不同水胶比混凝土的压汞试验和盐雾扩散试验,研究了混凝土内部孔隙率、孔径分布及临界孔径对氯离子扩散系数的影响规律。结合Menger海绵体模型,建立孔体积分形维数与氯离子扩散系数的关系。结果表明:孔隙率和临界孔径与无量纲化氯离子扩散系数的相关性很高,可作为反映混凝土氯离子扩散性能的重要参数;通过数学分析计算得到的孔表面分形维数分布在2.56~3.86之间,孔体积分形维数分布在2.85~2.98之间;基于压汞法和分形理论计算得到的孔体积分形维数可以作为评价氯离子扩散系数的指标,在孔径小于10 nm、10～100 nm、100～1 000 nm以及大于1 000 nm四类区间,氯离子扩散系数随孔体积分形维数的增加而下降。