Simulation research on monomer agglomeration of nonmetallic inclusions in steel with a diffusion limited aggregation model

The monomer agglomeration of nonmetallic inclusions was simulated with a diffusion limited aggregation （DLA） model of the fractal theory. The simulation study with a random two-dimensional diffusion was carried out. The results indicate that the DLA model can be used for the simulation of agglomeration behavior of the cluster-type inclusions. The morphology of clusters was observed with SEM and compared with the simulated agglomerates. The modelling procedure of the DLA model is applicable for the agglomeration process. The uncertainty of agglomeration process and the persuasive average agglomerative ratio was analyzed. The factors about the agglomerative ratio with the collision path distance and the size of particles or seed were discussed. The adherence of the nonmetallic inclusions on the dam, the weir and the walls of a tundish, and the absorption of inclusions by stopper or nozzle were also discussed.

絮凝体的DLA分形模拟及其分形维数的计算方法

运用有限扩散凝聚(DLA)模型对絮凝体的成长过程进行了二维模拟.模拟絮凝体分别采用密度函数法、回转半径法、图像分析法进行分形维数计算,分形维数均随模拟絮凝体尺寸的增大而减小.三种计算方法的结果显示,密度函数法和回转半径法得到的分形维数基本相当,但图像分析法所得到的分形维数较小,约为密度函数法和回转半径法所得到的分形维数的0·8左右,其原因可能是图像分析过程中计算机对图像的识别误差所致.以DLA模型模拟得到的絮凝体内部的孔隙率随絮凝体尺寸的增大而增加.絮凝体中孔隙率的增加是絮凝体密度减小、结构松散的主要原因,也是絮凝体分形维数降低的主要因素.

絮体破碎过程的仿真及试验分析

为深入探讨絮体成长特征及其结构改善途径,借助一种简化的破碎模式对絮体破碎过程进行计算机仿真,并将仿真结果用于分析不同水动力学条件下破碎后再形成时絮体粒度和结构的演变过程.结果表明,与远离质心的区域内颗粒重组相比,絮体致密性主要取决于其质心附近颗粒的空间分布;絮体破碎后生成粒度较小但结构较为致密的碎片,在适宜的水动力学条件下有利于颗粒进入其内部或者均匀地排列在其周围,实现质心附近颗粒的重组,进而改善絮体结构.此外,还建立了絮体分形生长模型,并对絮凝工艺的操作提出优化建议.

酸压裂缝内酸液指进的计算机模拟与分形研究

酸压裂缝内,低黏度酸液在高黏度前置液中发生指进现象.该现象对酸压施工效果有非常重要的影响.指进现象的内在随机性、复杂的酸岩反应以及酸液重力等因素的影响使得酸液指进形态非常复杂,采用传统方法不能进行准确研究.改进了扩散限制凝聚模型,建立了酸液指进扩散限制凝聚模型;根据正交设计,共进行了9次模拟,得到了不同模拟参数控制的酸液指进形态;采用数盒子方法求得所模拟的指进形态的分形维数平均值为1.67;通过极差分析发现,反映射孔孔眼间距的衬边中心距对指进形态的分形维数影响最大.

基于DLCA模型的絮凝过程模拟与应用

在二维有限扩散集团凝聚(DLCA)模型基础上,利用Matlab软件建立DLCA模型,模拟絮凝体的生长过程。模拟结果表明:簇团数目与单个粒子数目随着循环步数增加而减小,盒子法计算模拟絮体获得的分形维数在1.341～1.551之间。屏蔽效应的存在使絮体呈现内部致密、外部疏松且高度多孔结构,模拟过程体现了分形的特征。实验采用聚合氯化铝絮凝剂处理模拟洗煤废水,盒子法计算真实絮体获得的分形维数在1.378～1.520之间,且随废水浓度增加而减少,与模拟结果相似性较高。

絮凝体的三维DLA模型分形模拟

以MATLAB为平台,编写三维扩散限制凝聚(DLA)模型程序,模拟絮体的生成,计算分形维数、空隙率等参数。用回旋半径法计算絮体分形维数,为了更好地计算分形维数,采用分段线性拟合。模拟结果表明:随着凝聚粒子数目从200增加到12000,分形维数随着粒子数增大而增大,最终趋于某一定值,空隙率则随着粒子数增大而减小。即随着凝聚体中粒子数的增加,凝聚体的扩张度逐渐加大,对于以DLA模式生长的凝聚体,随机运动的粒子较易进入凝聚体内部,从而引起分形维数增加,生成的絮体结构越来越紧密。空隙率的减小是分形维数增加的首要因素。

