分流对冲与多级扩容组合式自动集沙仪设计与试验

针对强风时自动集沙仪测量精度和集沙效率受扰动问题,提出了分流对冲与多级扩容组合降速法,设计了分流对冲与多级扩容组合式自动集沙仪,阐述了风沙分离器和数据无线采集系统的设计原理,并对风沙分离器降速及分离性能、集沙仪抗强风干扰性能和集沙效率等进行了试验分析。结果表明,分流对冲与多级扩容组合式自动集沙仪具备了抗强风干扰性能,可实时、连续和远距离无线采集数据,自由旋转的起动风速为4.23 m/s,等动力性为92.94%,平均集沙效率为90.42%,当风速低于18 m/s时,粒径55.36μm以上的土样只要进入集沙仪,就可被完全收集;数据无线采集系统的供电续航能力达31 h以上,无障碍时信号传输距离为208.51 m,可较好地满足土壤风蚀量的自动观测需求。     

分流对冲与多级扩容式集沙仪内气流降速规律研究

集沙仪是研究和防治土壤风蚀所必需的仪器,其主要作用是捕获风蚀地域近地表空气中的沙尘。风沙分离器是分流对冲与多级扩容式集沙仪的关键部件,是基于气流的分流对冲降速与多级扩容降速的组合原理设计,具备较高的降速效果,并呈现出了一定降速规律。该文以风沙分离器为研究对象,利用数值模拟和试验验证相结合的方法,分别对气流、气固两相流的降速规律进行分析,结果表明:(1)气流的湍动能越大,湍动能损失就越大,气流速度的降速幅度也就越大,这种变化关系通常出现在结构突变的位置。(2)通过结构的突变设计,使气流形成大范围、较高值的湍动能场,可以大幅度降低气流速度,集沙仪可以采用此降速方法收集沙尘。(3)从数值模拟结果看,随着固相颗粒所占体积分数的逐渐增大,气流速度有所降低,但降低幅度不大;当固相颗粒所占体积分数一定时,气流速度越高,降速效果越好;就分流对冲与多级扩容式集沙仪而言,对较高浓度、较高运动速度的风沙流具有更好的降速效果,其集沙效果也更好。     

分流对冲与多级扩容式自动集沙仪集沙盒的设计参数分析

研究和防治农田或草地的土壤风蚀,必须掌握风蚀地表的风沙流结构,集沙仪是观测风沙流结构和获取风蚀量的关键仪器。自动集沙仪虽然可以得到实时、连续的风蚀量,但是当排沙口气流速度过大时,气流容易冲击集沙盒底部的称重传感器,影响测量数据的正确性。以分流对冲与多级扩容式自动集沙仪的风沙分离器和集沙盒为研究模型,将集沙盒简化为排沙口气流的下行空间,下行空间与风沙分离器组成连通体,再利用Gambit软件和Ansys Workbench软件的联合仿真,对不同参数的连通体的速度场进行分析,最后进行试验验证。结论表明:分流对冲与多级扩容式自动集沙仪的集沙盒设计参数的变化既不会影响风沙分离器内部流场的分布特征,也不会影响风沙在风沙分离器内部的分离,但对排沙口气流的影响较大,当集沙盒的设计参数满足L≥0.5 D1且D2≥2 D1或L≥D1且D2≥D1时,排沙口气流的部分高速气流会收缩至排沙口附近,不会冲击集沙盒下面的称重传感器,确保自动称重数据的可靠性。     

分流对冲与多级扩容式集沙仪排气管参数优化与流场模拟

集沙仪是观测风沙流结构和研究风沙运动规律的必需仪器,设计排气管可以显著缓减进气口处的阻滞气流,消除气流在集沙仪两侧的分离,以提高进气口的等动力性,确保集沙仪具备较高的集沙效率。首先利用数值模拟方法分析排气管形状、排气管参数和排气口位置对内外流场的影响,提出排气管参数优化方案,然后基于该方案设计改进型风沙分离器,并进行流场模拟和风洞试验。结论认为:对于分流对冲与多级扩容式集沙仪之类的圆柱形集沙仪,当其排气管设计成直角状、垂直段长度取L1≤1.5 D1、水平段长度取L2≥2 D1和外漏尺寸取L3≥0.6 D2时,更有利于集沙仪排气性能和进气口等动力性能的提高;对于基于参数优化方案设计的改进型风沙分离器,其等动力性约94.74%,符合集沙仪设计的等动力性要求,而且当入口气流受强风影响时,粒径大于0.028 7mm的沙尘只要进入该分离器,就可被收集,平均集沙效率约91.25%。     

