星体型人工鱼礁流场效应的数值模拟

人工鱼礁在海中不同的投放方式会产生不同的流场效应,为了研究不同摆放方式下星体型人工鱼礁周围的流场分布,该文利用FLUENT软件,采用RNGk-ε湍流模型,模拟了不同流速(0.3、0.5、0.8m/s)及摆设方式对星体型人工鱼礁流场的影响,并将数值模拟结果与其他研究方法的结果相比较。结果显示,FLUENT数值模拟结果与其他数值模拟方法的结果基本相符,表明该数值模拟方法能较好的反映人工鱼礁周围上升流和背涡流特征。其中,组合鱼礁横向摆放时,最大上升流速度、上升流面积及上升流高度均随布设间距的增大而增大,背涡流面积随布设间距的增大而减小;纵向摆放时,当两礁体间距为1.5倍礁体尺寸时,上升流高度、上升流面积和两礁体后背涡流面积达到最大值;两礁体间的背涡流面积随鱼礁间距的增大而增大。该研究可为人工鱼礁在海底的投放方式和投放间距提供理论参考。     

中国常用人工鱼礁流场效应的比较分析

不同结构的人工鱼礁在海中会产生不同的流场效应,为了对比分析不同结构人工鱼礁的流场效应差异,该文利用CFX软件,对6类礁型18种中国常用人工鱼礁进行了数值模拟。引入了2种相对评价方法(比礁高和比混凝土体积)和3个评价指标(礁体中垂面上的上升流面积、背涡流面积和上升流高度)。首先分析了评价指标适用的相对评价方法,然后对18种鱼礁进行比较研究,最后从每类礁型分别选出一个礁体为代表研究它们在不同流速下(0.2,0.4,0.6,0.8和1.0 m/s)上升流和背涡流的差异。结果表明:研究上升流和背涡流面积时比混凝土体积法更科学,研究上升流高度时比礁高法更有效;无论上升流还是背涡流,三角型礁的相对面积都为最大,复合型礁次之,框架性礁最小;上升流高度、上升流面积和背涡流面积都不随来流速度变化;最大上升流流速与来流速度呈线性关系,其斜率在不同礁体间存在差异;该研究以期为不同海域不同要求下人工鱼礁的选择和设计提供了参考。     

风力机翼型气动力非定常特性对湍流的敏感性

大气湍流是风力机非定常特性的主要诱因,该研究基于CDRFG(consistent discretizing random flow generation)方法生成湍流入口边界,采用大涡模拟（large eddy simulation, LES）研究风力机翼型气动力非定常特性对湍流的敏感性。结果表明：翼型前缘区域对湍流来流较为敏感,而中部及尾缘区域几乎不受湍流的影响。攻角分别为2°、8°和14°时,吸力面从前缘点到约0.5、0.3和0.1倍弦长位置处表面压力的标准差较均匀来流时幅值增大,表明小攻角时翼型吸力面上压力脉动受湍流影响的区域较大。来流湍流强度分别为9.3%、6.5%和4.8%时,2°攻角下翼型升力系数的标准差是其均匀来流时的6.36、5.42和4.90倍;8°攻角下是其均匀来流时的3.95、3.33和3.02倍;14°攻角下是其均匀来流时的1.78、1.63和1.40倍;表明小攻角时湍流引起的升力系数脉动特性较大攻角时更加显著。翼型前缘点脉动压力的功率谱曲线与湍流来流速度的功率谱曲线在整个频域区间趋势一致,表明前缘点压力的脉动特性主要取决于湍流来流的脉动特性,沿翼型弦向逐渐往后...     