荷电粒子对分形结构的影响

在有限扩散凝聚（ＤＬＡ）模型基础上，讨论了部分粒子荷电对分形结构的影响。在一定荷电几率范围内（荷电几率Ｐ≤３０％），分形结构的维数随着粒子荷电几率的增加而增大，且分形结构的形状亦同时发生变化。给出了粒子荷电使分维增大的初步解释。

电解沉积的分形维数与ZnSO_4溶液浓度的关系

用电沉积方法得到了不同浓度硫酸锌电解液的分形凝聚图像；进行图像处理，得到了其分形维数与浓度的关系曲线；

凝结核对DLA的分形维影响

本文推广了经典DLA模型．经典DLA模型的凝结核是一个点，本文将凝结核扩充为正方形、圆、线段等情形，得到了相应的分支结构图及盒维数．结果表明分支结构图是不同的，但分形维是相近的。

三维空间下非均匀泥沙絮团分形维数计算方法比较

运用有限扩散凝聚模型对絮凝体的成长过程进行了三维模拟。在三维空间下，分别运用密度函数法、球体的回转半径法、沉降法推导了均匀沙、非均匀沙絮凝体分形维数的计算方法，建立模型计算并比较了各分形维数方法的计算值。结果表明：三种方法计算得出的分形维数均为1．75-2．19，回转半径法得到的分形维数略大于密度函数法和沉降法；均匀沙、非均匀沙维数均随颗粒数的增加而降低；非均匀沙絮团的分形维数略大于均匀沙絮团维数值。研究结果对黄河等高浊度细颗粒含沙水流的治理与处理具有一定的理论和实际应用价值。

疏水冷面霜晶生长的有限扩散凝聚模型

为了深入了解霜晶的动态生长过程,以有限扩散凝聚模型为基础建立了疏水冷面霜晶二维生长模型.通过在表面上设置不同冰珠数量来模拟冷面不同疏水性能,无涂层金属表面则布满冰珠;采用粒子在网格节点上随机移动来描述水蒸气分子的运动,粒子沿各方向移动的概率相同.数值结果表明,霜晶动态生长的可视化结果与实验图像在形态上保持一致;树枝状霜晶具有分形特征,相应的分形维数为1.44～1.78,与实验值相近.疏水冷面霜晶生长缓慢且分布稀疏;采用疏水效果不好的冷面的结霜情况与金属表面相似.

二维磁性团簇形貌及其分形维数的数值研究

在扩散限制凝聚（DLA）模型基础上，采用Monte Carlo方法模拟了具有幂次相互作用的磁性粒子动力学凝聚过程．重点研究了在不同幂指数。值下团簇的形貌及其分形维数Df随耦合参数膨的演化规律．模拟结果表明：对于较大的α值，即α=5时，团簇形貌随雕的变化较小，其分形维数Df一般在1．60～1．70；而随着α值的减小，团簇形貌随参数βC有一明显的演化过程，在模拟范围内，分形维数Df在1．20～1．95．

电力电缆介质击穿特性和状态监测方法

在对绝缘介质击穿特性分析的基础上提出了一种电力电缆状态监测方法．建立了含有缺陷点的绝缘介质击穿模型,指出电缆绝缘层内部及表面存在空洞、夹杂物和隆凸不平是缺陷产生的内在因素,缺陷点处的击穿概率较大．推断电缆的水树具有分形结构,属于有限扩散凝聚生长模型．借助于含有缺陷的绝缘击穿模型,利用电力系统固有的干扰作为信号源,直接测量电缆屏蔽层的损耗电流,监测电力电缆绝缘运行状态．仿真结果表明,当绝缘介质树化时,损耗电流的分形维数大于1,分形维数可作为判定电缆绝缘状态的依据．

