SOLUTE TRANSPORT IN THREE‐DIMENSIONAL SATURATED POROUS MEDIA HAVING SELF‐SIMILAR HYDRAULIC CONDUCTIVITY DISTRIBUTION1

ABSTRACT: Customarily, it has been assumed that hydraulic conductivity is a stationary, homogeneous stochastic process with a finite variance for stochastic analysis of solute transport in the subsurface. That the distribution of hydraulic conductivity may have a fractal behavior with long range correlations was suggested from field data analyses. This motivates us to further investigate how the fractal behavior of permeability distribution impacts solute transport in porous media. This study provides longitudinal and transverse macrodispersivity coefficients and the variance of the solute concentration. Longitudinal and transverse macrodispersivity coefficients are found to depend strongly on the fractal dimension (D) of logarithmic hydraulic conductivity (logK). The longitudinal and transverse macrodispersivity coefficients are the highest when D = 1, and the values decrease monotonically to zero at D = 2. Both coefficients correspond to the characteristic length scale of the logK distribution, thus are scale dependent parameters. The ratio of the transverse to the longitudinal macrodispersivity coefficient is on the order of 10^‐1 to 10^‐4. Concentration variance also decreases with the fractal dimension of logK. There is no spatial spreading of solute for D = 2, and the concentration variance reaches zero for this case.     

基于混沌时间序列分析的感光式火灾识别算法

采用混沌时间序列分析法对煤油和木材两种燃料的火焰信号进行了分析,通过主分量分析证明火焰信号属于混沌时间序列,煤油火焰、木材火焰和熄火信号的二维相平面图有明显的差异,它们的关联维和最大Lyapunov指数等混沌特征量的变化范围有所不同.该文通过数据挖掘,提出采用关联维判别火焰是否存在,同时配合最大Lyapunov指数判别燃料种类.所提出的火灾识别方法对发展感光式火灾探测器有一定的指导意义.     

天山公路溜砂坡动力学特性及分形特征试验研究

溜砂坡动力学特性研究是寻求有效防治措施的关键。本文通过天山公路溜砂坡的动力学特性物理模拟试验,初步探索了其崩滑的动力学机制,发现溜砂坡堆积呈现分形结构,表明其堆积过程是一个典型的自组织临界过程,整个坡体是一个广延耗散动力学系统。试验中发现了一种新的崩滑动力学机制——滑塌式崩滑,其失稳过程中存在一个潜在的滑动面,坡体呈现整体失稳的特征,颗粒呈现类似冲洪积物互层现象的堆积特征。     

关联维数在机械设备故障诊断中的应用研究

研究了混沌与分形的特征参数———关联维数的计算方法和参数的选择。以滚动轴承在正常、外圈故障、滚动体故障、内圈故障4种状态下的信号特征为标准样本,以其运行的实测信号为例,对时域信号进行了频谱分析,并进一步进行了关联维数分析。通过对滚动轴承振动信号的关联维数分析,证明了该轴承在4种不同标准状态下具有明显不同的关联维数特征。因此,按照相关性的大小,就可诊断出实测信号属于外圈故障状态信号。研究结果表明,关联维数分析方法在设备状态监测与故障诊断中,尤其是在非线性系统的故障诊断中显示出其独特的优势,具有较为广阔的应用前景。     

煤矿火灾过程仿真模拟系统的研究

以煤矿火灾理论和仿真模拟理论为基础，建立了描述煤矿火灾烟流扩散和风流状态的数学模型。运用面向对象技术和三维虚拟现实技术，开发了煤矿火灾过程三维动态仿真模拟系统。该系统通过逼真、形象的三维可视化，模拟火灾发展趋势，实现了火灾数值模拟与灾害现象真实描述的有机结合，为煤矿火灾影响范围和危害程度的预测提供了切实可靠的决策依据。     

城市地表灰尘颗粒体积分形特征及其吸附性

以地表灰尘颗粒分析数据为基础,运用分形模型,分析了芜湖市高新技术开发区地表灰尘颗粒的分维数.结果表明:19个地表灰尘样品的粒径较粗,粒径的平均值多出现在140～230 gm之间,峰值多出现在200～400 μm之间;分维数为2.5392～2.7408.平均值为2.665 7,pH值为7.97～12.36,平均值为10.22,呈较强的碱性.分维数与pH值之间的相关系数r=-0.221 0,相关性不明显;地表灰尘分维数对吸附性的影响效果不明显.     

