基于Fluent的风洞典型风蚀地表风速廓线的模拟

利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对OFDY-1.2型可移动式风蚀风洞中模拟典型农田风蚀地表风速廓线进行数值模拟,通过改变棒栅、尖塔和粗糙元的尺寸、形状和位置,分别用软件和室内风洞实验模拟出了与野外实地测试廓线相吻合的风速廓线。同时,对野外实测、室内风洞模拟和软件数值模拟的风速廓线进行了离散程度分析。     

有风条件下鲁PY4O型喷头的测试

风对喷头喷洒效果有明显的影响。弄清喷头在各种风速条件下的喷洒性能,可以有效利用喷灌机具,经济合理地布置田间工程,为此我们于1978年9月29日至10月13日在威海市崮山对鲁PY40型喷头进行了不同风速、不同工作压力下的野外性能测试。     

有风条件下多喷头组合喷洒均匀度的解析计算方法

喷头喷洒均匀度一方面是评价和研究喷头水力性能的一个重要指标,另一方面也是喷灌系统规划设计中确定喷头布局和间距必不可少的一个重要设计参数。多喷头喷洒组合均匀度取决于单喷头喷洒雨量分布状况。在无风条件下,由于单喷头     

带状间作留茬防风蚀效应风洞模拟实验

风洞模拟实验中模型按1:4比例设计,在5种不同风速下,测量裸地及带状间作留茬纵向风速并进行比较;在3种不同带宽下,测量带状间作留茬纵向风速并与裸地风速进行比较。实验结果表明:风速不同时风速降低率的曲线图趋势基本一致,但随着带宽的增加风速降低率越来越小,密度为4万株/亩、茬高50cm时要使风速降低率不低于30%,带宽选择不应大于5m。     

基于LabWindows/CVI的风洞数据检测系统

以虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI为开发平台,开发了用于风洞风速数据检测与分析的虚拟仪器系统,以利用可移动式风蚀风洞开展土壤风蚀的研究.系统具有数据采集、运算、分析、显示和存储等功能.经实验验证,其性能稳定可靠,操作方便,提高了风蚀风洞内风速和风廓特性检测分析的精度及自动化程度.     

风送式喷雾机喷筒结构优化数值模拟与试验

采用动参考系模型,将可动风机的转速作为仿真的初始值,分段划分喷筒内计算区域中的网格,利用数值及正交试验的方法,对风送式喷雾机的喷筒结构进行了优化设计,仿真计算喷筒出口处的风速。为验证模型的正确性,在对应风机转速下,实测了喷筒出口各采样点的风速,并将实测值与仿真结果进行了覆盖率统计及χ2检验。结果表明:影响喷筒压力损失及喷筒出口风速的因素依次为:出风口直径、柱形喷筒长度、锥形喷筒长度;在喷筒出口采样点上,仿真计算出的风速区间覆盖实测风速的概率为95%;χ2检验表明在水平0.05下,喷筒出风口风速的仿真值均服从其实际测量值的分布;因此,利用动参考系方法,以风机转速为初始条件,对喷筒出风口速度的数值模拟是可信的。     

旋转式喷头水量分布全自动测试系统研究与开发

为提高国内旋转式喷头水量分布特性测试水平,研制了一套全自动水量分布测试系统。采用集控中心连结各雨量筒和上位计算机,上位计算机对并联连接的各雨量筒进行编址和状态监控,各雨量筒的测量数据和状态信息传送给上位计算机软件,由上位计算机软件对各雨量筒的集水量实现实时分布显示和计算,并自动计算水量分布均匀系数和绘制雨量分布曲线。     

风洞内近地表风速廓线模拟方法的研究

本文利用尖塔、挡板、粗糙元等边界层发生装置,在OFDY-1.2可移动式风蚀风洞中通过各种不同模拟装置的组合,对典型地表建立了近地表流场,测量了模拟流场的风速廓线。分析结果表明,所建立的近地表流场对风洞内土壤风蚀模型试验是适用的。     

