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堆浸浸润面混沌特性与控制理论研究

作　者: 潘伟
导　师: 吴爱祥；阳雨平
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 堆浸渗流模拟混沌饱和区浸润面
分类号: TD80
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

饱和区范围是堆浸研究的重要课题。论文在综述国内外堆浸工艺研究成果的基础上,首次从非线性动力学角度,对堆浸浸润面进行了深入研究,目的在于揭示浸润面的演化机理,提出控制浸润面混沌的技术原型。浸润面影响规律及其与浸出率之间关系的研究是一项新的研究课题。本文采用自行设计的试验装置进行了室内模拟试验,探明了相关因素对浸润面高度的影响规律及浸润面高度与浸出率之间的关系。这项工作对于了解实际堆浸矿堆中浸润面的分布状况和溶浸液的渗透过程,从而合理地进行筑堆和布液以提高有用物质的回收效果具有一定的意义。在堆浸生产过程中,浸润面受多种不确定性因素的影响,因此浸润面的演化规律很难被准确描述。本文采用关联维及Lyapunov指数两个混沌特征量对室内试验中浸润面实测数据进行分析。结果表明,浸润面演化是一个混沌系统,最大Lyapunov指数可以作为评价渗流状态的指标。针对浸润面演化出现混沌状态,而混沌又会影响到渗流状态这一问题,根据参数微扰法的思想,提出了一种控制混沌的方法,即对时间序列动力系统叠加一个周期振动,通过分析叠加前后时间序列的最大Lyapunov指数,来判别系统混沌特性的变化,进而实现控制混沌。应用该方法对室内模拟试验浸润面实测数据进行了研究。结果表明,叠加周期振动可以抑制系统的混沌。在此基础上,提出了控制混沌技术原型—管注浸出法,并从理论上分析了采用管注法控制混沌的可行性。浸润面的演化是一个复杂的非线性动力系统,其非线性动力特性和有用矿物的浸出效果密切相关。为了进行非线性分析,必须通过观测获得必要的数据。对于观测结果,进行预测是一个重要内容。本文采用混沌局域预测法建立了一个线性模型对浸润面实测数据进行预测,预测结果表明,建立的混沌预测模型计算量较小,易于操作且预测精度较高。预测值符合实测序列的演化规律,可用来预测浸润面的演化。将混沌预测值与采用灰色GM(1,1)模型所得到的预测值进行了对比分析。对比分析表明,混沌时间序列模型要优于灰色模型。对于矿堆这样一种复杂的多孔介质而言,掌握矿堆中溶浸液渗流场分布规律至关重要。在长期的堆浸过程中,因重力和雨水作用使矿

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摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第一章绪论  9-19
  1．1 溶浸采矿的实质和意义  9-10
  1．2 堆浸研究现状及评述  10-18
    1．2．1 堆浸及其发展简况  10
    1．2．2 堆浸基础理论研究  10-14
    1．2．3 堆浸实践应用研究  14-17
    1．2．4 堆浸研究现状简要评述  17-18
  1．3 论文的研究目的及研究内容  18-19
第二章浸润面影响因素及其与浸出率关系的试验研究  19-37
  2．1 概述  19
  2．2 试验模型及材料  19-21
  2．3 试验系统及试验内容  21-36
    2．3．1 试验系统  21-22
    2．3．2 喷淋强度对浸润面的影响试验  22-25
    2．3．3 矿堆长度对浸润面的影响试验  25-28
    2．3．4 矿堆粒级组成对浸润面的影响试验  28-31
    2．3．5 矿堆底部不透水层坡度对浸润面的影响试验  31-34
    2．3．6 浸润面高度与浸出率的关系试验  34-36
  2．4 本章小结  36-37
第三章堆浸浸润面混沌特性分析  37-50
  3．1 概述  37-38
  3．2 非线性动力系统与混沌  38-41
    3．2．1 非线性动力系统  38-39
    3．2．2 混沌  39
    3．2．3 分维与分形  39-41
  3．3 相空间重构  41-42
  3．4 浸润面关联维分析  42-46
    3．4．1 G-P算法  42-43
    3．4．2 堆浸浸润面关联维分析  43-46
  3．5 浸润面最大Lyapunov指数分析  46-49
    3．5．1 Lyapunov指数  46-48
    3．5．2 最大Lyapunov指数计算方法  48
    3．5．3 堆浸浸润面最大Lyapunov指数分析  48-49
  3．6 本章小结  49-50
第四章堆浸浸润面控制混沌研究  50-61
  4．1 概述  50
  4．2 周期脉冲控制混沌的基本原理  50-51
  4．3 叠加周期信号的控制混沌方法  51-52
  4．4 堆浸浸润面控制混沌研究  52-56
  4．5 控制混沌应用的研究  56-59
    4．5．1 控制混沌技术原型的提出  56
    4．5．2 管注浸出法浸出机理  56-57
    4．5．3 管注浸出法主要工艺技术  57-58
    4．5．4 管注浸出法的优越性  58-59
  4．6 本章小结  59-61
第五章堆浸浸润面高度的时间序列预测  61-68
  5．1 概述  61
  5．2 混沌时间序列的相空间理论  61-62
  5．3 混沌时间序列预测模型的建立  62-64
    5．3．1 局域预测方法  62-63
    5．3．2 Pn的选型  63-64
  5．4 混沌预测及结果分析  64-67
    5．4．1 浸润面时间序列的频谱分析  64-65
    5．4．2 混沌预测结果  65-66
    5．4．3 混沌预测结果分析  66-67
  5．5 本章小结  67-68
第六章堆浸渗流场数值模拟研究  68-78
  6．1 概述  68
  6．2 Fluent简要介绍  68-69
  6．3 Fluent的应用现状及评述  69-70
    6．3．1 Fluent的应用现状  69-70
    6．3．2 Fluent应用现状的简要评述  70
  6．4 Fluent计算建模及数值模拟结果分析  70-76
    6．4．1 Fluent计算建模及数值模拟方案  70-71
    6．4．2 Fluent计算模型及参数的确定  71
    6．4．3 Fluent计算结果分析  71-76
  6．5 改善堆浸渗流场技术途径的初探  76-77
  6．6 本章小结  77-78
第七章全文结论  78-80
参考文献  80-85
附录  85-91
  附录1：攻读学位期间主要研究成果  85-86
  附录2：关联维计算程序  86-88
  附录3：最大Lyapunov指数计算程序  88-89
  附录4：浸润面时间序列图  89-91
致谢  91

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