增强型地热系统地下渗流场的模拟分析

采用自行开发的数值模型,模拟分析循环流体在双井增强型地热系统(EGS)地下热储中的渗流过程,系统分析不同水力渗透条件热储中流场形态的变化规律.结果表明,重力作用和流体动静压转换造成的"基础压差"与循环流体在地下裂隙岩体中的沿程阻力之间的相对大小是决定热储中流场分布形态的重要因素,而循环流量大小对热储内渗流场形态影响非常有限.基于此,我们提出水平井和多井环绕布局两种抑制流体短路的方案,为EGS的建设提供理论指导.     

热储周围岩石热补偿对增强型地热系统采热过程的影响

采用自行开发的增强型地热系统(EGS)地下热流动过程三维动态模拟软件,模拟不同地质条件下EGS的长期运行过程,分析热储周围岩体的热补偿对产热温度以及热储内岩石、流体温度演化的影响.该数值模型视热储为等效多孔介质,采用两个能量方程分别描述流体和岩石的温度场,深入探究岩石与循环流体之间的换热过程.研究发现,热储周围岩体的热补偿作用与热储内流场形态强烈相关,且并不总是提高EGS的生产温度.在深度方向上有较大的优势流动的热储中,热补偿作用在EGS运行早期甚至会降低采出流体的温度.随着EGS的运行,热储温度持续降低,热补偿将对热能开采的影响将逐渐转向正面,对生产流体温度的提高效果增强.     

几种断裂问题的分形描述

 给出了临界裂纹扩展力、裂纹分叉和裂纹扩展速率的分形描述，讨论了断口分形维数测量中的有关问题。     

分形理论在碳化材料三维烧蚀热防护计算中的应用

烧蚀过程中的传热传质对烧蚀防护工程具有重要意义,准确的温度评估可以为高超声速飞行器的热防护结构和烧蚀材料的设计提供有效的支持.由于材料烧蚀形成的碳化物是一种典型的多孔介质,其结构具有自相似性,可以用分形理论来描述.在烧蚀计算中引入了分形渗透率张量模型进行计算.针对烧蚀过程中热解气体在碳化层中的扩散方程、温度、材料等参数对烧蚀过程的影响,对不同迂曲度分形维数和不同孔径分形维数材料三维球头进行了数值模拟.计算结果表明:材料的孔径分形维数越小,迂曲度分形维数越大,热防护效果越好.      

气体吸附法测定二氧化硅干凝胶的分形维数

提出了一种方便、科学有效的利用气体吸附法测定二氧化硅干凝胶等多孔材料分形维数（表面分形维数和孔分布分形维数）的方法，不需要进行一系列的吸附/脱附实验，只需要利用单一气体的一次吸附/脱附实验得出的样品孔分布、比表面数据，与不同的标尺进行关联，即可同时获得表面分形维数和孔分布分形维数.通过误差分析和校正，保证了结果的可靠性.用上述方法测定了二氧化硅干凝胶的分形维数，以FHH法和SAXS法对所得结果进行了比较和验证，并对吸附/脱附过程所得结果的差异进行了初步分析. 关键词： 分形维数 气体吸附 二氧化硅 干凝胶     

利用分形理论研究气液界面特性

利用分形理论对Lennard-Jones12-6流体气液界面性质进行了研究。得到了密度分布及温度分布,将表面张力 与气液界面的分形维数进行关联。分形维数是界面层所固有的,它与界面的其它特性有着本质的联系,因此,可以通过测 量界面层的分形维数,再利用此分形维数确定界面的其它特性。这种全新的测量界面特性的方法有望由此产生。     

随机分布烟尘团簇粒子辐射特性研究

基于分形理论,采用蒙特卡罗方法对随机分布的烟尘团簇粒子结构进行了仿真模拟,利用离散偶极子近似(discrete dipole approximation, DDA)方法研究了随机分布的烟尘团簇粒子的辐射特性,分析讨论了分形维数、原始微粒粒径和数量以及复折射率对随机分布烟尘团簇粒子辐射特性的影响.研究表明,在给定分形维数的情况下,烟尘团簇粒子的辐射特性取决于原始微粒粒径、数量及复折射率;原始微粒较小的团簇粒子,当分形维数较小时,吸收截面变化不明显,但当分形维数大于2时,吸收截面骤然增大,然而,对于具有比较大的原始微粒粒径、数量及复折射率的烟尘团簇粒子,吸收截面随着分形维数的增大而单调递减;随着分形维数的增大,团簇粒子的散射截面、消光截面及单次散射反照率均单调递增;从整体上来讲,团簇粒子的辐射特性与等效球形粒子的辐射特性存在着比较大的差别,并且这种差别随着分形维数的增大而减小.该工作对研究气溶胶粒子的辐射及气候效应具有重要的科学价值. 关键词： 烟尘团簇粒子 辐射特性 离散偶极子近似方法     

二维颗粒破碎过程的计算机模拟

以材料力学为基础构建单颗粒破碎模型,通过分子动力学方法模拟二维颗粒的破碎过程.结果表明:最终的颗粒大小分布为幂律分布,其分形维数为1.1,与实验结果相符,表明颗粒的破碎是一分形过程.     