分流对冲式集沙仪设计与性能试验

集沙仪是观测风沙流结构和研究风沙移动规律的必备仪器。针对强风环境下集沙仪内部风沙的有效分离问题,提出了分流气体对冲法,设计了分流对冲式集沙仪,阐述了分流气体对冲法的设计原理和分流对冲式集沙仪的参数分析理论,并在利用Fluent软件对其风沙分离器进行数值模拟的基础上进行了风洞试验验证和性能分析。结果表明,采用该方法的分流对冲式集沙仪具备了较高的降速性能和抗强风性能,排气口风速降幅达88.44%,排沙口风速降幅达90%,保证了集沙仪内部风沙的有效分离,平均集沙效率达90.15%,等动力性达93.27%,符合集沙仪设计的基本原则,制作成本低,能较好地满足风洞试验和风蚀观测要求。     

新型农田风蚀集沙仪性能试验研究

从设计集沙仪的基本原则入手,介绍了新型农田风蚀集沙仪的结构及工作原理,并利用Fluent软件对集沙仪风沙分离器进行了数值模拟。从数值模拟结果看,排气口和排沙口气流降幅约90%左右。经0FDY-1.2移动式风蚀风洞试验验证,结果表明:新型农田风蚀集沙仪的大幅度降速性能为提高集沙效率起到了关键作用,平均集沙效率达92.29%,等动力性达95.8%,能较好地满足了风洞试验和风蚀观测要求。     

分流对冲式与循环摩擦式农田风沙分离器性能对比试验

有效预防农田土壤风蚀,防止耕地退化,需要研究农田土壤风蚀机理。集沙仪作为研究农田土壤风蚀的关键仪器,其核心部件风沙分离器的结构设计会影响集沙仪的测试精度。针对分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器,利用微型风洞对其等动力性、降速性能和气固分离效率进行对比试验分析,选用性能更好的风沙分离器以实现农田集沙仪的全自动采集风蚀数据功能,进一步提高其测试精度。试验结果表明:在5种风速条件下,分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器的等动力性分别为91.99%、92.04%、92.31%、92.06%、92.14%和92.90%、92.78%、93.06%、92.99%、92.84%;在13.8m/s试验风速下,分流对冲式风沙分离器排气口风速降低83.84%,排沙口风速降低88.99%;而循环摩擦式风沙分离器排气口风速降低92.54%,排沙口风速降低90.41%。分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器气固分离效率分别为99.8%,98.9%。     

新型农田风蚀集沙仪排沙口降速问题研究

农田土壤风蚀会导致土壤质量退化,甚至出现荒漠化。防止农田土壤退化,研究其风蚀机理是关键,而集沙仪是研究土壤风蚀的必需仪器。随着自动控制理论在各行业的广泛应用,为集沙仪配备自动采集系统是一个发展趋势。由于集沙仪排沙口气流对称重天平的冲击是引起数据波动的主要来源,所以降低集沙仪排沙口气流速度是很关键的。为此,提出了设计一台新型农田风蚀集沙仪以解决排沙口降速问题的新思路。首先,阐述了新型农田集沙仪的设计原理;随后,通过数值模拟方法对其关键部件风沙分离器进行了数值模拟,得出了其内部速度矢量场模拟图;最后,通过烟流试验和风洞试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明:数值模拟结果是可靠的;当新型农田集沙仪受强风环境影响时,其排沙口气流的降速幅度达84%,可较好地缓解排沙口气流对称重天平的冲击。该研究也可为新型农田集沙仪的后续研究提供理论支持。     

旋风分离式集沙仪性能试验研究

集沙仪是用于采集土壤风蚀过程中的风蚀物来测定风沙流结构的仪器。旋风分离式集沙仪在0FDY-1.2型移动式风蚀风洞内的等动力性试验和单个分离器沙尘采集试验表明:该集沙仪满足等动力性要求,单个分离器对0.3～0.076mm的土样进行收集,不同风速下其收集效率均在96.24%,土样粒径d<0.076mm时的平均收集率为92.44%。旋风分离式集沙仪可用于保护性耕作抗风蚀效果的测试,为其有效实施提供科学依据。     

旋风分离式集沙仪设计与试验研究

根据旋风分离原理,以集沙仪的关键参数(本体直径、入口截面宽度和锥体段高度)为结构参数进行了设计.为了提高集沙效率,本体直径设计为50mm,入口截面宽度和锥体段高度均按旋风分离性能指标和比例要求设计.在风蚀风洞内的沙尘采集试验表明,该集沙仪对0.3～0.076mm的土样进行收集,不同风速下其集沙效率均在83%以上.旋风分离式集沙仪可用于保护性耕作抗风蚀效果的测试,为其有效实施提供科学依据.     