落叶期柠条带防风效果的风洞实验研究

探究落叶期不同疏透度和间距下灌木林带的空气动力学特征,合理配置林带结构对修复荒漠草原土壤风蚀灾害具有重要意义。为此,利用风蚀风洞开展模拟实验,揭示疏透度和间距对双排行列式柠条带风速影响,开展对6H、8H、10H间距行列式柠条带在疏透度60%、45%、35%下的风洞模拟实验,并对不同疏透度、间距下风流场进行对比分析。结果表明：(1)在不同对照疏透度条件下,不同带间距柠条带均对风速具有减弱作用,且在带间出现了减速区与加速区。间距对双排柠条带最小风速值出现的相对位置基本无影响,但第二带后风速最小值小于第一带后风速最小值,两排柠条带对风场的影响存在累加效应。(2)6H与8H宽带间距柠条带风速流场变化具有相似性,8H间距双排柠条带防风最优,10H相对较好。笔者建议双排行列式柠条带间距采用8H或者10H。(3)疏透度为45%的风速与疏透度为35%的无显著差异,因此,疏透度在35%或者45%,配置较为合理。     

可移动微型低速风洞的设计与试验

针对大型风洞造价昂贵,开机成本高且实验段风速稳定性较差,对低成本热敏风速传感器、集沙仪、皮托管等设备的测量、检验及标定等工作带来不便等问题,结合风洞设计原理,采用小体积多叶风机及高性能变频调速器,设计了一种能够快速准确地提供稳定风源的低成本可移动微型低速风洞,并通过增加大角度扩散段的方法提高收缩比。该风洞为圆形闭口低速风洞,总体尺寸长2.63m,入口直径60mm,实验段直径0.12m、长0.3m,稳定段直径为0.3 6 m、长0.3 6 m;采用铝箔厚0.0 6 mm的六边形蜂窝器和3层阻尼网对气流进行整流,获得相对稳定均匀的流场。实验表明:该风洞入口风速为0~38.6m/s,实验段风速0~17.6m/s,风速精度达0.2m/s;实验段内部气流均匀性和稳定性较好,中心截面处边界层厚2.26mm,沿气流方向静压梯度小,流场稳定部分占其截面积的70%以上,满足实验设计要求。     

微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成,基于Lab Windows/CVI的地面测控软件,采用频率为10 Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以ARM Cortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心,接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速,以改变系统喷雾压力和喷药量,实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中,选择了PWM占空比、喷孔直径、电动离心喷头转速等变量,对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明,风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素,雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域,沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头,且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3 m/s时对沉积效果影响不显著,当风速大于3 m/s时,不同粒径的雾滴均发生飘移,飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移,沉积高峰区集中在距离喷头4 m以外,且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。     

按当地风速选定喷头组合间距

作者认为根据浙江省的实践,应根据各地域的不同气候条件,选定适当的设计风速,以确定合理的喷头组合间距。并提出浙江省可划分为四个风速区,分别采用三级、二级和一级风作为设计风速。并依据以下要求选定喷头组合间距:1.不同作物采用不同的均匀系数;2.支管垂直主风向;3.风速大对应采用小喷头在树下喷洒。     

喷雾技术参数对雾滴飘移特性的影响

为了研究不同技术参数对雾滴漂移特性的影响,在可控风洞环境条件下测试了不同型号喷头在不同喷雾技术参数下的抗飘失能力,结果表明:喷头型号变小、喷雾压力和风速增大都增加了飘失对于喷雾高度变化的敏感程度,Lu喷头的敏感程度大于ID喷头;改变喷雾方向角对雾滴飘失的影响相对于风速、喷头型号并不显著.     

风蚀风洞风速监控系统的研究-基于PLC和Labwindows/CVI

主要利用Labwindows/CVI程序设计语言,来实现风蚀风洞风速监控系统中PLC与PC机的串行通信,并实现变频器的启动、复位和报警等开关量的自动控制,从而大大提高了利用风洞进行土壤风蚀和土地荒漠化研究等的自动化水平。     