薄膜中缩聚型分形的计算机模拟

在计算机生成的二维多晶上，利用不均匀晶粒的熟化机理，对薄膜中的缩聚型分形进行了计算机模拟．分析了影响缩聚过程的各主要因素，引入了三个参数：晶界速率因子ｂ，弛豫范围Ｌ和周界曲率因素Ｕ．在一定的参数范围内，均可得到与实验图像相类似的多分叉的分形图样     

裂隙多孔介质双重逾渗模型的算法实现

简要介绍基于孔隙逾渗和裂隙逾渗叠加的双重逾渗模型,阐述模型的原理、算法及其实现过程.初步研究模型的分形特性,认为分形维数D是能够衡量模型连通性的重要参数.最后探讨模型的蒙特卡洛数值计算方法,兼顾计算精度与计算耗时,提出可操作的计算规模.     

花簇分形无标度网络中节点影响力的区分度

大量研究表明分形尺度特性广泛存在于真实复杂系统中, 且分形结构显著影响网络上的传播动力学行为. 虽然复杂网络的节点传播影响力吸引了越来越多学者的关注, 但依旧缺乏针对分形网络结构的节点影响力的系统研究. 鉴于此, 本文基于花簇分形网络模型, 研究了分形无标度结构上的节点传播影响力. 首先, 对比了不同分形维数下的节点影响力, 结果表明, 当分形维数很小时, 节点影响力的区分度几乎不随节点度变化, 很难区分不同节点的传播影响力, 而随着分形维数的增大, 从全局和局域角度都能很容易识别网络中的超级传播源. 其次, 通过对原分形网络进行不同程度的随机重连来分析网络噪声对节点影响力区分度的影响, 发现在低维分形网络上, 加入网络噪声之后能够容易区分不同节点的影响力, 而在无穷维超分形网络中, 加入网络噪声之后能够区分中间度节点的影响力, 但从全局和局域角度都很难识别中心节点的影响力. 所得结论进一步补充、深化了基于花簇分形网络的节点影响力研究, 研究结果对实际病毒传播的预警控制提供了一定的理论借鉴.     

科赫分形基底上受限固-固模型动力学标度行为的数值研究

为分析基底结构对离散生长模型动力学性质的影响, 本文在随机游走指数十分接近而分形维数和谱维数均不相同的科赫格子和科赫曲线分形基底上对受限固-固(restricted solid-on-solid)模型的生长过程进行数值模拟研究. 通过分析表面宽度和饱和表面极值高度的统计行为发现: 随机游走的动力学指数能够对饱和粗化表面的动力学行为起主要贡献. 尽管分形基底具有不同的分形维数和谱维数, 但是在两种分形基底上得到了在误差范围内相同的粗造度指数. 两种分形基底上饱和表面相对生长高度极大(小)值分布分别可以很好的塌缩在一起, 且很好的满足Asym2Sig函数分布.     

含随机裂纹网络孔隙材料渗透率的逾渗模型研究

采用逾渗理论对含随机裂纹网络的孔隙材料渗透性进行研究. 开裂孔隙材料渗透率的影响因素包括裂纹网络的几何特征、孔隙材料本体渗透率以及裂纹开度, 本文使用连续区逾渗理论模型建立了渗透率的标度律. 对于裂纹网络的几何特征, 本文基于连续区逾渗理论并考虑裂纹网络的分形特征提出了有限区域内二维随机裂纹网络的连通度定义; 对随机裂纹网络的几何分析表明, 随机裂纹局部团簇效应会降低裂纹网络的整体连通性, 随机裂纹网络的标度指数并非经典逾渗理论给出的固定值, 而是随着网络的分形维数的减小而增大. 本文在网络连通度和主裂纹团的曲折度的基础上, 提出了开裂孔隙材料渗透率标度律的解析表达, K=K₀(K_m,b)(ρ-ρ_c)^μ, 分别考虑了裂纹网络的几何逾渗特征 (ρ-ρ_c)^μ、孔隙材料渗透率K_m 以及裂纹开度比b; 对有限区域含有随机裂纹网络的孔隙材料渗透过程的有限元模拟表明, K₀ 在裂纹逾渗阈值附近与b呈指数关系, 但当裂纹的局部渗透率与K_m比值高于10⁶ 后, 开度比b对渗透率不再有影响.     