集沙仪的研究现状与思考

简要叙述了国内外集沙仪的研究现状,结合目前在土壤风蚀研究中使用的多种不同形式的集沙仪无采样性能的标定,对采集数据的影响很大,由此造成根据采样数据研究得出的土壤风蚀规律不一定能够反映真实情况。为此,针对近床面区集沙效率是研究集沙仪性能的关键,探讨了影响集沙仪采集性能的主要因素：排气口面积、排气口位置、进沙口的高宽比和进沙通道的长度参数。     

全自动多通道农田无线集沙仪研究

针对用于研究农田土壤风蚀的集沙仪自动化程度较低,不能实时记录集沙量数据且不具有无线传输和组网功能,给研究土壤风蚀起沙过程中不同阶段的沙粒运移特性带来诸多困难等问题,基于无线传感网络技术,以气流对冲式风沙分离器为基础,设计了研究农业土壤风蚀专用的全自动多通道无线集沙仪,实现了土壤风蚀量的自动采集、无线传输和实时数据处理等功能。实验表明,系统可实现对最多6个测点,每个测点8通道风蚀数据的循环自动采集,传感器最大响应时间为2 s;集沙仪每个集沙盒最大集沙量为180 g,旋转启动风速为3.4 m/s,平均集沙效率达到85%以上,称重传感器10 h连续测量误差在±0.04 g以内且测量精度达0.01 g;在射频功率最大、空中传输速率为1 kb/s时,32字节的数据包有效传输距离在1 000 m左右,通信建立时间小于5 s。该系统具有低功耗、使用方便、操作简单、自动数据采集等优点,能够满足研究农田土壤风蚀的需要。     

生物质气化焦油分离器气相流场数值模拟

根据焦油的物性和分离要求设计了一种适用于干法脱除焦油的新型焦油分离器,该焦油分离器同时具有冷却降温促焦油冷凝析出和分离焦油液滴的作用.通过对其气相流场的数值模拟发现,壁面降温对其内部的温度场影响明显,这是气体运动传热的结果.旋风分离器内气体温度随着周边气流下行温度逐渐降低,随着中心气流上行而逐渐升高,在径向呈现驼峰状分布.温度降低导致了气体密度增加和粘度减小,以及焦油液滴粘度增加,通过对焦油液滴分离理论和焦油的物性分析得出,壁面降温可以减小切割粒径,有利于提高生物质气化燃气中焦油的分离效率.     

旋风分离器颗粒运动规律的数值模拟研究

文章采用数值模拟方法对旋风分离器的内部流场和颗粒运动规律进行了研究,其中气相流场采用雷诺应力模型(RSM),气固两相流场采用离散相模型(DPM)。通过模拟结果,分析了二次流的成因以及入口位置、粒径、二次流对颗粒运动规律的影响。结果表明:旋风分离器内存在四种形式的二次流。入口位置和粒径不同时,颗粒会受到不同的二次流作用,从而呈现出不同的运动情况。入口位置过低,颗粒容易受短路流、纵向涡流和偏心环流的影响。入口位置升高后,颗粒受到纵向涡流的影响较大。入口位置过高,颗粒则受短路流和贴壁环流的影响。细微颗粒受四种二次流的影响均较大,小颗粒主要受纵向涡流和偏心环流的影响,大颗粒受偏心环流和短路流的影响较大。     

计算模型维数对风力机翼型气动性能预测的影响

为了研究二维与三维计算对风力机翼型气动性能预测的影响,采用数值求解N-S方程的方法,对DU93-W-210二维翼型和三维直叶片进行了数值模拟,并将气动性能的计算结果与实验值进行比较。结果表明：当翼型表面气流未发生分离时,二维翼型与三维直叶片周围的流场结构相同,二者之间的气动性能无明显差异,三维直叶片可被简化为二维翼型;当气流分离时,三维直叶片周围的流场结构具有明显的三维流动效果,气动性能更接近实验值,三维直叶片不能简化为二维翼型,而且三维直叶片的展向长度不宜过小,取2～4倍弦长为最佳。     

