木材横纹有效导热系数的分形模型

提出了一个二维的分形模型来计算木材横纹有效导热系数.通过分析木材试样的扫描电镜照片，研究了木材横纹剖面的多孔结构特征，采用盒维数法计算了其分形维数.通过分析单一木材细胞的导热过程，采用热阻模拟方法分别推导了弦向和径向有效导热系数的表达式.实验得到各种木材的纤维多孔结构的分形维数约为1.4，由木材纤维孔隙率与分形维数的关系得到了有效导热系数随分形维数变化的表达式.利用分形模型对木材径向有效导热系数进行了计算，并与实验测量结果和文献中的数据进行了比较.结果表明，此分形模型可以对各种木材的横纹有效导热系数进行有效的预测，而且可以推广到不同含水率的情形.     

岩土体孔隙结构研究中的CT图像处理方法比较

为了更深入地揭示岩土体的力学特性及内在规律,对黏性土、岩石和泡沫混凝土等材料的CT扫描图像,分别采用灰度法和二值化法计算孔隙分形维数,研究了岩土体孔隙率与孔隙分形维数间的关系,对比讨论了这两种方法在孔隙结构分形特性研究的特点和适用性。结果表明:二值化法的处理效果取决于阈值的选择,并且采用以试样原始孔隙率为基准进行试算校核的阈值计算方法简单并且有效;而灰度法则较好地保留了更多的原始图像信息。对于不同的岩土体材料,其孔隙率与二值化法所得孔隙分形维数间均呈较好的幂函数关系。采用灰度法时,岩土体孔隙分形维数随其孔隙率的增大呈现微弱增大趋势,近似线性关系。总体来看,两种处理方法均可用于岩土体孔隙结构分形特性研究但各有优劣,应根据研究对象去选择适用的方法。     

基于分形的低反差图像增强方法

对于工业现场采集的一类低反差、噪声大的图像,经过非线性滤波后根据分数布朗随机场模型理论,从灰度空间变换到分形参数空间,并以归一化后的像素分形维数为加权值对图像进行分形增强.非线性滤波刻意避开对图像边缘的平滑,能在消除图像噪声的同时很好地保持图像边缘等细节信息.与直方图的灰度拉伸增强比较,分形方法增强具有突显灰度差别不大的目标边缘等重要细节信息和抗噪能力强的优点,为后续的图像识别作了很好的准备工作.     

Study on seepage and deformation characteristics of coal microstructure by 3D reconstruction of CT images at high temperatures

To study the seepage and deformation characteristics of coal at high temperatures, coal samples from six different regions were selected and subjected to computed tomography(CT) scanning studies. In conjunction with ANSYS software, 3 D reconstruction of CT images was used for the establishment of fluidsolid conjugate heat transfer model and coal thermal deformation model based on the microstructures of coal. In addition, the structure of coal was studied in 2 D and 3 D perspectives, followed by the analysis of seepage and deformation characteristics of coal at high temperatures. The results of this study indicated that porosity positively correlated with the fractal dimension, and the connectivity and seepage performances were roughly identical from 2 D and 3 D perspectives. As the porosity increased, the fractal dimension of coal samples became larger and the pore-fracture structures became more complex. As a result, the permeability of coal samples decreased. In the meantime, fluid was fully heated, generating high-temperature water at outlet. However, when the porosity was low, the outlet temperature was very high. The average deformation of coal skeleton with different pore-fracture structures at high temperatures showed a trend of initial increase and subsequent decrease with the increase of porosity and fractal dimension. The maximum deformation of coal skeleton positively correlated with connectivity but negatively correlated with the fractal dimension.     

中低煤阶煤层气储层孔隙结构分段分形特征

为明确韩城、保德区块煤岩孔隙结构分形特征,基于火柴棍模型,推导了新的分形特征表征方法,并利用扫描电镜实验和压汞实验数据对新方法进行验证,在此基础上研究了中、低煤岩孔隙结构分形特征。结果表明,火柴棍模型更能精确表征中、低煤阶煤岩的双重孔隙结构特征。在双对数坐标中,进汞饱和度与毛管压力成双线性关系,即以半径1 μm为界,中低阶煤岩孔隙结构具有分段分形特征,孔隙和裂缝具有不同的分形区间和分形维数。韩城、保德区块裂缝分形维数和孔隙分形维数分别在2.80~2.98和2.17~2.33,且裂缝分形维数随孔隙分形维数增加而增加,两类分形维数均随平均孔隙半径、孔隙度和渗透率的增加依次降低。表明煤岩分形维数可以作为储层评价的关键指标,分形维数越小,储层物性越好。煤岩分形维数能够表征其孔隙结构的非均质性,分形维数越大,孔隙结构非均质性越强。韩城、保德区块割理、裂缝的分形维数远远大于孔隙分形维数。     