二维孔隙裂隙双重介质逾渗规律研究

在孔隙介质逾渗理论的基础上，将另外一个非常重要的渗透通道——裂隙引入到介质的逾渗研究中，提出了更为普遍的孔隙裂隙双重介质的逾渗研究方法.通过对二维平面孔隙裂隙双重介质的数值计算，得到了孔隙裂隙双重介质三个重要参数：孔隙率，裂隙分形维数、裂隙数量分布初值与逾渗概率的关系，给出了孔隙裂隙双重介质逾渗阈值的数学表达式，揭示了孔隙裂隙双重介质的逾渗规律. 关键词： 孔隙 裂隙 双重介质 逾渗 逾渗阈值     

RIKEN介观器件腔中粒子输运过程的混沌性质及分形自相似结构研究

研究了粒子在RIKEN介观器件中的输运性质, RIKEN器件的理论模型是二维Sinai台球的一种, 是研究粒子逃逸曲线混沌性质和分形规律的理想模型之一. 采用逃逸曲线定性比较和分形维数定量计算两种方法, 得到了开口宽度、腔长、拐角位置、圆弧半径等器件参数对逃逸曲线混沌区域分布的影响规律. 结果发现逃逸曲线中存在分形自相似结构, 揭示了粒子在RIKEN介观器件腔中输运过程存在的混沌性质, 并首次运用"眼式结构"分析和相似比比较等方法对分形自相似结构进行了验证. 关键词： 介观器件 混沌性质 分形自相似 分形维数     

分形在物理学中的应用

 一、分形理论的基本内容分形是对没有特征长度但有某种意义下的自相似性的形体和结构的总称。分形体系是具有无标度性的自相似结构。自相似结构可用分形维数来表示,这个维数可以是分数,或是一个连续变化的数。分形维数是描述分形的重要参数,有多种定义和计算方法。一般地,如把一个Ｄ维几何物体的尺寸放大Ｌ倍,就得到ＬＤ个原来的几何图像。令ＬＤ=Ｋ,则有Ｄ=ｌｎＫｌｎＬ上式可作为豪斯道夫维数的定义,并且能毫无困难地推广到非整数的范围。分形几何中的主要角色是由传统数学中的“病态”结构所扮演的,如科契曲线、谢尔品斯基海绵等,它们都具有严格的自相似结构,属于有规分形。     

X分形晶格上Gauss模型的临界性质

采用实空间重整化群变换的方法,研究了2维和d(d>2)维X分形晶格上Gauss模型的临界性质.结果表明:这种晶格与其他分形晶格一样,在临界点处,其最近邻相互作用参量也可以表示为K=bqiqi(qi是格点i的配位数,bqi是格点i上自旋取值的Gauss分布常数)的形式;其关联长度临界指数v与空间维数d(或分形维数df)有关.这与Ising模型的结果存在很大的差异. 关键词： X分形晶格 重整化群 Gauss模型 临界性质     

用分形理论研究低温条件下Al-Al界面间的接触导热现象

界面形貌是固体界面间接触导热的最主要影响因素 ,传统的形貌表征参数与仪器的分辨率和取样长度密切相关 ,因而基于这些参数的常规接触导热模型显然是尺度相关的。分形网络模型利用粗糙表面处处连续却不可微的分形特征 ,采用与尺度无关的分形参数 ,揭示了接触导热的本质 ,为准确预测接触热导开辟了一条新的途径。实验测定了粗糙表面的分形参数和低温条件下 Al50 52 - Al50 52界面间的接触热导 ,将接触热导的实验值与分形网络模型的预测结果进行了比较 ,并就接触热导与压力、分形参数和温度之间的关系进行了分析 ,指出分形网络模型的预测精度与分形参数相关联。     

水分子凝聚体系的介孔结构分形学

透射电镜研究表明，4,40-双硬脂酰胺基二苯醚在水中聚集、自组装成缠绕细纤维状聚集体，进而使整个体系形成三维网络结构．水分子被包囊在这个网络结构中，形成一种新型的凝聚体系(水分子凝胶)．水分子凝胶是一种典型的纳米介孔物质，其复杂的微孔结构可以用分形维数D来表征，通过气体吸附方法(孔度法和比表面积法)计算，求得水分子凝胶体系的微孔结构的分形维数为2.1?2.2．对于纤维状三维网络结构的分形表征，通过粘度法和Cayley分形树模型得出分形维数为1.98．由此推测其分形网络形成的过程是一个初始成核-生长-枝化的循环过程．     

固体薄膜中的分形生长

简要报道了作者近年来用离子束方法研究固体薄膜中分形生长现象的部分结果。例如，首次用离子束辐照使非晶态向晶态转变，在临界点观察到析出的Ｎｉ－Ｍｏ晶体的多核心凝素；离子束界面混合形成的类似于晶格动物的不连续分叉树形结构；磁相互作用对分形凝聚过程及其分形维数的影响；离子注入下与化合物形成相关的类ＤＬＡ结构等。