对靶喷药系统压力波动特性的试验研究

针对精准对靶喷药系统作业中由于不同数量喷头反复启闭造成管路压力波动严重的问题,该研究开展了对靶喷药系统回流比例对管路压力波动影响的研究。设计了对靶喷药压力波动试验平台,基于AMESim建立对靶喷药压力波动系统仿真模型。设置系统初始压力0.2～0.4 MPa,回流比例为0～0.9,分别关闭1/5～4/5的喷头数量进行了仿真试验。结果表明,关闭喷头的占比越大,管路压力波动越大,当系统初始压力0.2 MPa,回流比为0,关闭4/5数量的喷头,管路压力从0.2 MPa上升至5.15 MPa,波动率达2 400%;系统初始工作压力越大,关闭喷头数量对压力波动影响越大。设置回流管路可有效减小管路压力波动,且回流比越大效果越明显,当系统初始压力0.2 MPa时,回流比例为0.6时,部分喷头关闭的压力波动率最大为64.53%。兼顾泵的利用率,回流比例建议小于0.6。系统初始压力0.3 MPa时,回流比例建议小于0.7;系统初始压力0.4 MPa时,回流比例建议小于0.8。根据对靶喷药压力波动容忍度要求,系统初始压力0.2 MPa时,喷施靶标在作业行中的占比量最佳回流比例关系为：靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.5～0.6;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.4～0.5;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.2～0.3;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0～0.1。系统初始压力0.3 MPa时,喷施靶标在作业行中的占比与最佳回流比例区间关系为：靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.5～0.6;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.5～0.6;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.2～0.4;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0～0.1。初始压力为0.4 MPa时,靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.7～0.8;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.6～0.7;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.4～0.5;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0～0.3。研究结果可为农业植保作业对靶变量施药技术应用及工况参数的选择提供依据,为精准对靶施药装置的进一步优化提供支撑。     

平面激光诱导荧光法测量射流混药浓度场研究

为了验证平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence,PLIF)方法测量射流混药浓度场的可行性,该文在考察射流混药浓度场随压力变化特性基础上,开展基于PLIF的射流混药浓度场测量试验。研制了射流混药装置及辅助测量装置。配制6种不同浓度的罗丹明6G均匀混合液进行浓度标定,采用平滑滤波消除测量噪声影响。对比总体灰度值标定和分栅格标定2种方法的标定效果,结果表明:采用分栅格标定可以获得较平均的分区域浓度,在标定浓度为1.000 mg/L时,分栅格标定的最大最小平均值之差仅为总体标定的25.22%。开展3种吸入浓度、进水口压力0.1~0.6 MPa时的浓度场测量试验,结果表明:总体上混合管末端变异系数偏大,靠近管壁的变异系数偏大;在压力0.1和0.2MPa时,在测量区域末端的混合液浓度偏大,变异系数较大,混合均匀性较差。该文试验结果表明PLIF方法可用于射流混药浓度场测量,试验方法和结果可为其他液液混合浓度场测量提供参考。     

在线混药喷雾系统混药性能试验

为寻求在线混药喷雾系统中射流混药装置对系统工作状态的影响,该文以胭脂红溶液模拟农药,考察了24种不同结构参数的射流混药装置应用于3种不同流量特性的在线混药喷雾系统时的工作特性,采用分光光度法对F110-015喷雾系统中射流嘴出口直径d=2.00 mm,面积比m=4.00的射流混药装置进行混药均匀性检测。试验结果表明,射流混药装置的结构参数对喷雾系统的工作状态具有显著影响,在同一种喷雾系统中,改变射流混药装置的结构参数,喷雾系统的工作状态也发生改变。在不同试验方案中,喷雾系统呈现回流和吸药2种工作状态;在射流混药理论分析及试验的基础上,给出了解决药液回流问题的2种方案,即增大射流嘴进口直径或减小射流嘴出口直径和降低喷雾系统的阻力系数。并通过试验结果证明,F110-015喷雾系统在4种喷雾压力(0.26、0.30、0.34和0.36 MPa)下的混药浓度变异系数CV(coefficient of variation)均小于5%,说明该装置可用于在线混药喷雾系统,也为射流混药在线喷雾系统的应用提供有效的参考。     

