多孔和复合媒质直流电导率的计算方法(Ⅱ)——应用于各向同性和各向异性复合材料

本文系统地讨论了复合媒质直流电导率的第一性原理计算方法,导出了计算定域各向异性的复合材料的有效电导率的积分方程,提出了计算有效电导率张量的简便方法。我们计算了定域各向异性材料的有效电导率张量。还发展了计算无周期性的更一般的复合材料的理论方法。另外,本文提出积分方程近似计算的一种新方法(双基展开法)。该方法可用于对孔隙度大的复杂结构作精确的理论计算,并具有节省计算时间的优点。 关键词：     

多孔媒质中液体的电声耦合

多孔媒质是充满连通管道的物质。在研究多孔媒质中液体的流动现象时发现，当流体相对于固－液界面处的带电表面运动时，由于液流和电磁场的耦合就出现了电声耦合（电动）现象。电动法同地震法结合，有可能成为油藏探测的潜在方法。     

含成层杂质的复合媒质的电导性质

本文用瑞利模型研究含成层杂质的复合媒质的直流电导性质,推导了适用于此类复合媒质的广义瑞利恒等式,并定义系统的有效电导率。对于具有立方对称性的系统,给出复合媒质有效电导率的解析计算公式。 关键词：     

各向异性超常媒质矩形波导的导波特性研究

研究中通过建立和求解填充各向异性超常媒质的矩形波导TE模式和TM模式的波动方程和场分布方程,讨论了各向异性超常媒质矩形波导的有效介电常数、有效磁导率、相位常数以及传输系数与所填充超常媒质本构参数之间的变化关系.研究发现,填充了各向异性超常媒质的矩形波导的导波特性在截止频率之上的频率区域,其导波特性由所填充超常媒质的横向本构参数决定,而与超常媒质的纵向本构参数无关.但是,在截止频率之下的频率区域,该矩形波导的导波特性则由所填充超常媒质的横向本构参数和纵向本构参数共同决定.研究中通过典型的计算实例对所得到的结 关键词： 各向异性 超常媒质 矩形波导 导波特性     

流体饱和多孔媒质极中漏Lamb波

从Biot理论出发导出了外界有流体负载时多孔媒质板中漏Lamb波的特征方程，具体计算了水馆和玻璃融珠板中漏Lamb波的传播速度随频率的变化以及多孔板表面流阴抗对两个最低阶漏Lamb波速度和衰减的影响．采用超声透射谱实验技术，测量了浸没于水中的玻璃融珠板在开孔状态下一定频率范围内的色散关系．理论和实验符合得较好．     

计算机辅助的数字通信频谱分析

从Fourier级数出发 ,到任意闭区间上可积函数的Fourier分析 ,给出了数字信号Fourier分析的理论基础。以字符“b”为例 ,建立了严格的数学模型 ,严密推导了Fourier系数表达式。阐明了Fourier级数的“项”和“n阶Fourier级数”(前n项和 )的概念。详尽地分析了信道通频带B与Fourier阶数n(展开式“保留”项 )的关系。借助计算机计算了n≤ 10 0时各Fourier级数项和前n项和 ,并用Plot将计算结果绘成曲线 ,获得n≤10 0时各级Fourier展开曲线。与数字信号对照 ,Fourier级数的取项与波形的关系显而易见 ,特别是n取值较小时 ,Fourier级数取项少 ,波形失真严重 ;所以在B一定时传输速率不能过高 ,否则 ,由于波形失真而导致信号出错。     

固体中多孔媒质球的声共振散射特性

利用Flax等提出的声共振散射模型,以铁中多孔石墨为例数值上研究了平面声纵波入射时固体中多孔媒质球体背向散射纵波和散射横波的频谱以及不同阶分波的共振散射谱,并由此研究了铁中多孔球形石墨不同模式的共振频率随石墨孔隙率的变化。结果表明,球形石墨的背向散射谱及各阶分波中的共振频率均随孔隙率的增加向低频移动,其形态也发生变化。因此,如果用实验测定球墨铸铁样品的超声背向散射谱或各阶分波中共振频率,有可能确定多孔石墨的孔隙率。     

