基于分形理论的烟丝尺寸分布表征方法

为研究烟丝尺寸分布特性,推导了烟丝筛下累积质量百分比与分形维数的相关性方程,探讨了分形维数与端部落丝量的关系。结果表明:①根据粒度分形理论建立了烟丝尺寸分布分形模型,由该模型计算出的烟丝筛下累积质量百分比与实测值吻合程度较好(R2=0.9403),表明烟丝尺寸分布满足分形特性;②同种配方烟丝,分形维数越大,相同孔径筛网下烟丝比例越大,烟丝的特征尺寸越小;③端部落丝量M与烟丝分形维数D的相关性较好(R2=0.9007),说明分形维数作为端部落丝量的一个量化指标,可为加工过程中工艺参数的优化提供依据。     

模拟储粮堆积情况探究盒维数影响因素

为研究粮堆渗透率的影响因素,基于分形理论,探究与渗透率密切相关的分形维数的影响因素。首先使用EDEM软件模拟粮堆形成过程,验证图像二值法盒维数检测法的准确性,再用此法测得粮堆截面的分析维数,探究粮食入库速度和颗粒均匀度两因素对分形维数的影响。结果表明,粮堆分形维数与渗透率正相关,较大的粮堆渗透率有利于后续粮堆的温度控制和机械通风降温能耗的降低。堆粮的入库速度对于粮堆的渗透率有较大影响,模拟发现单个运粮机速度为14.3 t/h时,分形维数较大,渗透率较大,同时不影响堆粮的效率;粮堆的堆积方式对于渗透率的影响较小,采用运粮机自然堆积方式对粮食比较有利。计算结果对于指导粮食入库具有参考意义。     

羊毛纤维集合体的分形结构与其保暖性的关系

针对羊毛纤维集合体结构特征往往难以得到有效表征这一问题,将分形的概念引入羊毛纤维集合体的结构表征,利用计盒维数的方法,计算了5种不同质量的羊毛纤维集合体的分形维数,同时采用平板式保温仪测定了羊毛纤维集合体的保暖性能;随后定量关联了羊毛纤维集合体的分形维数与其基本结构参数和保暖性指标之间的关系。结果表明：利用分形维数来表征纤维集合体的结构特征是可行的,随羊毛纤维质量和体积分数的增大,集合体的分形维数增大,这说明集合体中的纤维结构更杂乱;随分形维数增大,集合体的克罗值和保温率增大,而传热系数减小,即纤维集合体的保暖性增强。     

基于分形理论的谷物干燥试验研究

研制了小型谷物流化干燥试验台,根据分形多孔介质导热理论建立了干燥水分输运模型,最后进行谷物干燥试验研究,分析了各个参数对干燥特性的影响。试验分析结果表明：在相同试验条件下,通入热风温度越高、风速越大、颗粒分形维数越大,其干燥速率越快,并且所建立的理论模型与干燥曲线变化规律相吻合。     

植烟土壤颗粒分形特征及与主要养分的关系

为给烟区土壤理化性状评价提供新的方法,采用GPS定位技术,在云南省陆良烟区采集土壤样品341个,运用土壤颗粒质量分形模型计算了烟区耕层土壤颗粒质量分形维数D值,并分析了分形维数的总体特征、分布规律及其与土壤质地、颗粒分布和土壤养分的关系。结果表明,土壤颗粒质量分形维数D值在2.524~2.928之间,平均为2.823,依次为轻粘土重壤土中壤土轻壤土,土壤质地越粘重,分形维数越大;土壤颗粒质量分形维数与土壤粘粒含量(质量分数)呈极显著正相关关系,与粉粒及砂粒含量呈极显著负相关关系,粘粒含量每增加10%,分形维数D值增加0.05个单位,粉粒含量或砂粒每增加10%,分形维数D值分别下降0.09和0.06个单位,土壤颗粒质量分形维数在一定程度上可直观地反映土壤颗粒构成;分形维数D值与有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾含量(质量分数)极显著正相关,与有效磷含量极显著负相关,土壤颗粒质量分形维数在一定程度上可用于表征土壤的养分状况。     

用压汞法计算冻干物料的表面分形维数

本文阐述了通过压汞测试获得冻干物料孔隙分布特性表面分形维数的方法,以冷冻干燥牛肉和火鸡肉为例计算了表面分形维数。研究表明:采用压汞法能够简便和合理地获得冻干物料的表面分形维数,可采用表面分形维数对冻干物料内部孔隙结构的粗糙和复杂程度特性进行定量描述;冻干物料的表面分维值主要与物料的孔隙分布特性有关,小孔的体积份额越大,物料的表面分形维数也越大。     

利用分形理论求解织物渗透率

介绍了一种利用织物的分形分析解模型求解织物渗透率的新方法。该模型是根据织物的孔隙结构具有分形特点,建立起渗透率与织物的分形维度、织物结构参数之间的函数,从而预测织物的渗透率。以平纹织物为例,对纱线的结构模型进行改进,使其更准确地求解出织物的渗透率。     