转轮下环间隙对混流式水轮机内部流动特性的影响

水轮机转轮间隙内的泄漏涡、泄漏流等复杂的湍流易影响水轮机的性能与稳定性。为了分析下环间隙对混流式水轮机能量特性和内部流态的影响,该文基于N-S方程和SST湍流模型,考虑了0.6 Qd(Qd为设计流量工况)、0.8 Qd、Qd、1.2 Qd共4种流量工况,对5种下环间隙下的混流式水轮机模型机进行三维全流道数值计算。通过对比不同下环间隙方案对混流式水轮机效率与容积损失的影响,结合不同水轮机内部流场特征,分析下环间隙与水轮机性能的关系。计算结果表明:下环间隙由0.4 mm增大到1.3 mm,机组泄漏量增大,水轮机效率整体呈下降趋势。其中,当机组在小流量0.6 Qd工况运行时,间隙对水轮机能量特性影响最为明显,效率下降了4.1个百分点。当机组在小流量0.6 Qd与0.8 Qd工况运行时,下环间隙增大,间隙内部流场与尾水管内部流场呈现小幅度恶化;当机组在大流量1.2 Qd工况运行时,下环间隙增大,转轮叶片吸力面压力分布以及尾水管内部流场均得到改善。该研究可为混流式水轮机结构设计提供有效参考。     

不同工况下大型箱涵式泵装置压力脉动特性及振动特性

为了研究箱涵式泵装置无汽蚀、开敞出流和汽蚀条件下压力脉动特性和振动特性,在进水喇叭管和叶轮室进口壁面布置了4只压力脉动传感器和箱体顶部布置了2只振动传感器,对多个工况点压力脉动特性和振动特性进行了动态测量,揭示了轴流泵进水部分不同条件下的压力脉动规律和振动特性。试验结果表明,叶轮室进口压力脉动峰峰值较大,叶轮室监测点主频值均为叶片转频,进水喇叭管除低频脉动外主频主要分布在叶频和转频位置;各工况点叶轮室进口两测点压力脉动有较好的对称性,进水喇叭管南北两侧压力脉动不对称;叶轮室进口压力脉动峰峰值基本都是随着流量的增加而减小;汽蚀条件下和开敞式出流条件下与没有发生汽蚀时相比,频谱图对应性较好,频率分布大体规律基本能够吻合,主要频率对应的幅值比不发生汽蚀时略大,汽蚀条件下频谱分布更广;水平振动位移均在10μm以内,竖直振动位移较大,说明泵装置运行时竖直振动更为明显。振动位移的大小随着流量的增大而减小。汽蚀条件下振动位移较非汽蚀时增大2.4~8.6μm,其中流量越小竖直振动位移增加越大,因此,实际工程中应尽量避免在小流量工况汽蚀条件下运行。该文关于箱涵式泵装置进水部分压力脉动试验研究可为同类泵站优化设计提供参考。     

双级射流混药装置的试验研究

植保机械中射流混药装置具有在线混合、环保等优点,而单级射流泵有混合比过大及混合比不稳定等缺陷.根据植保机械的要求,研制出双级射流混合装置.在不同主辅射流嘴直径,主、辅射流管距情况下进行试验,通过对双级射流混药装置中压力和混药比进行检测,得到其变化规律,揭示了试验参数对压力损失、混药比等系统参数的影响,为双级射流混药装置的设计提供了参考.     

不同进口高度排水管道用涡流装置截流特性模拟与试验

为研究不同进口高度h的涡流截流装置的截流特性,选用瞬态不可压缩流动的N-S方程和重整化群RNG k-ε湍流模型,采用欧拉模型中的VOF(volume of fluid)法对涡流截流装置进行了数值模拟,分析了进口高度h对涡流截流装置截流特性、截流效率的影响,并且研究了涡流装置内部流场分布特性,同时对涡流截流装置的截流特性进行了试验验证。结果表明,进口高度越小,截流能力越强;涡流截流装置的截流效率,随着高度h增大先减小后增大,转折点在3h/5~4h/5之间;当进口宽度固定时,为了保证不发生溢流或者堵塞,且能够实现较好截流,涡流截流装置的进口高度应选择4h/5~5h/5之间,此时,涡流装置的进口截面面积大于出口截面面积。涡流截流装置的截流主要是因为在装置内部形成了局部低压,静压力转换为流体运动的动压力,使流体产生高速旋流,发生了旋流截流。该研究可为城市污水截流装置提供新的可选设计方法,降低污水溢流或者内涝发生率。     