微粒捕集器再生用燃烧器流场特性分析

传统的微粒捕集器喷油助燃再生燃烧器内的流场分布对其油气混合的情况有着重要的影响,为了在燃烧室内形成稳定持续的回流,促进油气混合进程,课题组探究旋流数对流场特性的影响,设计并提出了单、双级两种旋流数的供风系统结构,并限定发动机排气以及补气条件相同,对燃烧器的冷态流场进行仿真分析.研究表明:旋流数的增加大大改变了气流进入燃...     

微通道换热器内分流板流量分配特性

以水为工质,以微通道平行流蒸发器为模型,试验研究了1孔、5孔、12孔3种不同结构分流板的流量分配特性,并与无分流板时作了比较.结果表明:集流管的入口雷诺数小于3 000时,无分流板和1孔分流板的流量分配受雷诺数的影响很大,均匀性和稳定性均较差,但无分流板时的均匀性好于1孔分流板,当入口雷诺数大于3 000时,无分流板时的均匀性最差,1孔分流板的均匀性和稳定性变好;在入口雷诺数小于4 000时,5孔分流板的流量分配均匀性和稳定性均较好,当雷诺数大于4 000时,均匀性和稳定性变差;12孔分流板的流量分配均匀性和稳定性始终最好,均匀性随着雷诺数增大而略有提高.     

高含沙水泥沙分离系统设计与分析

将地表高含沙量应用于滴灌是世界性难题,提出适宜的高含沙水滴灌泥沙分离系统是保障引黄滴灌系统安全运行的有效途径之一。采用旋流分离技术结合网式过滤技术对高含沙水进行泥沙分离,在Rietema公式计算出适用于高含沙水质特点的旋流器尺寸的基础上,为减小短路流对分离效果的影响,优化传统旋流器结构,并借助计算流体动力学软件Fluent,采用两相流模型,对优化前后旋流器内部复杂组合螺线涡运动进行数值模拟,分析内部流场湍动能分布特性、泥沙运动轨迹及旋流器壁进行泥沙磨损特性。并对比优化后泥沙分离系统溢流口、底流口泥沙浓度及溢流口泥沙去除率的模拟值与实测值,确定模拟结果的可靠性。结果表明:所设计的旋流分离器与网式过滤器组成的多级泥沙分离系统能有效分离高含沙水,改进后的水力旋流器能更有效地提高泥沙分离系统的分离效率,增加内部流场的稳定性,减小磨损区域和磨损量,提高其使用寿命,为滴灌系统稳定有效的工作提供保障。     

风幕式喷杆喷雾气液两相流数值模拟

建立了风幕式喷杆喷雾的数值计算模型并运用Fluent软件对其气液两相流场进行了模拟研究,分别研究了风幕气流、风幕出风口与喷口水平及垂直相对位置和喷施角度对于喷雾流场的影响。研究结果表明：随着风幕风速的逐步增大,风幕气流对于气相流场和喷出雾滴的影响逐步增大;当风幕出风口与喷口在水平方向拥有合理的距离时,风幕气流能够发挥较好的防飘移作用;风幕气流在垂直方向远离喷口等效于风幕气流速度的减小,因而其防飘移效果逐步变差;喷施角度变大后雾滴的垂直方向动能变小,有更多的雾滴因为其垂直方向动能的衰减而难以到达采样面,从而造成雾滴群的防飘移性能逐步变差。     

中国保护性耕作对土壤风蚀的影响研究

为探讨保护性耕作措施对农田土壤风蚀的影响,通过中国知网,以“免耕或保护性耕作并且土壤风蚀”为主题,检索至2020年底公开发表的中文期刊论文,对检索到的论文进行整理分析。结果表明,中国保护性耕作对土壤风蚀的田间试验均来自北方干旱半干旱农田,研究方法以集沙仪野外测量为主；保护性耕作研究中对土壤风蚀方面的研究占比较少,产量效应一直是保护性耕作的研究重点；综合相关研究分析,保护性耕作平均可减少农田土壤风蚀量71.2%；保护性耕作减少农田土壤风蚀具有普遍性,少量研究认为保护性耕作不能减少农田土壤风蚀量。