湍流边界层均匀动量区统计分形特性的PIV实验研究

均匀动量区(UMZs)作为动量相近的局部区域成为新的湍流拟序结构成员,研究其统计特性与变化规律、分析其成因和研究其与其他湍流结构的内在关联,是深入认识壁湍流的重要途径.通过粒子图像测速系统(PIV)测量得到了具有高时空分辨率的湍流边界层流法向流场,对UMZs分区和界面位置等进行了统计,并基于瞬态流场分析了UMZs分界线与发卡涡(包)为主的湍流结构的位置关联,结果发现:UMZs流向速度概率密度函数(PDF)和界面厚度的统计分析呈现普适的分形特性,且不受湍流/非湍流界面(TNTI)和雷诺数的影响;瞬态流场UMZs数目在湍流间歇区较大,而湍流结构发展充分、层次丰富时的瞬态流场UMZs数目却较少;壁湍流涡包结构内多个发卡涡的空间分布规律决定了UMZs的统计分形特征;在近壁UMZs分界线向湍流结构存在区域集中靠拢,在外区UMZs分界线穿越展向涡核,正向涡旋导致UMZs分界线在法向上的聚集,反向涡旋引起UMZs分界线在流向上产生分离.

巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的分形特性

以分维为工具,以分维数为中介参数刻画巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的形态特征,研究发现,该区星状沙山多单独分布,其沙山高度较综合型星状沙山及复合型星状沙山小,一般多在100～200m之间,形态相对简单,因而其分维数较小(D=1 042462)。综合型星状沙山,为在巨大的沙山体上迭置有次一级的星状沙丘,其规模小于复合型星链状沙山,高度多达200～300m,该类型沙山形态结构较星状沙山复杂,因而其分维数高于星状沙山(D=1 119346)。复合型星链状沙山,是构成该区域高大沙山的主体,其相对高度大于300m,平均为309 43m,最高可达465m,沙山形态结构颇复杂,在其巨大的沙山体上迭加有许多相同类型的次一级沙丘及古沙丘,规模也较综合型星状沙山大,因而其分维数最大(D=1 148164)。

长江口南槽沉积物粒度的分形特性分析

运用分形理论,对长江口南槽沉积物粒度分布的分形特征进行了分析,讨论了沉积物粒度分维值与传统粒度分析参数的关系,指出了粒度分布无标度区分区临界粒径rc的指示意义,提出了用rc来划分悬移质中的床沙质和冲泻质的方法.长江口南槽沉积物样品的粒度分布在大于1.059μm的粒径范围内具有明显的分形特征,分维值的范围在2.384～2.568之间,平均值为2.488;若以粒度分布无标度区的分区临界粒径rc作为悬移质中床沙质和冲泻质划分的临界粒径,则划分长江口南槽悬移质中床沙质和冲泻质的临界粒径在0.954～1.385 μm之间,平均为1.059μm,对应的颗粒的累计质量百分比在4.54%～10.97%之间,平均为8.23%.

基于单轴压缩CT实验条件下混凝土破裂分形特性分析

本文首先利用单轴压缩条件下混凝土CT资料，对有裂纹出现的σ=20．59～31．03MPa阶段的CT图像进行了裂纹提取操作。在所取得的裂纹图像的基础上，利用码尺法、盒计数法、小岛法和Sandbox法对其分维数进行了计算。最后，对裂纹分维数随加载过程的变化进行了分析，利用分维数的演化信息讨论了混凝土破裂的分形特性。

非均质岩石单轴压缩试验破坏过程细观模拟及分形特性

为了细观模拟非均质岩石试样单轴压缩试验的破坏过程,提出了一种新的有限元数值模拟方法。该方法以莫尔-库仑破坏准则为基础,将岩石视为非均质和准脆性材料,并假定岩石单元的抗剪强度参数服从正态分布。有限元细观模拟结果表明,岩样非均质性对本构关系曲线形状有显著影响,模拟的应力-应变曲线与试验曲线基本吻合。基于分形几何理论,采用计盒维数方法计算单轴压缩试验不同荷载条件下的岩石破坏分形维数,建立了分形维数与顶部位移之间的非线性演化模型。分形分析研究表明,岩石试样的破坏过程具有分形特性,分形维数可用来定量地表征单轴压缩试验岩样破坏过程。

小麦籽粒形状参数分形特性研究及应用

小麦籽粒的长度、宽度、厚度、单粒质量等参数是小麦籽粒品质检测分级的重要参数。采用适合离散函数的网格法研究小麦籽粒的长度、宽度、厚度、单粒质量等参数间的分形特性。研究表明对于研究的4种小麦籽粒,各参数间的分形维数在0～1之间,厚度与宽度间的分形维数差别较大,样品数为40和45粒时,利用厚度与宽度间的分形维数可将4种小麦籽粒完全分开。