轴流泵叶轮出口轴面速度和环量的试验研究

为了研究系列高效轴流泵叶轮出口轴面速度和环量分布规律,设计了叶轮出口流场测量装置。基于流体绕流圆球理论,采用微型五孔探针对高效轴流泵叶轮出口轴面速度和环量进行了试验测量。试验结果表明,在最优工况下,系列高效轴流泵模型叶轮出口轴面速度呈二次抛物线流型,其最大值出现在叶片中部,且轮缘侧较小的轴面速度提高了汽蚀性能;系列高效轴流泵叶轮出口呈非线性环量分布规律,在轮毂侧环量稍小,在叶片中部较为平直,在轮毂侧环量降低至中部的0.8倍左右,而轮缘侧增大至1.2倍左右;同时叶轮出口轴面速度分布呈现抛物线流型,叶片中部速度最大。测量的轴面速度和环量分布数据拟合成多项式数学模型,可为轴流泵叶轮水力设计提供参考。     

果园悬挂式柔性对靶喷雾装置研制与试验

为减少农药飘移损失,保护生态环境,该研究从提高喷雾有效性和降低喷雾装置对果树枝叶的机械性损伤出发,研制了一种悬挂式柔性对靶喷雾装置。该装置以东方红MS-304拖拉机为载体,采用超声波传感器探测树冠位置,利用霍尔传感器构建测速模块。对株距4.0 m、树高1.6 m、树冠直径1.4 m的橘树进行对靶喷雾试验验证悬挂式柔性对靶喷雾装置作业性能。试验结果表明：拖拉机行驶速度为0.5 m/s时,喷雾压力0.4、0.5及0.6 MPa对应的平均药液附着率分别为84.7%、91.7%、88.9%,药液附着率较高且接近,喷雾压力对药液附着率的影响不明显;拖拉机行驶速度为1.0 m/s时,喷雾压力0.4、0.5和0.6 MPa对应的平均药液附着率分别为64.2%、70.3%、75.8%,喷雾压力越大,药液附着率越高;拖拉机行驶速度为 1.5 m/s时,平均药液附着率低于50%,且喷雾飘移较为严重,不适宜进行自动对靶喷雾;拖拉机行驶速度和喷雾压力相同时,药液附着率按树冠上、中、下层顺序呈递减规律,且速度越高,递减规律越明显。研究结果对提高果园对靶喷雾的药液附着率具有较好的实用价值。     

抽气方式与充气压力对盒式气调包装气体置换性能的影响

基于不同条件的气体置换流场分析是实现气体置换工艺参数与结构优化的基础。针对盒式气调包装机的关键装置—气体置换装置的物理模型进行流场分析,采用RNG k-ξ湍流模型对进行气流流场数值模拟,建立盒式气调包装气体置换结构内部三维流场;比较等效面积下3种抽气方式对包装内部气体置换性能的影响,确定抽气孔的优化布置方式;分析不同压差工况下的气体置换速度,确定充气压力适宜的工作范围。结果表明,当压强相对于极限真空处于粗真空时（0.04～ 0.1 MPa）,3种抽气方式的气体置换效率差异不显著,随着压强的减小（小于0.04 MPa）,中间抽气方式优于两边抽气方式;同时,采用中间抽气,两边四孔充气方式时,充气压力大于0.5 MPa,有利于获得较高的气体置换精度与置换效率。     