一维无序体系电子跳跃导电研究

建立了电子隧穿电导模型,推导了一维无序体系新的直流电导公式.通过计算20000格点无序体系的直流电导率,分析了直流电导率和温度及外场电压的关系,讨论了无序度对直流电导的影响.计算结果表明,无序体系的直流电导率随无序度的增加而减小;外加电场较小时,电导率相对较大,且出现一系列峰值,电压较大时,电导率反而较小;无序体系在低温区出现了负微分电阻特性,电导率随温度的升高而增大,在高温区电导率随温度的升高而减小.计算结果和实验符合很好 关键词： 无序体系 电子隧穿 直流电导率     

多孔材料分形扩散模型的Fourier-Bessel级数算法及其应用

将Fick扩散定律的Fourier三角级数算法推广成多孔材料分形扩散模型的Fourier-Bessel级数算法,并把它应用于化学工程中吸附问题涉及的浓度分布与相对吸附量的计算中,取得一些规律性认识.由于分形扩散模型是在Fick扩散定律的基础上增加了表征微观结构的参数d_f和θ,研究多孔材料中的浓度分布与相对吸附量时,与Fick扩散定律的研究结果相比,定性上基本一致,在定量上有差别,d_f和θ对扩散传质过程的影响各有侧重,用它们可更好地描述多孔材料中的扩散过程.     

流体饱和多孔圆柱体的声波散射

依据BiotStoll的流体饱和多孔媒质声传播理论,考虑了流体粘滞和骨架非弹性损耗引起的衰减因素,研究了多孔圆柱体对平面声波的散射特性.计算了在开孔和闭孔状态下多孔圆柱的背向散射形式函数和散射声强的方向分布,以及边界处的力学状况和声传播中的损耗因素对散射特性的影响.利用宽带超声实验系统测量了多孔圆柱的背向散射谱.实验测量结果与理论预计值符合得较好 关键词：     

纤维增强复合媒质中的超声散射

为了用超声方法评价纤维增强复合媒质中纤维／母材的界面特性，本文建立了三层柱状固体媒质声散射截面积和纤维增强复合媒质中声衰减的计算方法。当纤维／母材界面层厚度与波长相比很小时，用两个劲度常数描述纤维与母材之间力学量的边界条件，得到了计算纤维增强媒质中声衰减的简化模型。本文还从数值上计算了纤维／铝复合媒质中超声纵波衰减与界面特性、超声频率的关系。     

声脉冲在多孔性媒质界面上的反射

本文在理论上分析球面脉冲声波在空气和理想的多孔性媒质界面上的反射问题。在声源为脉冲点源的情形下,给出反射脉冲声波的一般表示式。对以下三种情况做了较详细的分析:(1)声源和接收点在垂直于界面的同一直线上,半无限厚多孔性媒质;(2)声源和接收点在垂直于界面的同一直线上,多孔性媒质层;(3)掠射,半无限厚多孔性媒质。脉冲声波在媒质层上的反射是以声脉冲在媒质层内多次反射和透射来处理的。文中还给出实验结果和理论计算的比较。     

基于四能级原子系统模型增益媒质激光原理研究

作为超材料研究中的重点,增益媒质因其放大特性而表现出良好的应用前景．本文基于四能级原子结构系统模型,引入一种全新的抽运机理：高斯抽运．用时域有限差分方法对增益媒质激光产生原理进行模拟计算．数值模拟结果表明,该模型和新抽运机理的频谱特性、阈值特性以及动态演化过程和理论分析一致．研究结果可为计算更复杂超材料系统提供参考．     

负折射率媒质雷达散射特性分析

 从负折射率媒质的本构关系出发,应用分段线性递推卷积(PLRC)方法推导出负折射率媒质中的时域有限差分（FDTD）计算公式,建立了基于分段线性递推卷积的FDTD方法(PLRC-FDTD)。并应用该方法计算了负折射率媒质覆盖导体柱的雷达散射截面,分析了负折射率媒质参数对其雷达散射截面的影响。结果表明,恰当地选择负折射率媒质参数能有效减小目标的雷达散射截面。     