机械密封摩擦副端面形貌的分形特性

介绍了表征粗糙表面形貌分形特征的Weierstrass-Mandelbrot函数式,分析了判断粗糙表面形貌分形特性的功率谱法和结构函数法。采用AF-LI型触针式表面轮廓测量仪测量了GY70型机械密封摩擦副端面的径向及周向轮廓曲线。利用结构函数法分析了端面轮廓的分形特性,通过计算得出动环端面径向和周向分形维数分别为1.293,1.291,静环端面径向和周向分形维数分别为1.288,1.283。研究结果表明,GY70型机械密封摩擦副动、静环端面轮廓均具有统计自仿射分形特性且各向同性。

气流床煤气化水系统中絮凝物的絮凝及分形特性

以气流床煤气化细渣与超纯水配制的悬浊液为煤气化黑水的模拟水样,借助工业絮凝剂研究了细渣的絮凝过程。考察了絮凝剂添加量、水样p H值、絮凝时间、搅拌时间等条件对絮凝效果的影响规律。通过热台显微镜观测了悬浮物在水溶液中的絮凝过程,引入分形理论对絮凝物絮凝过程图像进行分析,结合悬浮物浓度测试,揭示分形维数变化所表征的絮凝效果。实验结果表明絮凝体分形维数与絮凝后悬浮物浓度呈现负相关性,即分形维数越大,絮凝后的悬浮物浓度越小;絮凝物的分形维数随絮凝时间增加先增大后减小;絮凝体分形维数和絮凝体球度、角度之间存在指数关系,且相关性较大,分形维数会随絮凝体的角度增加而增大;絮凝体分形维数指标可用于絮凝物絮凝过程的研究。

沥青混合料矿料级配分形特性研究

该文以嵌挤密实型沥青混合料级配分形分析思路对比分析了连续级配和间断级配的分形特性,结果表明:连续级配、嵌挤密实型沥青混合料级配和间断级配具有二度域分形特征,可以按照二度域分形级配来研究。在此基础上,结合二度域级配分形特征图,引入参数K、ΔD、tana和∠a详细阐述了连续级配、嵌挤密实型沥青混合料级配和间断级配三者之间的内在关系;探讨了参数K的几何、物理意义及其与沥青混合料性能指标的相关性。研究结果表明:参数K、ΔD、tan a和∠a可定量反映连续级配、嵌挤密实性沥青混合料级配和间断级配三者之间的转化关系;其中参数K物理意义是粗细集料的相对粗细比,几何意义是二度域分形级配直角坐标系中级配坐标点与坐标原点连线的斜率;参数K可定量反映粗细集料的相互作用情况,可作为沥青混合料级配的分形评价指标,结合矿料级配分形参数,建立了沥青混合料级配分形指标体系。

厦门岛海岸线分形特性演变规律的研究

滨海城市海岸线的空间特征演变规律及其影响因素对于陆海统筹的空间规划具有重要的研究意义。将改进的归一化水体指数(Modified Normalized Difference Water Index, MNDWI)和Canny边缘检测法相结合,从Landsat遥感影像中提取了厦门岛1976-2018年共九景海岸线,并对其进行分形分析。采用自主编写的图像分形维数计算程序计算了研究期间厦门岛海岸线的盒维数,总结分析了其变化趋势以及变化原因。结果表明:厦门岛的海岸线具有分形特性,其盒维数的变化范围为1.098 9~1.118 1,先后经历降低、增加、再降低和最后缓变四个阶段,总体呈现下降的趋势;进一步分析,发现厦门岛在快速发展进程中,海洋工程对海岸线空间形态复杂性有显著的影响,其中,填海造陆工程的实施导致海岸线盒维数降低,而港口、码头建设却导致盒维数增加。盒维数的变化程度间接反映了海洋工程对海岸带的改造程度。本研究对厦门海岸线分形特征的分析,可为该区域资源开发、生态保护和城市规划提供有价值的参考依据。

二氧化硅气凝胶的纳米结构与分形特性

二氧化硅气凝胶是用溶胶－凝胶法经超临界干燥工艺制得的新型轻质纳米多孔材料．用ＢＥ．Ｔ、ＳＥＭ、ＳＡＸＳ等手段研究了其纳米结构．发现不同催化制条件下制备的气凝胶纳米结构不同，且具有不同的分形特性．同时，对干燥过程、陈化过程等对气凝胶纳米结构的影响也作了研究与讨论．

细粒钢渣干式磁选精矿品位分形特性研究

选取转炉钢渣经破碎、筛分,通过自行研制的磁选机进行不同磁辊转频、分选行程下干式磁选试验.基于分形理论,根据产率计算方法计算各粒级精矿品位值,建立双对数分形方程式,研究各分选参数下精矿品位分形特性.结果表明,不同磁辊转频和分选行程下分形维数均值分别为2.25和2.31,分形特性显著、磁选机分选性能稳定,分选行程相对于磁辊转频对精矿品位影响较大;分形维数与磁辊转频二次函数负相关、与分选行程二次函数正相关;以分形特性优化磁辊转频、分选行程为44.56 Hz和11.52 mm,精矿回收率、品位达66.75%和58.46%.