生物质混合燃料在柴油机喷嘴内流动特性模拟

为了研究燃料物性差异对喷孔内流动特性的影响,通过GAMBIT软件建立三维喷嘴模型,利用FLUENT软件采用混合多相流模型,对柴油、生物柴油、生物柴油/乙醇混合燃料的喷孔内压强分布、速度分布和空化程度进行仿真分析。结果表明:燃油在压力室与喷孔入口衔接处压强迅速下降,进入喷孔后压强趋于稳定,在喷孔出口处压强略有上升;生物柴油的压强降幅最大,在喷孔不同截面处,与柴油相比生物柴油的压强平均下降了23.91%;生物柴油/乙醇混合燃料与柴油的压强降幅差别不大。燃油流速在喷孔入口处迅速增加,进入喷孔后增速放缓,在喷孔出口处燃油流速略有下降;在喷孔径向方向,由于壁面黏滞力作用导致速度从中心轴线向外围呈递减趋势;在喷孔不同截面处柴油的流速最快,其在喷嘴出口处的流速为229.8 m/s;生物柴油/乙醇混合燃料在喷嘴出口处的流速为223.1 m/s;生物柴油的流速最小,其在喷嘴出口处的流速为214.9 m/s。空穴现象首先发生在喷孔入口拐角处,随后向喷孔出口发展,并逐渐减弱。喷孔不同截面处,柴油的气相体积分数最大,生物柴油的气相体积分数最小,其气相体积分数比柴油平均下降了11.1%,与柴油相比生物柴油的空化程度较弱;生物柴油/乙醇混合燃料的气相体积分数与柴油差别不大,仅降低了1.8%,在生物柴油中添加乙醇能够降低燃料的密度、粘度和表面张力,改善燃料在喷孔内的流动特性,促进空化产生,喷孔内的空化现象能够为圆射流喷雾提供初始扰动,促进燃油雾化。该研究可为生物柴油/乙醇混合燃料流通特性研究提供理论支持。     

叶片低压边的轴面位置对高水头水泵水轮机空化性能的影响

水泵水轮机转轮叶片低压边相比其他部位更具有空蚀的危险性。首先基于低比转速混流式转轮设计程序,设计了3个具有不同低压边轴面位置的叶片。然后采用数值模拟方法对3个转轮分别进行了3个不同出力的水轮机工况以及3个不同流量的水泵工况的全流道定常数值计算,对比分析了各计算工况下转轮的能量特性、流动特征及空化形态。研究表明,在一定范围内,叶片低压边轴面位置前移可以改善大流量水泵工况下转轮叶片进口的脱流情况,从而提高大流量水泵工况的扬程和空化性能。低压边轴面位置的后移,使得水轮机设计工况和满负荷工况的水力效率降低,但是改善了水轮机大流量工况的空化性能;并且叶片低压边轴面位置后移可以改善小流量工况下叶片进口的来流均匀性,从而提高小流量水泵工况的空化性能。相比而言,低压边在上冠型线位置的直径与转轮直径之比为0.4998的第2种低压边位置转轮在水轮机和水泵2种工况下都表现出比较好的空化性能,满足设计要求。     

柴油机喷嘴内小桐子油流动特性仿真分析

为对燃用小桐子油柴油机的燃油喷射及雾化进行系统研究,建立了考虑燃油黏度、密度及气泡数密度随喷射条件变化的三维气液两相流空穴模型,在对所建数学模型验证的基础上,进行了喷油压力、喷油背压及燃油温度对喷嘴内小桐子油空穴流动特性影响的数值模拟,并与喷嘴内柴油的流动特性进行了对比分析。结果表明：应用小桐子油作燃油时,随着喷油压力的增加,喷孔出口燃油的平均流速及质量流量逐渐增加,流量系数逐渐降低,但空化效应变化并不明显;喷油背压的变化对喷嘴内小桐子油的流动特性影响较小;随着燃油温度的升高,喷孔出口平均流速、质量流量及流量系数均大幅提高,空化效应显著增强。相同喷射条件下,小桐子油的空化效应及喷孔出口平均流速均低于柴油,但其质量流量及流量系数是否低于柴油,还受到燃油温度的影响。该研究可为燃用小桐子油柴油机工作过程的深入分析提供参考。     