基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的问题,利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。     

基于数字摄影测量技术的岩石表面分形维研究

基于数字摄影测量技术,结合计算机图形处理方法,对大理岩和花岗岩两种岩石试件的表面图像进行采集并处理,得到两种岩石光滑表面的二值图像.编制MATLAB程序,统计一系列以不同像素点为边长的正方形覆盖二值图像时的个数,根据像素量和正方形个数之间的关系确定图像的计盒维数;统计一系列在不同尺度下图形曲线的周长和面积,根据他们之间的关系确定图像的周长-面积关系维数,结果表明:两种岩石表面具有典型的分形特征,两种分形维数计算结果准确、可靠;数字摄影测量技术结合计算机图形处理方法适用于分形分析中.     

分形和空间灰度共生矩阵联合评价断口形貌研究

为了全面描述断口形貌特征，采用分形和空间灰度共生矩阵结合的方法，对4个典型断口形貌进行定量分析．结果表明：分形维数与断口的粗糙度和复杂度相关；灰度共生矩阵的每一个二阶统计参数都可以精确地描述断口形貌的某一特征，具有较好的纹理表达能力；将灰度共生矩阵的二阶统计参数和分形维数相结合组成多维特征集可以较完整地描述断口图像的纹理特征．分形和空间灰度共生矩阵的联合评价方法，可望实现断口类型的自动分类识别，同时对处理其它纹理图像具有一定的借鉴作用．     

用分形理论增强红外图像的方法

红外图像边缘模糊不利于人眼观察,为了改善红外图像的视觉效果,提高红外图像的可视度,采用分形布朗理论对红外图像进行增强.由分形布朗随机场的性质可知,图像的小区域范围满足自相似性,但区域的边界处的规律性被打破,因此边界的H值发生奇异,红外图像灰度表面粗糙度即被描述出来.首先计算图像每个像素的分形参数,根据人眼的视觉敏感特征把图像的像素进行分类,分为平滑点和边缘点,然后对各个像素分别加权增强.试验结果表明,增强图像突出了目标的轮廓,获得良好的视觉效果.由于该方法充分考虑视觉特性,可以解决红外图像边缘模糊可视性差的问题.     

升温氧化过程煤表面介观特征和分形参数研究

将原子力显微镜（AFM）用于煤表面结构研究,提出介观尺度下煤表面结构研究方法. 得出基于分形理论和AFM观测结果计算分形维数D的方法.实验分析证明,煤表面有明显的分形特征,在煤样的升温氧化过程中,分形维数随温度的升高趋于增大.     

煤对钙离子的吸附及其表面分形研究

采用静态吸附法研究了Ca~(2+)在煤表面的吸附动力学和热力学,用Langmuir和Freundlich方程对吸附等温线进行了拟合,并用Freundlich吸附分形模型计算了不同温度下煤颗粒表面的分形维数.动力学曲线表明Ca~(2+)在煤表面的吸附量先逐步增加,吸附50 min后吸附量趋于平衡;相关热力学函数(△G,△H,△S)计算结果表明煤对Ca~(2+)的吸附是一个熵增吸热过程;Ca~(2+)在煤表面的吸附等温线遵循Langmuir方程和Freundlich方程,但Freundlich方程拟合的线性相关性更好;在温度为298,308和315 K下,运用Freundlich吸附分形模型计算煤颗粒表面的分形维数分别为2.640,2.841和2.879.     

砂岩粒度分布分形特征研究方法探讨

按照分形理论的基本思想，分析了分形理论应用于砂岩粒度分布特征研究的可行性，介绍了粒度分形分布的判别方法，应用砂岩薄片粒度统计数据研究了粒度分布分形特征，提出了无标度区容量维的计算方法，并结合粒度序列关联维算法对某钻井分段岩芯砂岩样品薄片进行了粒度统计和分形维数计算．结果表明，砂岩粒度分布多数为正态分布和分形分布之间的过渡类型，即粒度分布仅在一定粒度区间内符合分形分布，据此计算得出的无标度区分形维数是描述砂岩形成环境差别及形成背景复杂性的定量参数，为利用粒度分析方法进行沉积环境解释提供了新的参考依据．     

