车用催化转化器内流场的三维数值模拟的研究

运用多孔介质模型对催化器内部流动建立了数学模型，应用CFD软件Fluent对不同扩张管结构的流场进行了三维模拟。并利用实验数据验证了模型的正确性。在此基础上，用软件分析了扩张角和排气流量对催化器内流场的影响。计算机模拟为催化器的结构优化提供了依据。     

模拟草被覆盖下坡面水流阻力特性试验研究

探究植被覆盖下的坡面流阻力特性对土壤侵蚀模型的建立有着重要意义。通过3个坡度、7个流量和10个草被覆盖度下的定床冲刷实验，系统分析坡面薄层水流的流型流态与阻力特性。实验结果表明，坡面水流流态受到草被覆盖度与坡度的综合影响，主要分布在层流区及过渡流区。通过等效粗糙度和坡面水流流动阻力规律，推导出等效阻力系数fe的计算公式，公式表明草被覆盖度是影响水流阻力的重要因素，fe值随覆盖度增加而整体增大，实验结果显示当覆盖度在0%～37.68%的范围内时，等效阻力系数始终小于1.5；而当覆盖度在56.52%～94.2%的范围内时，fe由0.697～3.042增长至2.440～14.393。淹没度及雷诺数对等效阻力系数的影响与覆盖度密切相关，覆盖度低于18.84%时，等效阻力系数随淹没度与雷诺数的增加而呈减小趋势；而当覆盖度高于65.94%时，等效阻力系数随淹没度与雷诺数的增加而以较大的速率上升。研究结果以期为水土流失综合治理提供理论支撑。     

断齿式挤压脱水流道内流场数值模拟

为了探讨在间断距离影响下断齿式螺旋流道的脱水性能,采用双流体模型对断齿螺旋在20、35、50 mm 3种间断距离下的流场进行数值模拟,对比分析了3种结构参数模型下断齿式螺旋脱水装置工作性能、流道内颗粒浓度分布、颗粒速度分布及多孔介质区域内外压差分布情况。研究表明,数值模拟结果能够较为准确地推测断齿式螺旋挤压脱水装置的内部流动特性。50 mm间断距离下断齿式螺旋挤压脱水装置工作效率最大下降了7.9%,20 mm间断距离下出渣口颗粒体积分数下降3.2%;流道内颗粒体积分数变化分3个阶段,整体呈波浪型递增式趋势,间断长度对腔体内部流态影响较大。间断区对颗粒运动具有一定的缓冲作用,间断距离长短能够控制颗粒在腔体内的滞留时间。多孔介质区域内外侧压差在脱水后期增幅最大,相同工况下间断距离越小压差越大。本次模拟计算下最优间断距离为35 mm、出渣口压力为5 000 Pa、转速为50 r/min。该研究可为断齿式螺旋挤压脱水装置的设计提供参考。     

液环泵轴向叶顶间隙泄漏流动的等离子体控制数值研究

针对液环泵叶轮轴向叶顶间隙泄漏问题,提出采用介质阻挡放电等离子体激励对液环泵轴向间隙气相泄漏流动进行控制,耦合唯象学模型、RNG k-ε湍流模型及VOF气液两相流模型模拟不同激励电压下等离子体对泄漏流场的干扰作用,探究等离子体激励对间隙泄漏流场的调控机理。结果表明,等离子体激励诱导的壁面射流方向与间隙泄漏流动方向相反,诱导的反向壁面射流能够有效地抑制泄漏流强度,并在一定程度上改善间隙泄漏流引起的二次流动,降低间隙泄漏流动损失;同时在等离子体激励的非间隙区域,等离子体激励诱导产生旋涡结构,使得近壁区域产生额外的水力损失。激励电压及位置对泄漏流控制效果有重要的影响,15kV激励电压的等离子体流动控制效果明显优于10kV激励电压,当激励位置位于叶顶间隙出口附近时等离子体激励对泄漏流具有较好的抑制效果。研究结果能够为液环泵的性能优化提供理论参考。     