莲子微波真空干燥特性及其微观结构的分形特征

本文研究了不同干燥参数(微波强度和真空度)对莲子微波真空干燥特性、微观结构和宏观物性(收缩率和复水率)的影响,利用盒计数法定量描述微波真空干燥莲子微观结构的分形特征,并以标准分形维数(ΔFD/FD0)来构建微波真空干燥莲子宏观物性(收缩率和复水率)与微观结构间的函数关系。结果表明,莲子干燥至平衡含水量所需时间随微波强度或真空度的增加而减小。莲子收缩率随微波强度的增加呈现先减小后增加的趋势,而复水率则呈现出先增加后减少的趋势;随真空度的增加,莲子收缩率逐渐减小,而复水率呈现出先增加后减少的趋势。分析维度可定性描述微波真空干燥莲子的微观结构,分形维数越大,莲子的复水率和收缩率就越大,同时分形维数与复水率和收缩率间具有良好的线性关系,可用分析维度来推测莲子的物理特性。     

木材切削表面粗糙度的分形表征

用分形维数表征木材切削加工表面粗糙度。提取杉木、竹材分别经过刨切和砂光加工的表面粗糙度轮廓曲线,用结构函数法计算轮廓曲线的分形维数数值。结果表明:木材切削表面微观形貌具有分形特征,随着分形维数数值的增大,轮廓曲线的复杂程度增强,对应的表面粗糙度参数Ra则减小。分形维数数值不随测量尺度变化而变化,可以准确反映出木材切削加工表面微观几何形状误差。     

装饰纸图案纹样的分形表征

采用分形维数对木纹、石纹、抽象纹和金属纹4种常用装饰纸图案纹样进行表征。结果表明,4种装饰纸图案纹样均具有分形特征,其分形维数比较结果为：木纹〉抽象纹〉金属纹〉石纹。分形维数可以作为表征装饰纸纹样的立体感和秩序度的量化评价指标之一。     

基于片烟图像处理面积及feret直径的分形分析

为解决传统工艺法检测片烟结构时存在时效性差、准确性低及对片烟损伤度大等问题,采用图像处理技术并结合分形理论的方法,运用计盒维数法计算片烟分形维数,分析了片烟分形维数与片烟面积、feret直径的分形特性。结果表明:(1)IPP图像处理软件测量结果与正方形标准面积的T检验p=0.2270.05,片烟参数的测量值与真实值无显著差异。(2)利用计盒维数法测定片烟分形维数,其拟合回归方程的决定系数均超过0.81,且方差分析结果 P值均小于0.05。(3)片烟面积、feret直径与片烟分形维数均呈极显著正相关关系,且分形维数D与ln S、lnφ所拟合方程的R~2分别为0.994和0.960,即片烟面积及feret直径对片烟分形维数影响程度不同。(4)建立的片烟分形维数模型的拟合方程均方根误差RMSE为0.016、误差平方和SSE为0.025、决定系数R~2达0.996,且模型检验绝对误差均值为0.014、相对误差均值为1.130%,拟合度良好且精确度高。(5)小片片烟分形维数范围0.664D≤0.829;中短片片烟分形维数范围0.829D≤1.000;中长片片烟分形维数范围1.000D≤1.201;大片片烟分形维数范围1.201D≤1.615。     

分形在纺织中的应用

分形是人们在自然界和社会实践活动中所遇到的不规则事物的一种数学抽象，被广泛应用于数学、计算机科学、力学、物理学、化学、生物科学、地质科学、社会科学、人文科学以及艺术等各个领域，随着科技的发展，分形方法在纺织领域中对织物疵点检测、分形涤纶开发、求解纤维集合体的渗透率、分析织物表面形态、纤维结构分析等方面的应用也日益增多。     

基于罗非鱼肌肉微结构分形维数表征的冻融过程品质变化分析

为研究罗非鱼片经冻融过程后品质变化规律及机理，选用规格为（130±10）g的新鲜罗非鱼片为样品，分别在－4、－18、－30 ℃条件下进行不同次数的反复冻融处理，拟将样品品质指标与微结构分形维数建立关联，采用分形维数表征冷冻鱼肉中由因冰晶而形成的多孔微结构，并测定相应的品质参数。结果表明：分形维数随冻融次数的增加而呈下降趋势。在－4、－18 ℃和－30 ℃下冻融4 次后，鱼片的分形维数从初始的1.925分别下降到1.815、1.843和1.853，且伴随着总峰面积、弹性、硬度的降低以及电导率、总挥发性盐基氮含量和总色差ΔE的升高，这些参数的变化量总体随着冷冻温度的降低而降低。相关性分析结果表明，不同温度下分形维数与这些传统品质指标存在显著相关性（P＜0.05，P＜0.01）。综上，本研究证明了分形维数是一种评价冻融过程中罗非鱼片品质的新颖、可行的方法。     