重庆饱和紫色土坡面片流与细沟流水力学特性及临界条件试验研究

为比较饱和紫色土坡面片流与细沟流水力学特征并明确其临界水力学特性,进行5个坡度(2°,5°,10°,15°,20°)和3个雨强(30,60,90 mm/h)组合 条件下的室内人工模拟降雨试验,在测得坡面片流、细沟流及其转变的临界流速的基础上,计算得到片流、细沟流及其转变的临界水力学参数,包括水深、雷诺数、弗劳德数和达西阻力系数。结果表明:在不同侵蚀阶段,片流流速为0.064~0.151 m/s,细沟流流速为0.175~0.350 m/s,雨强和坡度在不同侵蚀阶段对流速和水深的影响程度存在差异。片流均为层流,＜10°坡时,片流为缓流,片流多居缓层流流态;中、大雨强条件下,细沟流均为过渡流,＞5°坡时细沟流均为急流,细沟流多为急过渡流流态。片流达西阻力系数与坡度和雨强呈负相关关系,细沟流达西阻力系数与坡度和雨强呈正相关关系。坡面径流由片流转为细沟流的临界流速为0.100~0.165 m/s。流速改变坡面形态,导致细沟侵蚀发生的临界水流流态和水流阻力随坡度和雨强变化的规律不同。研究结果对于认识饱和土壤条件下坡面不同侵蚀阶段径流水力学特性,进一步明确由片流转为细沟流的临界水力条件具有一定参考价值。     

流冰对输水明渠混凝土衬砌的撞击影响

为研究西北寒冷地区长距离输水工程中流冰对输水明渠的撞击影响,该研究运用LS-DYNA软件模拟不同工况下流冰与输水明渠碰撞挤压过程,并通过室内模型试验进行相应验证,探求水-空气耦合介质中流冰碰撞输水明渠的破坏规律。结果表明：流冰速度对明渠衬砌撞击的最大等效应力与X方向最大位移呈现出近似的Pseudo-Voigt函数峰值曲线关系。流冰压缩强度对明渠衬砌撞击的最大等效应力与X方向最大位移呈现出近似的线性关系。综合分析所模拟的不同组合工况可以看出,对明渠衬砌撞击影响明显的组合区间是流冰压缩强度为1.825～3.199 MPa、流冰速度为3.5～4.5 m/s时的组合情况,其等效应力值为4.3～16.8 MPa、X方向最大位移值为2.59～5.52×10-5 m;对明渠衬砌撞击影响最大的双因素组合是流冰压缩强度为3.059 MPa、流冰速度为4.0 m/s的组合情况,其等效应力值为16.8 MPa、X方向最大位移值为5.52×10-5 m;对明渠衬砌撞击影响较为不明显的组合区间是流冰速度为0.5～1.0 m/s、压缩强度为1.825～2.375 MPa时的组合情况,其等效应力为0.7～2.8 MPa、X方向最大位移为0.24～0.52×10-5 m。同时,模拟值与试验结果基本吻合,表明所采用的数值模拟仿真模型准确可靠,其结果可为寒冷地区冬季输水工程安全运营提供帮助。     

人工坝体对长江上游鱼类栖息地流域水动力学特性的影响

长江上游鱼类栖息地的水动力学研究对于栖息地生态治理与恢复、评估水生物的生境条件有重要科学意义。该研究以长江上游四川省泸州市江段人工修复鱼类栖息地为研究对象,根据现场施工图、水下地形测绘图和航拍图,等比例建立了三维流场模型。基于CFD数值模拟结合现场试验勘测,研究了6种不同流速下的栖息地水动力学特性,分析了多个人工坝体对该江段水流环境的影响机制、湍流/涡结构的演化与发展规律,利用了水流均匀性指数、傅汝德数、局部断面流速等水力指标对修复后的栖息地水环境进行评估,并与现场地形和流速测绘、鱼群调查等试验数据对比分析。研究表明:在该江段试验区形成多个大漩涡区,涡流形态基本不随来流速度的变化而改变,逆时针漩涡区的上升流现象明显,且流速稍高于顺时针漩涡区;试验区的水流速度偏低,流动均匀性差,流态紊乱复杂,而对照区的流速相对较快,流动均匀性好,水流方向变化不明显;随来流速度增加,傅汝德数不完全呈线性增加趋势,不同水深截面上的水流均匀性指数的变化趋势相近;现场鱼群调查相同测绘距离内,对照区域为0.714尾/1000呯,试验区域为3.157尾/1000呯,说明流动不均匀的低速涡流区有利于聚集鱼群,经修复后的栖息地能够为水生物提供良好的栖息、繁衍、庇护等生存条件;当来流速度为2 m/s时,试验区域两条测试路径的平均流速分别为0.53和0.79 m/s,在同一鱼群探测试验测绘路径上,数值模拟结果与现场试验数据相差约10%,验证了数值计算方法的可靠性。研究结果对于大水面渔业生态工程的水动力学研究有重要的参考意义。     