轮勺式半夏精密排种器设计与试验

针对半夏种子形状不规则、表皮易破损造成播种中充种困难、易伤种等问题,在测定半夏种子物料特性的基础上,设计一种轮勺式半夏精密排种器,分析了半夏种子在充种区和清种区的受力情况,阐述了轮勺式精密排种器的工作原理。通过离散元单因素仿真试验,对排种器的种勺数量、取种轮转速、种层高度以及种勺型孔半径进行分析,并以取种轮转速、种层高度和种勺型孔半径为试验因素,以合格指数、重充指数、漏充指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合台架试验,建立3个指标的回归模型,并利用回归模型进行排种器的设计参数优化。试验结果表明：影响合格指数的主次顺序为取种轮转速、种层高度、种勺型孔半径;当种勺型孔半径为7.5mm,取种轮转速为17.0~19.0r/min、种层高度为123.0~133.0mm,合格指数大于95.5%、漏充指数小于1.0%、重充指数小于3.5%,满足中药材半夏种植要求。     

车辆换挡系统调压阀优化设计与试验

针对车辆换挡充油过程中离合器充油压力曲线的实际值与理想值之间存在偏差的问题,建立了包含供油单元、电磁换向阀、调压阀和离合器的换挡系统仿真模型,采用AMESim对充油过程进行仿真分析。以充油压力为优化目标,应用误差积分准则确定优化函数,通过Pareto图得到调压阀中影响充油压力的关键参数为阀口开度、弹簧预紧力和阻尼孔直径。分别采用二次拉格朗日非线性规划算法(Non-linear programming by quadratic Lagrangian,NLPQL)和遗传算法(Genetic algorithms,GA)对上述参数进行优化。对比优化后的仿真充油曲线与理想充油曲线,可知遗传算法为最优算法,并确定了调压阀的最优结构参数。根据控制变量法设计试验方案,结果表明,采用遗传算法优化后,换挡系统的稳定性在一定程度上得到提高,其充油过程更加符合理想充油过程,换挡品质得到改善。     

新型群体智能算法优化BIGRU/BILSTM的水资源空间均衡评价

为科学评价云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡状态，建立基于社交网络搜索（SNS）算法、登山队优化（MTBO）算法优化双向门控循环单元（BIGRU）、双向长短时记忆（BILSTM）网络的水资源空间均衡评价模型。首先，从水资源支撑、水资源压力、水资源调控力3个方面遴选15个指标构建水资源空间均衡评价指标体系和等级标准，采用线性内插和随机选取的方法生成样本构建BIGRU、BILSTM适应度函数；其次，简要介绍SNS、MTBO算法原理，利用SNS、MTBO优化BiGRU、BiLSTM隐含层神经元数、学习率（超参数）构建SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型，通过不同样本大小和连续10次运行的方法验证SNS-BIGRU等4种模型的稳健性；最后利用SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型对云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡进行评价，并与SNS-支持向量机（SVM）、MTBO-SVM和模糊综合评价法的评价结果作对比。结果表明：(1)所建立的SNS-BIGRU等4种...     

箱涵式轴流泵装置进出水流道优化设计

基于RNGk-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用CFD商用大型软件对箱涵式进出水流道立式轴流泵装置进行了三维流动仿真计算及水力特性的优化设计。通过先部分后整体的方法先独自对箱涵式进水流道进行优化计算,而后在整体泵装置上对箱涵式出水流道进行优化计算。进水流道的优化以出口断面流速均匀度和水力损失为目标函数,出水流道的优化则以泵装置效率和水力损失为目标函数。通过数值计算得出,优化后箱涵式进水流道的水力损失由7.52cm降低到3.49cm,进水流道出口流速均匀度由42.41%提高到89.11%,进水流道的悬空高度H和进水喇叭管与叶轮间的连接角度α对进水流道水力特性的影响显著,设计时应该重点考虑。箱涵式出水流道的水力损失由87.15cm降低到76.37cm,出水流道的设计应重点关注导流墩与出水喇叭管的半径差Δr和出水导流墩的半径R,合适的出水导流墩半径在0.75倍导叶出口直径左右。泵装置模型试验在叶片安放角-4°时,设计工况下泵装置效率达到75.0%,泵装置最高效率为75.67%,高效区运行范围较宽;对比数值计算和模型试验的结果可以发现误差最大处低于5%,整体性能曲线的趋势相对良好,说明数值模拟对于泵装置的优化是合理的,对于实际工程具有指导意义。     