考虑风扰的对靶喷雾机械臂药液喷洒动力学建模与试验

为实现对靶标杂草的有效覆盖和提高对靶施药精度,减少药液浪费和生态污染,采用基于二自由度机械臂的对靶施药方式,优化了除草机器人的对靶喷施性能;除草机器人药液喷洒模型的建立是提高对靶喷施精度的关键,在考虑风扰的前提条件下,根据液滴粒子轨迹动力学方程,结合机械臂连杆和关节变量参数,建立液滴喷洒轨迹模型,并推导得到液滴理论沉积覆盖区域;在此基础上通过计算机数值模拟,分析了喷头位姿、车速和风速对液滴落地沉积覆盖区域的影响,并对靶标点进行了坐标重构;在室内搭建了小型开口直流低速风洞并进行药液喷洒验证试验,利用图像处理技术获取试验的液滴落地沉积覆盖区域,对比其与理论沉积覆盖区域,形心误差范围为4.1~7.2 mm,区域匹配误差范围为9.1%~17.8%。试验结果表明:理论沉积覆盖区域与试验测定的结果误差较小,两者具有较高的一致性。     

北方农牧交错区草原地表土壤风蚀原位测试技术

为定量评价风洞中心风速、植被盖度及交互作用对草原地表风蚀的作用情况,按正交试验设计方案,采用野外风洞原位测试方法,进行了草地土壤风蚀试验。分别用灰色关联度、极差分析、偏最小二乘回归理论,对测试结果进行了分析。结果表明,各因素对输沙率影响主次顺序为：中心风速、植被盖度、二者的交互作用。     

阴山北麓农牧交错区草地土壤风蚀测试

利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对3种不同植被盖度的草地选择3种风速进行野外原位测试,获得了不同植被盖度草地的风速廓线和输沙量.结果表明,草地风速廓线总体上呈指数规律,且随地表高度的增加迅速增大;不同植被盖度草地在0～70 cm范围内输沙量与高度的关系以指数函数拟合效果好,输沙量主要集中在近地表30 cm以下;植被盖度55％的草地对在地表10 cm及以下的近地表风速阻挡效果与植被盖度80％的草地类似,其输沙量曲线与植被盖度80％的草地输沙量曲线很近,但距盖度30％的退化草地输沙量曲线较远.因此,植被盖度约50％是阴山北麓草地有效防风蚀的最低盖度.     

果园喷雾机五指式喷筒流场数值模拟与分析

为提高果园风送式喷雾机喷幅及整体施药效果,在课题组前期研究基础上设计了一种新型五指式喷筒。通过CFD仿真模拟对五指式喷筒内部的流场进行数值分析,对不同风机转速下喷筒进出口风速和Z=0截面上速度、压力展开对比分析。仿真结果表明:在风机3个转速下(1 450、1 080、960r/min),喷筒进口风量随风机转速的增大随之增加;各个转速下喷筒进出口流量差值很小,从而确定仿真结果可靠;五指式喷筒各个出风口风量相等;五指式的喷筒中气流出现紊流的区域较小,风速分布均匀,五指式喷筒内部压强分布均匀,各出风口之间变异较小。减少了风机能量损失,扩大喷雾机喷幅,满足了果园风送喷雾机的设计要求。     

北方农牧交错区草原地表土壤风蚀原位测试技术

为定量评价风洞中心风速、植被盖度及交互作用对草原地表风蚀的作用情况,按正交试验设计方案,采用野外风洞原位测试方法,进行了草地土壤风蚀试验.分别用灰色关联度、极差分析、偏最小二乘回归理论,对测试结果进行了分析.结果表明,各因素对输沙率影响主次顺序为:中心风速、植被盖度、二者的交互作用.     

量雨筒大小与试验持续时间对喷头水量分布测试的影响

这种室内自动喷灌试验装置是用来研究量雨筒直径及试验持续时间对于集水深度值波动的影响。假定喷头附近处及湿润半径边缘处的水量较中间范围内的变差值大,分别是由于摇臂在喷头附近对喷水的影响以及射流的间断所引起的。水量分布的变差系数(CV)是随量雨筒口径的增大和试验持续时间的增加而减小的。变差量是随单个量雨筒里的集雨量(与试验持时及筒径大小有关)而减小的。因此,CV值能根据试验持时及筒径大小进行估算。此外,当采用较短的试验持时及较大的筒径时,能够获得稳定的CV值。因而为了维持其精度,建议试验中采用较大筒径,缩短试验时间并减少试验次数。