深松铲叶脉状内通道分支出口流速影响因素分析与试验

针对叶脉状内通道深松铲内部结构的液体流速变化会影响深松铲的自润减阻与改良液层施的效果的问题，该研究采用基于计算流体动力学的仿真分析并结合物理试验，研究了结构参数（内通道孔径、孔间距、孔数）和工作参数（主通道入口流速）对分支出口液体出流速度的影响。首先利用仿真方法开展单因素试验，优选出试验因素的水平范围值，其次开展Box-Behnken试验，以各分支出口液体出流速度最大值为目标值，对叶脉状内通道多分支出口管的结构参数和工作参数进行优化取值，建立各影响因素与分支出口流速之间的二阶回归模型，并对模型进行优化求解，进而得到最优参数组合为：内通道分支出口孔径为6 mm、孔间距为110 mm、孔数为4、主通道入口流速为7 m/s。在此工况下，内通道分支出口平均流速为3.264 m/s。按最优参数组合条件对叶脉状内通道进行设计加工并进行相应的物理试验，试验结果为内通道分支出口平均流速2.971 m/s，与仿真结果的误差为8.97 %。由此，检验了叶脉状内通道结构优化设计的效果，同时为具有自润减阻与改良液层施的深松铲叶脉状内通道结构的优化设计提供一定的理论基础。     

金线莲组培快繁技术研究

以金线莲植株茎段为外植体,MS为基本培养基,附加不同浓度的植物生长调节剂组合进行组织培养与快繁研究,结果表明不定芽诱导与继代增殖的较适宜的培养基分别为MS＋6-BA1.0mg/L＋KT1.0mg/L,MS＋6-BA1.0mg/L＋NAA0.5mg/L;生根培养基以MS＋IBA0.5mg/L＋活性炭0.5g/L＋香蕉泥20g/L为宜。     

果园喷雾机自动对靶喷雾控制系统研制与试验

为提高农药利用率,减少环境污染,该文针对中国果园机械化作业条件差和传统果园喷雾机连续喷雾时存在果树间空隙无效喷雾的特点,设计了自动对靶喷雾控制系统,该系统以GY8履带自走式果园喷雾机为载体,采用传感器测距方式探测果树,实现自动对靶喷雾。通过对超声波、红外和激光3种传感器进行性能比较,及对超声波和激光2种传感器进行静态识别间距测试与分析,红外传感器受光强影响较大,超声波传感器识别间距超过800 mm,均不满足果园精确对靶喷雾控制要求,激光传感器静态识别间距只有20 mm,具有工作稳定、响应快速、方向性好等特点,故将激光传感器选为自动对靶喷雾机探测装置,并将激光传感器安装于喷头组件前方220 mm。采用连续3次检测靶标判别法设计了自动对靶喷雾系统,该系统可有效避免因激光光束较细而导致的将树冠内空洞、枝间间隙等误判为果树间空隙而出现的电磁阀频繁启闭动作。行驶速度为0.5 m/s时,自动对靶喷雾控制系统的动态靶标识别间距介于100~150 mm之间,行驶速度1.0 m/s时,动态靶标识别间距为200~250 mm。此外,该系统还具有提前及延后喷雾功能,自动对靶喷雾系统提前靶标95.0~157.5 mm距离开始喷雾,离开靶标100 mm距离停止喷雾,使喷雾完全覆盖整个树冠。与连续喷雾相比,对靶喷雾可有效节省施药量,对于空隙比为20.0%、35.2%、52.9%靶标行枣树,行驶速度为0.5 m/s时省药率分别达27.9%、53.7%、76.9%,行驶速度为1.0 m/s时省药率分别达27.3%、54.5%、81.0%。因此,该自动对靶喷雾系统对稀疏果园的精确对靶病虫害防治具有较好的实用价值。     