SYJ-3深施型斜置式液肥穴施肥机设计与试验

针对深施型液肥穴施肥机存在损伤作物、穴口宽度大和喷肥效率低等问题，设计了一种深施型斜置式液肥穴施肥机。基于斜置式扎穴和参数反求求解设计思想，借助人机交互平台，设计关键部件扎穴机构，优化了机构的结构与工作参数，分析了喷肥针进肥接口运动轨迹。根据喷肥针入土、出土喷肥技术特点，运用差动轮系传动和空间凸轮机构的组合传动形式，设计了关键部件液肥分配机构，减少了输肥管路复杂的连接配置，构建了出肥软管接口运动模型，解析了满足于进肥软管接口协同运动机理。进行了深施型斜置式液肥穴施肥机田间性能检测试验，结果表明，该机扎穴性能优越，肥料喷射均匀，对作物的机械损伤小，穴口宽度、作物损伤率、施肥量和施肥深度分别为45.0mm、0.3%、28.5mL/次和102mm，各项指标与前期设计差异较小，且符合农艺要求。     

细长果蔬采摘软体气动抓手设计与参数优化

为实现细长果蔬的无损采摘，设计一种充气呈螺旋运动的软体气动抓手。对该抓手进行有限元静力学仿真分析，采用3因素3水平的中心组合设计与响应面分析方法，研究各因素对软体气动抓手螺旋特性的交互影响。以软体气动抓手的螺旋直径和螺距为响应值，分别建立二次回归模型，得到模型的决定系数分别为0.9987和0.9351，各因素对螺旋直径和螺距的影响显著性顺序从大到小均为：壁厚、内腔室高度、腔室角；以软体气动抓手的仿真直径35mm、仿真螺距[50mm,150mm]为目标函数对各试验因素进行优化，最优设计结果为壁厚2.51mm、腔室角30.52°、内腔室高度11.91mm。制作软体气动抓手并进行仿真试验对比，结果表明，螺旋直径与螺距的误差均小于5%。对该抓手在不同气压下的抓取力进行试验，结果显示，软体气动抓手在气压0.13MPa下至少具有3.37N的抓取力；通过抓取不同尺寸、不同柔软度细长果蔬的试验证明了软体气动抓手抓取的有效性；以水果黄瓜为采摘对象，在3.6s内实现了黄瓜的抓取与断梗。     

基于棉花秸秆炭的高品质生物质炭化炉设计

在掌握棉秆炭化期间热解失重规律、力学和能量指标及燃烧特性的基础上，针对小型炭化炉展开研究，完成设计和优化，解决了以高温电阻炉作为炭化设备时炭化单批盛放量有限及升温降温速度过慢不利于试验开展的问题。该装置主要由自动进出料装置、加热部件、盛料部分和尾气处理部分组成，对其中关键部件如进出料系统、炭化炉及燃烧器进行设计及试验，并试制了样机。试验结果表明:制炭成型率达93.6%，燃烧性能达标率95.3%，单炉炭化秸秆棒和秸秆粉末达到设计指标，可以高效完成棉花秸秆炭化工作，满足设计要求。      

洁净燃烧热风炉结构与设计

设计了基于型煤洁净燃烧技术及高强化传热技术的新型热风炉,可用于粮食及农副产品的干燥。编制了热风炉优化设计程序,阐述了热风炉结构特点及设计要点。试验表明,洁净燃烧热风炉的排放烟尘质量浓度只有常规热风炉的5％,其热效率比国家标准提高了3个百分点,具有低污染、高效率、长寿命等优点。     

流化床锅炉燃烧效率与效益探讨

循环流化床锅炉还具有适用煤种广、负荷调节性能好、灰渣综合利用性能好等一般常规锅炉所不具备的优点,因此得到了广泛的应用和推广,特别受到中小型热电厂的青睐.文章以某厂为例,论述流化床锅炉燃烧效率与经济效益的关系,以与同行共同探讨.     