一维二元非对角关联无序体系跳跃电导特性

在单电子紧束缚无序模型基础上，建立了一维二元关联无序体系电子跳跃输运直流电导模型，并推导了其直流电导公式，通过计算其直流电导率，探讨了格点能量无序度、非对角关联及温度、外场对体系跳跃电导的影响.计算结果表明，一维二元无序体系的直流电导率随着格点能量无序度的增大而减小；当引入非对角关联时，体系出现退局域化现象，从而使体系的直流电导率增大；温度对体系的电子输运的影响表现为体系的直流电导率随温度的升高而增大；在外加电场的调制下，体系的直流电导率在强场区随电场强度增加而增长很快，呈现出非欧姆定律特性，但在弱场区外场的作用不明显. 关键词： 二元无序体系 跳跃电导 格点能量无序度 非对角关联     

负媒质模型的时域有限差分法分析

 负折射率媒质是一种人造媒质，在某一微波波段内其介电常数和磁导率同时为负值。对TE模电磁场满足的麦克斯韦方程组进行数值处理，解决了直接利用时域有限差分方法在Yee’s网格下计算负折射率媒质内部场分布时的数值发散问题。通过数值算例，验证了方法的可行性，模拟了负折射率媒质内部及周围的电磁场分布。     

分形多孔介质中的热传导

本文将多孔介质视为由骨架和空隙组成的二元混合介质,研究了多孔介质中的热传导过程,发现分形结构中的导热规律与孔隙的分布有关,存在着与实体导热完全不同的特征。计算表明,分形介质中的导热过程除了与基质(骨架)的分形维数有关外,还与基质率以及反映介质中热量传递动态过程有关。     

基于增益媒质的亚波长纳米阵列超传输特性研究

增益媒质因其优良的放大特性和广阔的应用前景吸引了国内外学者的广泛关注,然而,激发增益媒质补偿欧姆损耗需要较强的外部能量,极大地限制了增益媒质的发展前景。本文使用辅助位微分方程的时域有限差分方法研究了麦克斯韦方程与半经典的电子速率方程相耦合的自洽仿真过程,并基于四能级原子系统描述的增益媒质和异常光传输现象间的耦合机制,提出了一种新颖的含亚波长周期裂缝的增益/金属/增益纳米阵列结构。研究结果表明,本文提出的纳米结构可以使用较低外部能量实现完全补偿欧姆损耗的目的。该结果对深入了解纳米结构和增益媒质之间的相互作用有着重要的意义。     

复杂媒质散射特性的FETI分析

在分析复杂媒质的电磁场散射特性时,引入有限元撕裂对接法,对包含复杂媒质在内的整个计算空间做区域分解,通过合理的代数运算,将一个三维问题转化为二维问题进行求解,减小计算的复杂度.使用Krylov求解器,避免在形成交界面系统方程时,系数矩阵中的求逆运算.两个算例结果表明有限元撕裂对接法在分析复杂媒质散射特性时的正确性和有效性.     

随机多孔介质的蒙特卡罗重构与渗流特性模拟

根据多孔介质微观结构的分形尺度标度特征,采用蒙特卡罗方法分别重构随机多孔介质的微观颗粒和孔隙结构,并基于分形毛管束模型研究多尺度多孔介质的气体渗流特性,建立多孔介质微观结构和宏观渗流特性的定量关系。结果表明：分形蒙特卡罗重构的多孔介质微细结构接近真实介质结构,气体渗流特性的计算结果与格子玻尔兹曼模拟数据较为吻合; 多孔介质气体渗透率随着克努森数的增加而增大,孔隙分形维数对于气体渗流的微尺度效应具有显著影响,而迂曲度分形维数对于表观渗透率和固有渗透率的比值影响可以忽略。提出的分形蒙特卡罗方法具有收敛速度快且计算误差与维数无关的优点,有利于深入理解多尺度多孔介质的渗流机理。