梯形喉口无喉道量水槽设计及其水力性能模拟与试验

为了解决灌区普遍存在的通过增大水头损失来提高测流精度的问题,该文提出了一种具有梯形喉口的无喉道量水槽,并给出了量水槽参数与渠道尺寸的比例关系。该文在原型试验基础上,通过Flow-3D软件对过槽水流进行了数值模拟,分析了测流过程中水流流态、纵向时均流速分布、水头损失、湍动耗散沿程变化以及测流精度。研究结果表明:纵向时均流速分布和水流流态的模拟值与实测值最大相对误差均不超过10%,其模拟结果与实测结果较为吻和;基于临界流原理和能量守恒推出的水位流量关系式,进一步回归分析得到测流公式,其计算值与实测值最大相对误差为9.21%,满足量水精度要求;水头损失随着流量增大而增大,当流量大于45 L/s时,增大趋势明显变缓;最大水头损失不超过上游总水头10%,相比长喉道、巴歇尔、抛物线形量水槽水头损失较小。该研究可为灌区渠道量水设施设计提供参考。     

新疆策勒县沙漠-绿洲过渡带风沙流结构及输沙粒度特征

[目的]为了分析3个不同下垫面近地表风沙流结构差异及输沙粒度特征,为输沙模型的建立提供理论依据。[方法]对策勒绿洲—沙漠过渡带风速梯度和输沙率进行野外观测,采用拟合函数回归方法分析。[结果]在0—200cm高度范围内,流沙地近地表输沙率或输沙通量与高度服从指数函数或对数函数关系,且拟合程度较高;半固定沙地近地表输沙率或输沙通量随高度服从指数函数关系,拟合程度中上等,稍差于流沙地;固定沙地输沙率随高度变化服从多项式函数关系,拟合程度中等—差。[结论]平均风速较大时,流沙地、半固定沙地地表输沙率或输沙通量随高度变化多服从指数关系,且拟合程度好于平均风速较小的输沙阶段;近地表跃移、蠕移沙粒无论在垂向还是在水平方向上,离地表越高或离绿洲越近其各高度输沙率和沙粒平均粒径都有变小和变细趋势,在水平方向上流沙地输沙沙粒分选性依次好于半固定沙地、固定沙地,分选性多属于中等或中等偏上;所有输沙沙粒的偏度值分布在-0.06~0.05之间,越靠近绿洲输沙沙粒越细;所有跃移、蠕移沙粒峰态值分布在0.92~1.05之间,属于中等峰态。     

排水泵站整流底坎参数优化

排水泵站进水建筑物内易产生回流、漩涡等不良流态,底坎作为常见的整流措施,其体型及布置位置优化时通常依据工程经验进行调整,导致整流效果难以达到最优。为优化底坎整流措施体型及布置参数,该研究以整流底坎的坎高、坎距参数为设计变量,采用信息量权数法将水力损失系数、流速不均匀系数和喇叭口涡量特征值3个评价指标加权形成综合目标函数,并以该目标函数作为优化目标,利用响应面模型进行优化设计分析。结果表明:整流底坎坎高及坎距变量对进水建筑物流态耦合作用大,优化后的底坎显著改善了排水泵站进水建筑物内的流态,其流速不均匀系数减小19.28%,计算域水力损失系数减小5.26%,喇叭口涡量特征值降低了5.76%;采用信息量权数法可以解决泵站水力特性多目标优化问题;基于响应曲面模型的优化设计方法可应用到泵站整流措施参数优化。     

Effects of shelterbelts in the Sudan savanna zone of Nigeria on microclimate and yield of millet