多体式秸秆生物质气化炉的设计

生物质能是一种清洁、可再生的能源,秸秆生物质能的开发、应用具有广阔前景,而气化燃烧是秸秆生物质能利用的一种形式。针对小型家用生物质气化炉在使用中存在气化气中焦油、灰分含量多,物料连续添加工艺复杂,而物料间断供给使用不便等问题,提出一种多体式秸秆生物质气化炉的设计。通过3个气化燃烧炉体且内炉体可拆卸,空气气化剂预热、均布供给,焦油及灰尘杂质二级净化处置等结构设计,可使得生物质物料装填工况满足家用炊事需求、保证气化反应工艺要求、有效去除气化气中焦油及灰尘杂质。多体式秸秆生物质气化炉的使用推广,可实现对秸秆生物质能源有效利用,也有助于解决秸秆生物质资源浪费及污染问题。     

木质成型燃料取暖炉燃烧数值模拟与优化

为了强化木质成型燃料取暖炉燃烧效果,减少污染排放,提高采暖炉热效率,引入旋流燃烧技术,提出新型木质成型燃料旋流炉排燃烧器。数值模拟取暖炉在不同过量空气系数和不同炉排二次风入口角度条件下,炉内速度场、温度场、浓度场的变化。结果表明:通过旋流二次风产生高温回流区,有效强化了燃烧,提高了炉膛有效利用面积;过量空气系数为1.5、二次风入口倾角为30°时,燃尽率高,烟气温度分布均匀,污染少。     

生物质成型燃料锅炉燃烧控制系统设计与试验研究

为实现生物质成型燃料锅炉高效清洁燃烧的目标,通过对生物质成型燃料燃烧过程进行多变量耦合特性分析,提出基于前馈串级复合控制方法的生物质成型燃料锅炉燃烧控制方案,并对搭载该燃烧控制系统的生物质成型燃料锅炉进行热平衡试验和大气污染物排放浓度检测试验。试验结果表明:当过剩空气系数α为1.7时,燃烧效率最高,达到83.2%~83.7%,且各项污染物排放浓度均低于国家排放标准要求,具有较高的推广利用价值。     

节能环保型生物质热风炉结构设计

针对现有热风炉存在热效率低、燃烧不充分和污染环境等问题，设计了一种节能环保型生物质热风炉，主要包括给料系统、燃烧系统、换热系统、除尘系统、箱体及控制部分。该节能型生物质热风炉能连续提供恒温、恒压和无尘的热空气，废热烟气排放无污染，可用于干燥和采暖，应用前景广泛。      

多孔介质壁面条件下微尺度流动的数值模拟

利用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元,建立了一种新的微尺度化流场的数值模拟方法.多孔介质模型厚度由微通道壁面相对粗糙度折算,多孔介质的阻力系数由该区域内的流态及阻力计算;配合采用k-ε和k-ω多种形式的湍流模型,对边长为600μm的方形断面微通道流场在雷诺数分别为100和300的情况下进行了数值模拟计算.通过模拟结果与Micro-PIV测量数据的对比分析发现,采用realizablek-ε湍流模型,搭配多孔介质微尺度化模型进行数值计算,能够有效地模拟微尺度流场的流动状况,而标准k-ε湍流模型和RNGk-ε湍流模型的微尺度模拟计算结果虽接近试验测量值,但仍有偏差;标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型的微尺度模拟效果较差.     

微灌用砂石过滤器全流场数值模拟与试验

为了充分了解微灌用砂石过滤器内部流场分布情况,利用同CFD相同数学原理的FloEFD流体仿真软件,采用多孔介质模型将砂石滤床的阻力特性作为三维数值模型的边界条件,对过滤器内部全流场进行数值模拟。结果表明:过滤器内部元件和出水口边界条件对过滤器的速度流场和压力场分布规律影响较大,基于多孔介质模型的计算流体力学方法对砂石过滤器的数值模拟精度较高,数值模拟结果与试验结果较吻合,可以准确地预测过滤器水力性能。     

网带式花椒干燥机流场模拟与结构优化

花椒干燥过程中网带式花椒干燥机内气流强度和均匀性影响花椒干燥后品质,通过实验进行花椒参数测定和模型可靠性验证,采用多孔介质模型对结构优化前后网带式花椒干燥机流场进行数值模拟研究,根据网带式花椒干燥机气流分布特性提出了增加导流板的优化方案,考察了不同角度导流板气流分布特性。结果表明:导流板角度变化对干燥机气流强度与均匀性有一定影响,最优导流板角度为2.5°,较原始结构在干燥机XY、XZ、YZ面平均速度平均增加6.8%、10.8%、5.2%,不均匀系数平均减小8.7%、8.5%、2.7%。