引信海洋回波信号的分形特性研究

首次利用实测的引信海洋回波数据 ,分析其分形特性。从统计特性、自相似性、无标度区间分数维、多重分形特性等方面进行了研究 ,数据仿真表明引信的海杂波存在分形特性 ,和雷达杂波相比 :前者的分维值明显高于后者 ;前者的分维值弥散区间略小于后者 ;通过IFS对杂波进行逼近 ,逼近的信噪比前者高于后者。从而表明 ,引信海杂波的分形程度较雷达杂波更好 ,更适合使用分形理论建模。这一结论对引信海杂波的分形建模、抑制海杂波干扰以及分形背景下引信对抗研究具有重要意义。

非饱和黏性土土水特征曲线的分形特性研究

铁路工程中地基土往往处于非饱和状态,而土水特征曲线是表征非饱和土工程特性的重要关系曲线,进行铁路地基土土水特征曲线的研究,对分析其沉降特性具有重要理论意义。基于Van Genuchten模型,得到非饱和土土水特征曲线空气进气值的理论解;并结合非饱和土孔隙体积的分形模型,得到一种利用Van Genuchten模型参数直接求解分维数的方法。通过非饱和土压力板仪测量4种不同干密度和初始含水率情况下的非饱和黏性土土水特征曲线,分析干密度和初始含水率对非饱和黏性土分维数的影响。研究结果表明:建议的分维数计算方法是合理的;非饱和地基土分维数与干密度近似呈线性关系,并随着干密度的增大而增大;非饱和地基土分维数与初始含水率也近似呈线性关系,但随初始含水率的增大而减小。

关联表面分形特性的润滑模型

在分析表面粗糙度与材料表面分形特性关系的基础上 ,将分形特性引入润滑方程 ,提出了关联表面分形特性的润滑模型 ,并分析了润滑模型中压力流量因子和剪切流量因子与表面分形维数之间关系 .计算结果表明 :在相同分形维数 (D)下 ,随着微突体纵横比 v的增大 ,压力流量因子和剪切流量因子相应增大 ,且其随分形维数 D的变化同随油膜粗糙度比 H的变化相比呈现出更强的不规则特性 ,出现局部最大和最小值 。

麻醉期心率变异性的分形特性分析

采用关联维数、分形维数、尺度指数分析38例受试者麻醉期心率变异性信号的分形特性。结果表明:麻醉期心搏周期有显著性的分形特性变化,麻醉状态下心率变异性信号的关联维数(P<0.000001)明显低于清醒状态,而短时程尺度指数α1(P<0.0001)显著性地高于清醒状态。说明了麻醉期心率变异性信号的分形特性有明显地变化,提示运用非趋势波动分析方法分析麻醉期心率变异性信号的分形特性更适合于临床麻醉深度监测。

沥青混合料数字图像分形特性分析

利用沥青混合料数字图像技术,以直观的沥青混合料颗粒级配体积特征为研究对象开展了分形特性研究,从级配颗粒填充理论的角度,分析了沥青混合料颗粒级配组成和矿料间隙分布的统计自相似分形特性,给出了相应的分形维数计算方法。试验结果表明,采用"小岛法"可以定量描述级配颗粒组成的分形特性,利用"计盒维数"能够描述沥青混合料矿料间隙在行车荷载作用下发生变化的分形特性。

煤粒孔隙的分形模型与分形特性研究

为了定量表征煤粒孔隙结构特性,选取褐煤、烟煤和无烟煤3个不同煤阶煤样分别破碎成3个不同粒度的煤粒进行压汞试验,基于Menger海绵模型和热力学模型对试验数据进行处理,研究了煤粒孔隙的分形特性。研究表明:基于Menger海绵模型得到的试验曲线不符合线性关系,曲线分为2段,前段分形维数DM大于3,后段线性拟合度太低;采用热力学模型分析孔隙分形特性时,曲线呈现显著的线性关系,拟合度均在0.98以上,且分形维数DT均在2~3。表明热力学模型较Menger海绵模型更适合研究煤粒孔隙的分形特性。DT随着煤粒度的减小而减小,且煤粒度对其影响较小;DT随着煤阶的升高而减小,并从煤变质作用的角度分析了其原因。

分形特性角度定位研究

提出一种将分形理论用于PCB图像定位的新方法 .以PCB上的矩形定位标志图像为研究对象 ,分析其边缘特性 ,结果表明图像边缘具有典型的分形特性 ;用去除边缘异常噪声加补偿的方法对图像边缘进行处理 ,消除噪声对图像边缘对应的分形曲线特性的影响 ,得到较精确的边缘分形曲线分形维数 ;推导出图像转动角度与图像边缘分形曲线分形维数的理论关系式 ,根据边缘曲线的分形维数精确地得到了目标图像的转动角度 ,解决了PCB板的精确。