Results of field experiments to measure the influence of shelterbelts on wind velocity, air temperature, soil temperature, soil moisture and yield of millet in a semi-arid environment are presented. It was found that the shelterbelt reduced wind velocity (measured at 2 m above the ground surface) on the leeward side. The reduction in wind velocity ranged from 20 to 10% at distances of 20 and 150 m, respectively, from the belt. Maximum air temperatures were 0.8 to 1.5°C higher at 20 m from the belt on the leeward side than in the open field. Minimum temperatures were, however, of the same magnitudes in both the open and sheltered areas. It is estimated that the moderating influence of the belt on wind extends to a distance of 15 times the height of the trees, while the effect of the belt on air temperature does not extend beyond 10 times the height of the trees.The influence of the shelterbelt on soil temperature was minimal. Maximum soil temperatures at 5 cm depth were 0.5 to 1.0°C higher close to the belt than in the open. Also, the shelterbelt had little influence on the soil moisture during the rainy season. However, immediately following the end of the rains, moisture depletion from the top soil was more rapid on the unprotected side than on the leeward side as the higher wind speeds on the unprotected side hastened the process of evaporation. Millet yield was higher in the sheltered area than in the open with peak yield observed at a distance of 4 times the tree height.     

土壤结皮坡面流水动力学特征

为了深入探讨土壤结皮对侵蚀的影响机制以及两者之间的关系,以10°坡为例,在变流量(1.0,1.4,2.0,2.4和2.8 L/min)条件下进行室内冲刷试验,研究土壤结皮坡面径流水动力学特征(平均流速、平均径流深度、雷诺数、水流剪切力、水流功率、阻力系数)并分析坡面流水动力学参数与土壤侵蚀量的关系。结果表明,土壤结皮对坡面流水动力学参数影响显著。土壤结皮坡面雷诺数始终小于500,坡面流流态为层流;土壤结皮坡面具有较大坡面流流速,较小径流深度、水流剪切力和水流功率。结皮坡面的土壤侵蚀量明显低于无结皮坡面的土壤侵蚀量。土壤侵蚀量与坡面水动力学参数相关关系显著(相关系数R0.90),土壤侵蚀量与雷诺数呈线性正相关,与水流剪切力、水流功率的对数呈线性正相关,与阻力系数呈线性负相关。因此,在本研究中,单纯从径流冲刷侵蚀的角度土壤结皮的存在有利于减小坡面土壤侵蚀量。由于降雨因素对土壤结皮的侵蚀效应影响较大,将雨滴打击与径流冲刷相结合才能更好地研究土壤结皮对侵蚀的影响机制。     

苹果园中2.4 GHz无线信道在不同高度的传播特性

为解决苹果园中无线传感器网络的规划和部署问题,该文研究了苹果成熟时苹果园中2.4GHz无线信道在不同高度的信号衰减和丢包率情况。通过实地试验测量了沿着一列果树由距离地面高度0.50m主干处至3.00m处冠层顶部9个高度下各10个距离点的接收信号强度和丢包率,并对试验数据进行回归分析。研究表明:在不同高度层,2.4GHz信号衰减均符合对数路径损耗模型,模拟的相关系数在0.915～0.983之间;高度1.00～2.25m之间信号衰减均较快。高度大于2.25m时,衰减速度随着高度的增加递减,在冠层顶部高3m处达到最小值。因此,苹果园中天线最宜部署在高约3.00m处的冠层顶部或略高于此,其次为高度大于2.25m的冠层上部且较高的位置。同时,建立了用于预测2.4GHz信号在成熟期果园中的信号衰减模型并用额外的数据进行了验证。结果表明:该模型能较好地预测不同高度处不同传输距离点的接收信号强度,为苹果园中无线传感器网络的应用提供了技术支持。     

晋西黄土丘陵沟壑区油松刺槐混交林蒸腾耗水

 为了研究黄土丘陵沟壑区主要造林树种和林分蒸腾耗水规律,以位于山西省吉县蔡家川流域内密度为2 450株/hm2的16a油松刺槐混交林为对象,在2008年7—10月,应用热扩散探针技术(TDP)对油松和刺槐4个径阶共17株样木进行蒸腾液流野外实地定位连续观测,同时对环境因子进行同步连续动态观测。结果表明:典型晴天条件下,油松和刺槐树干液流速率在液流启动时间、达到峰值时间、开始快速下降时间和峰值波动范围上有较为显著的差异;2树种不同径阶单木日均蒸腾量的大小排序为油松12 cm>10 cm>6 cm>8 cm,刺槐12 cm>8 cm>6cm,呈现出日蒸腾量随胸径增加而增加的趋势;太阳辐射和水汽压差是影响油松和刺槐树木冠层蒸腾的主要因子;2008年7—10月油松刺槐混交林月蒸腾耗水量分别为30.8、24.1、26.3和18.4mm,总蒸腾量小于同期降雨量。     