三轴剪切过程中软黏土的微观结构及分形特征

土的物质组成和内部结构是决定土物理力学性质的主要因素;当土性质变化时,土中孔隙大小和形状变化最直观.为研究三轴剪切过程中软黏土微观结构变化特征,利用扫描电子显微镜获取了软黏土在不同应变速率和不同应变阶段的三轴固结不排水剪切试验后土试样的SEM图像;计算得到了软土的等效孔径和孔隙（颗粒）分维值.研究表明,该软黏土具有团粒-絮凝结构.试验前后软黏土中的孔隙均以小孔径、中孔径为主,大孔径孔隙分布较少;大孔隙主要存在于原状土和剪切破坏后土样中.剪切过程中存在一个影响孔隙分布随应变速率变化的应变阈值.软黏土具明显分形特征,孔隙分维值为1.891~1.750,颗粒分维值为1.825~1.908;在剪切过程中,颗粒分布分维值增大,孔隙分布分维值减小,孔隙大小和形状变化最显著.     

热线法同时测松散煤体导热系数及热扩散率

针对目前尚无理想的松散煤体热物性综合测试方法与系统的现状,研究了基于热线法的新的数据处理手段,同时测算松散煤体导热系数及热扩散率,并设计开发了测试系统.利用交叉热线法测松散煤体导热系数,结合平行热线温升数据通过数值解法计算热扩散率.实验测试表明:导热系数与热扩散率测试结果可重复性好,最大偏差仅为0.726%,且与相关文献参照值相符.     

计盒维数的算法优化及其在结霜现象中的应用

利用MATLAB数字图像处理功能,通过对二值图像网格划分过程中出现的不完整边界网格进行整合处理,优化了二值图像计盒维数计算方法,提高了计算结果的准确性和稳定性.研究中采用的算术阶递增序列网格划分方法,增强了该计算方法对图像尺寸的适应性.同时对分形图像递归深度及分辨率等因素对计算结果的影响进行定量分析,提出具有参考价值的控制条件.最后利用该方法对结霜过程不同时期的霜晶图像进行分形维数计算,并指出分形维数在描述结霜现象中的物理意义.     

Determination of permeability using fractal method for porous media

A theoretical formulation was developed to express permeability as a function of different fractal dimensions and other scales for porous media . The effective fractal void ratio, the spectral dimension and the fractal dimension of particle mass distribution were introduced. The permeabilities for different soils in China are calculated. The predicted permeability for rice soil was compared with the measured data available in literature.     

高温下高强混凝土导热系数反演及其变异性

为研究高温下高强混凝土（HSC ）的导热系数,对6种工况下的高强混凝土试件进行了高温试验,得到不同高温下高强混凝土的内部温度场。基于一维热传导理论和实测温度,利用差分原理推导的离散温度点表示的导热系数计算公式,反演分析了高温下高强混凝土的导热系数,并分析了高温下导热系数的变化规律及变异性;最后建立了高温下高强混凝土导热系数的计算公式。研究结果表明：高温下高强混凝土内部的温度变化可以分为3个阶段,高温下高强混凝土的导热系数随着温度的升高而逐渐降低,但是在200℃～400℃时出现反弹现象,500℃后趋于稳定;利用所建立的导热系数公式计算的温度场与相关文献中试验结果吻合较好。     

Relevance between abutment pressure and fractal dimension of crack network induced by mining

Based on the geological conditions of coal mining face No. 15-14120 at No. 8 mine of Pingdingshan coal mining group, the real-time evolution of coal-roof crack network with working face advancing was collected with the help of intrinsically safe borehole video instrument. And according to the geology of this working face, a discrete element model was calculated by UDEC. Combining in situ experimental data with numerical results, the relationship between the fractal dimension of boreholes’ wall and the distribution of advanced abutment pressure was studied under the condition of mining advance. The results show that the variation tendency of fractal dimension and the abutment pressure has the same characteristic value. The distance between working face and the peak value of the abutment pressure has a slight increasing trend with the advancing of mining-face. When the working face is set as the original point, the trend of fractal dimension from the far place to the origin can be divided into three phases: constant, steady increasing and constant. And the turning points of these phases are the max-influencing distance (50 m) and peak value (15 m) of abutment pressure.     

基于Matlab的浸锑石墨密封材料的分形特征研究

针对电厂用的2种浸锑和1种不浸锑的磨煤机用石墨密环材料,利用Matlab编写的分形维数计算程序计算其分形维数,并进行摩擦磨损实验.结果表明:未浸锑材料的相对磨损率约为浸锑的10～30倍,摩擦因素约为2倍;浸锑石墨材料的分形维数(约1.5～1.7)小于不浸锑的(约1.8);摩擦因数随着分形维的增加而增大,磨损量亦随着分形维数的增加而增大.