食品粉体颗粒流动性分形维测试法

食品粉体颗粒粒度分布分形维能很好的表征颗粒群粒度分布。本文通过建立适合于数字显微方法测定粉体颗粒粒度分布分形维数值的数学模型,探讨食品粉体流动参数与颗粒粒度分布分形维数值间的关系。结果表明:食品粉体颗粒粒度分布分形维数值可以用于表征食品粉体流动性,各流动性表征参数与粒度分布分形维数值间具有明显的相关关系。因此,可以采用粒度分布分形维数值作为食品粉体流动性能的评价指标。形成了可靠、简洁的食品粉体流动性能测试新方法。     

亚临界法提取百香果籽油工艺优化及其组分分析

本文采用亚临界法提取百香果籽油,基于单因素试验(提取温度、提取次数和提取时间等),通过正交试验及统计方法优化亚临界法提取百香果籽油工艺参数及获得影响提取率因素的主次顺序,结合百香果籽粉末SEM表征及最优提取工艺条件下的重复实验结果,验证优化结果的可靠性。通过对百香果籽油的FT-IR和GC表征,确定百香果籽油主要组分及含量;通过TG/DSC表征,探讨百香果籽油的热稳定性。结果表明：亚临界法提取百香果籽油最佳工艺条件：提取温度50 °C、提取3次、50 min/次,该工艺条件下百香果籽油提取率(23.776±0.178 %)高于超声和索氏提取。亚临界提取中的温度和次数、温度和时间及次数和时间二因素作用对百香果籽油提取率可见显著正协同效应;温度、次数和时间三因素的正协同效应促进百香果籽油提取率显著增加。亚临界法提取所得油的组分更丰富(11种),不饱和脂肪酸含量(88.88%)更高。百香果籽油在氮气气氛下热稳定好,超过347 °C开始热分解。     

基于介电参数同步监测苹果静压过程生理变化

采用万能试验机对红富士苹果施加一定大小的静压力,在静压12 h的过程中,通过平行板电极法同步监测其介电参数,通过针状电极法同步监测其细胞外液体积分数。结果表明:随着静压力的延长,苹果相对介电常数和损耗因数增大。静压力一定时,随静压时间的延长,相对介电常数和损耗因数增大,细胞外液体积分数增大,且静压力越大细胞外液体积分数越大。细胞外液体积分数与相对介电参数高度相关(r0.9),可通过介电参数的变化间接反映苹果生理变化。按照果实介电参数的变化,将其静压过程中的生理变化分成3个阶段:t≤0.5 h称为跃变阶段,此阶段介电参数平均变化率为28.19%/h; 1 h≤t≤3 h称为渐变阶段,此阶段介电参数平均变化率为4.24%/h;4 h≤t≤12 h称为稳定阶段,此阶段介电参数平均变化率为0.67%/h,基本保持稳定。本研究为果品静压过程中理化品质和生理状态的同步监测研究提供新思路,也为采用介电特性法快速评价其受伤程度提供理论指导。     

分形维数

基于盒维数法,分析了分形维数量测的各种方法,从二维的盒维数法到三维的立方体覆盖法(CCM)、改进立方体覆盖法(ICCM)、差分立方体覆盖法(DCCM)以及相对差分立方体覆盖法(RDCCM),并解释了各种方法对二维曲线以及三维粗糙面的覆盖原理。其次案例分析了四种三维分形量测方法的异同以及选用原则。最后总结展望了实际工程中分形维数对机械加工、三维重建的指导以及微观分析的辅助作用。     

非织造材料孔隙结构的定量表述

利用计算机图像处理技术,提取了孔隙尺寸、孔隙形状和纤维取向分布等直观表达非织造纤维材料结 构的参数;利用新的几何学———分形几何,对非织造纤维材料的孔径分布情况进行分析,获得孔径分 布分形维数。在此基础上研究纤维网单位面积质量和特征长度对纤维网结构的影响,以及孔径分布 分形维数与通透性能之间的关系。     

加热方式对鱼糜凝胶特性的影响

以鲢鱼糜为原料,研究蒸制、煮制及微波加热对鱼糜凝胶品质的影响,采用分形分析鱼糜凝胶微观结构,并初步探讨鱼糜微观结构与鱼糜凝胶特性的相关性。结果表明：加热方式显著影响鱼糜凝胶的硬度、咀嚼性、凝胶强度、破断强度和微观结构参数(P≤0.05),对内聚性、凹陷深度、持水性有一定影响。相关性分析表明：分形维数较大和平均当量直径较小时,鱼糜凝胶的硬度、咀嚼性、凝胶强度、破断强度、凹陷深度和持水性都较大。     

磷脂与游离脂肪酸对油脂烟点和氧化稳定性的影响

考察了磷脂含量、游离脂肪酸含量、游离脂肪酸碳原子数和不饱和度对花生油和山茶油烟点和氧化稳定性的影响。结果表明:磷脂含量对油脂烟点影响很大,含量越高,烟点越低,对油脂氧化稳定性表现出不同规律,其对花生油氧化稳定性有一定的提高作用,而对山茶油则影响不大;游离脂肪酸含量越高、游离脂肪酸碳原子数越少和不饱和度越大,油脂的烟点越低、氧化稳定性越差,并且相对于氧化稳定性,对烟点的影响要大得多。