Seagrass beds and mangroves as potential nurseries for the threatened Indo-Pacific humphead wrasse, Cheilinus undulatus and Caribbean rainbow parrotfish, Scarus guacamaia

The importance of seagrass beds and mangroves as a juvenile habitat as opposed to other shallow water habitat types is investigated using a single sampling method on four islands in the western Indian Ocean for Cheilinus undulatus, and on one island in the southern Caribbean Sea for Scarus guacamaia. Both species occur on the Red list of threatened species. Juveniles of Cheilinus undulatus were predominantly found on seagrass beds while adults were limited to the coral reef. The presence of seagrass beds resulted in significantly higher densities of the species on coral reefs in front of these habitats, indicating the importance of seagrass beds as a juvenile habitat. For Scarus guacamaia, juveniles were exclusively observed in mangroves while adults only occurred on the coral reef. Adult S. guacamaia occurred on all coral reefs along the sheltered coast of the island containing mangroves, but no relationship with distance to mangroves was observed. This could indicate the importance of mangroves for the occurrence of adults of this species on the scale of an entire island.     

不同改流体对稻种颗粒在料仓卸料流动的影响

为探明不同改流体对稻种颗粒在料仓卸料流动的影响机理，实现种群流动从中心流到整体流转变，改善种群流动环境，该研究利用离散元法（discrete element method，DEM）建立传统料仓、垂直扰动和水平扰动料仓模型与稻种颗粒仿真模型，进行卸料数值模拟，并与料仓实际卸料试验作流型对比，验证离散元模型与数值模拟结果准确性。整体流指数（mass flow index，MFI）与z轴颗粒速度表明传统和垂直扰动料仓中部区域颗粒速度均随颗粒堆积高度增加而减小，边壁区域颗粒速度均随颗粒堆积高度增加而增大；而水平扰动料仓边壁区域颗粒速度随料仓颗粒堆积高度增加而减小，中部区域颗粒速度随颗粒堆积高度增加而增大；传统料仓，垂直和水平扰动料仓的流型转化高度分别为130、118以及130 mm。料仓不同区域种群垂直速度、水平速度和角速度表明，种群垂直速度在垂直与水平改流体作用下，相较传统料仓流动区域分别降低34.82%和83.46%；随料仓颗粒堆积高度降低，种群水平速度波动增大，传统料仓、垂直及水平扰动料仓颗粒水平速度标准差分别为0.0273、0.0187以及0.0103 m/s。传统和垂直扰动料仓中心和边壁区域颗粒角速度变化相似，垂直扰动料仓中心区域角速度峰值小于传统料仓；水平扰动与传统料仓流动区域颗粒角速度变化相似，但水平扰动料仓颗粒角速度变化小。研究结果可为工程提出改流体设计标准、结构与位置参数及提高料仓使用面积提供参考。     

降雨及坡面径流模拟试验相似准则

目前降雨径流模拟采用佛汝德准则,模拟结果与实际相差较大。该文采用理论分析方法,通过对降雨径流过程中各作用力大小的比较,确定降雨径流试验相似准则。根据薄层均匀流流速分布,确定了流域侵蚀产沙悬移相似条件。确定出降雨过程中雨滴直径小于1.0mm,主导准则为雷诺相似准则,雨滴直径大于1.0mm,不存在相似准则。考虑正常雨滴直径变幅为0.1～3.5mm,降雨相似可由坡面径流相似主导准则韦伯相似准则确定,几何比尺宜大于10。根据试验资料,验证了相似准则的合理性和精度。该研究可为降雨及坡面径流模拟试验设计提供参考。