HgO-HI-H_2O体系HgI_2晶体分形结构的生长模拟

为探究HgO-HI-H_2O体系中HgI_2晶体的分形结构/枝晶的生长条件及其生长机理,通过控制Hg^(2+)∶I-摩尔比为1∶7~1∶2间配制溶液,在氧化铟锡玻璃(ITO)上等温溶剂挥发生长了HgI_2晶体.采用津岛紫外-可见分光光度计分析枝晶溶液体系中存在的生长单元;利用LEICA-DM2500P偏光显微镜观察晶体形貌变化,确定分型结构的生长工艺条件;采用二维扩散限制凝聚理论(DLA)对比理论计算与实际枝晶的分型维数,分析枝晶的生长机理.研究结果表明:HgO-HI-H_2O体系中晶体生长单元为HgI_2分子;在[Hg^(2+)]∶[I^-]≤1∶6时,生长形貌为枝晶;在1∶6~1∶3间,晶体形貌为树枝晶与四方晶共存;离子比为标准计量时,生长形貌为四方晶.模拟[Hg^(2+)]∶[I-]=1∶7时的树枝晶形貌与实际晶体形貌非常符合,分形维数分别为1.48和1.45,表明远离平衡条件下,树枝晶是由分子布朗运动形成,其形貌受到分子扩散影响。

三维DLA模型与絮凝工艺影响因素分析

利用Matlab软件建立的三维扩散有限凝聚(DLA)模型,将三维DLA模型中的几个控制参数与实际絮凝工艺中的影响因素联系起来,通过改变释放粒子数目、初始释放半径、碰撞并粘附的概率,解释实际絮凝工艺中絮体成长过程变化规律,低浊水难以处理的原因,以及不同絮凝剂时不同碰撞并粘附的概率对絮体成长的影响。

基于改进扩散限制凝聚模型的点电极金属二维分形生长模拟

采用VB编程软件对传统扩散限制凝聚模型进行改进,通过改变特定漂移概率下的粒子数和运动步长,模拟点电极金属二维分形生长的过程。采用MATLAB软件对分形图进行分析时发现,分形维数随着粒子数的增多而逐渐增大,随着运动步长的增大而逐渐减小。模拟的分形图与特定条件下铜电沉积物的形貌较为吻合,分形维数相近,说明通过计算机模拟点电极金属二维分形生长是可行的。

分形维数作为废水絮凝处理效果的表征指标及其影响因素

通过编写MATLAB的二维扩散限制凝聚(DLA)模型程序,对絮体进行模拟仿真,模拟结果表明:絮体呈现内部致密、外部疏松及多孔的结构,用盒子法计算模拟絮体获得的分形维数在1.450～1.725之间。以硫酸铝为絮凝剂处理模拟高岭土废水,利用显微拍摄技术观察絮体结构,并用盒子法计算获得的絮体分形维数在1.36～1.50之间。同时实验考察pH值、絮凝剂用量、混凝温度对絮凝效果的影响,通过单因素实验与正交实验,获得了最佳工艺条件:pH值为6.5,絮凝剂用量为25 mg/L,混凝温度为25℃,在此条件下,高岭土废水经处理后浊度为4.26,絮体的分形维数为1.497。结果表明:絮体的分形维数越大,处理后废水浊度越小。分形维数可作为废水絮凝处理效果的表征指标之一。

RDX的分形生长探索

采用溶剂挥发法,在玻璃基底上制备出具有分形结构特征的RDX晶体,利用扫描电子显微镜(SEM)表征样品的形貌,初步研究了RDX溶液浓度及表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵对RDX分形结构的影响,并对RDX分形结构的形成机理进行初步分析。结果表明,借助玻璃基底上的非平衡结晶过程,可实现RDX的多种分形生长;当RDX浓度较低时形成具有明显主干与分枝的分形结构,浓度较高时形成无规分杈的分形结构;表面活性剂对RDX分形结构影响较大。

扩散限制凝聚过程的计算机模拟研究

利用多分散团簇-团簇凝聚模型,模拟了扩散限制条件下的凝聚过程,对生成的小粒度凝聚体的特征参数进行了研究。结果表明:凝聚体的回转半径与包裹半径随粒度的增加表现出近似一致的幂律变化趋势,但当模拟初始颗粒浓度接近和超过0.03时,二者会偏离分形标度,向更小值的方向发展,说明凝聚体形态结构对浓度的依赖性与凝聚体粒度无关。得到的二维凝聚体分形维数理论值为1.45。

基于有限扩散凝聚模型的边缘扩散效应研究

文章基于有限扩散凝聚模型,通过改变粒子初始能量并考虑粒子脱离团簇的概率,模拟边缘扩散效应对凝聚体的形貌和分形维数的影响.结果表明,随着初始能量的增大,边缘扩散效应明显,粒子进入凝聚体分枝内部的概率增加,从而导致凝聚体分形维数增大.但当能量增大到一定值后,凝聚体分形维数增长非常缓慢并趋于饱和.