一种异养生物膜(heterogeneous biofilms)活细胞生物量的空间变化

根据文献数据研究了一种正常发育的异养生物膜中活细胞生物量的空间变化特征,运用双自然对数相关分析和分形几何学分析方法发现：异养生物膜中活细胞生物量与生物膜的表面积或面积之间具有显著的双自然对数正相关关系;活细胞生物量在空间上呈现异速生长特性和分形几何学生长特征;活细胞生物量的分维值（D）指示了活细胞生物量在生物膜中空间分布的非均匀程度,并因随生物膜发育阶段变化而能够指示生物膜系统的发育演化进程,将生物膜活细胞生物量和分形几何学结合起来,提供了一种相对目前流行的像素分析法更为简便的认识生物膜空间结构及其变化的新方法。     

新疆玛纳斯河流域水资源及水文循环二元分化研究

根据已有的分布式水文循环模型及水文监测资料统计分析得出,玛纳斯河流域绿洲引用水对2000m以上的山地暂无影响,但人工绿洲却在平原区水资源再生循环竞争中居于优势地位,人工补给已占总补给量的73.5%,人工开采已占总排泄量的41.78%,平原区水循环发生了以人工水循环为主导的二元分化。人工绿洲、天然绿洲、过渡带和荒漠间生态统一性出现无序化趋势,人工绿洲水分垂向循环加强,蒸发下渗量加大,而天然绿洲及过渡带水平方向径流通量减少,可利用生态水量大幅减少,造成绿洲-荒漠生态呈现出对抗趋势。     

旅游景区(点)系统空间结构随机聚集分形研究——以南京市旅游景区(点)系统为例

根据旅游景区(点)系统自组织演化的特征,以南京市旅游景区(点)系统为例,采用随机聚集分形的方法对其空间结构进行了研究。认为景区(点)系统的演化类似于有限扩散集团凝聚模型,得出景区(点)系统空间结构是分形的,具有比较明显的随机聚集分形结构,在不同的地理区域上表现为不同的系统演化时段,空间结构上的向心性作用也有强弱之分,从系统的聚集中心向四周是景点密度衰减的。指出随机聚集维数的测算与分析是景区(点)系统空间结构自组织优化趋势的判据,同时提供了优化的途径。     

颗粒物微界面吸附模型的分形修正--朗格缪尔(Langmuir)、弗伦德利希(Freundlich)和表面络合模型

运用分形理论修正了颗粒物微界面吸附模型,建立了朗格缪尔(Langmuir)、弗伦德利希(Freundlich)和表面络合模型的分形吸附等温线方程式．其中,朗格缪尔(Langmuir)吸附等温线的分形表达式为：Γ=ΓmCc^1/m／(b^m Cc^1/m),指数m与颗粒物表面分维Ds的关系如下：m∝ac^D/2-1∝ro^Do-2;表面络合模型的分形表达式为：Γ=ΓmCs^(n/x)/(b^(n/x) Cs^(n/x)),而且lgb=lg(ks／kb) pH,指数x／n与颗粒物表面分维Ds的关系如下：x／n∝0^D/2-1∝r0^D-2;相应的弗伦德利希(Freundlich)吸附等温线的分形形式分别为：Γ=(Γm／bm)Cs^1/n,Γ=(Γm／b^(x/n))Cr^(n/x),通过对献中的数据的模拟初步讨论了分形模型的适用性,结果表明,它们具有更接近于实际的描述微界面吸附过程的能力,通过lg(x／n)=lgk’ (Dn-2)lgro计算出土壤颗粒和尾矿砂颗粒的表面分形维数分别为2．42和2．72。