SSQ系列射流施肥器水力性能试验研究

基于农业生产中水肥一体化技术的施肥要求，该研究对国内常用的SSQ系列射流施肥器进行了性能测试。以吸肥量、进出口压差等指标为研究目标进行了施肥器水力性能的分析和预测，推导了SSQ系列射流施肥器开始吸肥和吸肥效率最高时进出口压差与进口压力的关系公式。结果表明：在正常工作阶段，SSQ系列射流施肥器的吸肥量随进出口压差的增加而增大，在空化条件下达到极限工况；8种不同规格施肥器在进口压力超过0.20 MPa时才能充分发挥吸肥性能；正常工作阶段临界压差与进口压力关系公式的斜率与试验值的误差小于15%，斜率的大小主要受喉管截面和喷嘴出口截面的面积比影响；效率最高时压差与进口压力关系公式的斜率与试验值的平均相对误差为17%，验证了该关系公式的合理性。本文提出的SSQ系列射流施肥器水力性能预测公式可为同类产品的设计和应用提供参考。     

叶片低压边厚度对水泵水轮机空化性能与强度的影响

水泵水轮机转轮叶片低压边相比其他部位更具有空蚀的危险性。首先基于低比转速混流式转轮设计程序,设计了3种具有不同厚度的叶片,厚度差异主要在叶片低压边位置;然后采用数值模拟方法对3种翼型转轮分别进行了3个不同出力的水轮机工况以及3个不同流量的水泵工况的全流道定常数值计算,对比分析了各计算工况下具有不同叶片低压边厚度的转轮的空化形态及流动特征;最后采用有限元方法对转轮叶片强度进行了校核。研究表明:3种叶片低压边厚度分布规律的转轮均满足强度要求。空化性能方面,水轮机42%出力工况下,翼型2转轮不发生空化;88%出力工况、100%出力工况和水泵大流量工况下,随着叶片低压边的厚度的增大,空化越剧烈;水泵小流量工况与设计工况下,转轮的空化程度并不因低压边厚度的增大而加剧,而是水泵设计工况下,低压边厚度相对最大的翼型3叶片头部绕流平顺,空化性能相对较好,其他2种翼型由于头部出现脱流和漩涡,出现严重空化。     

高压均质过程中射流噪声与空化效应的关联分析与实证

空化效应是高压均质破碎的重要作用机理。为考核不同射流均质条件下空化效应的改变,依据流体动力学及空化理论,对空化效应导致射流噪声进行了分析、测算,并对乙醇—水为二元组分载料介质的射流均质过程中两者的相关性进行了试验验证。理论分析表明,通过添加低沸点载料介质可以明显强化空化效应,二元组分载料介质中的乙醇摩尔分数xA从0趋近1时,空化效应呈先强后弱的规律,推断射流噪声的声压量级及频谱特性也会发生相应变化,射流噪声的实测结果与理论分析基本一致。结果表明,通过检测射流噪声,可以方便、间接地考查射流均质过程中空化效应的改变,评价空化效应潜在的能量特点。     

农用柴油机喷油器各孔喷油规律验证及流动特性模拟

针对农用柴油机喷油器各孔内部流动特性存在差异的现象,该文以某两气门用非均匀布置的5孔无压力室喷油器为研究对象建立三维模型,运用双流体模型及空穴模型计算了模拟各孔喷油规律,与实测各孔喷油规律吻合较好。通过该模型分析了喷嘴各孔瞬态流动特性及喷孔轴线与针阀轴线夹角对喷孔内部流动的影响。模拟结果如下:在针阀全开阶段,随着凸轮轴转角的增加,喷油压力不断变化,各孔内部出现不稳定空化,影响喷孔出口喷油速率;在喷射初期,喷孔内部未形成完全空穴,各孔喷油速率的差异不明显。另外,喷嘴喷孔轴线与针阀轴线夹角从67°增至80°时,各孔内部空穴区增加且延伸的空穴逐渐向喷孔中心轴线移动,喷油速率逐渐减小。该研究可为农用柴油机喷油器各孔的分布设计提供参考。     

Teejet雾化喷头的水力性能试验及工作参数优选

为探究Teejet雾化喷头工作参数对单喷头及组合喷洒水力性能的影响,进而得到雾化喷头的较优配置工况,该研究通过试验分析、理论计算和综合评价相结合的方法,探究等效直径、安装高度、工作压力对雾化喷头水力性能的影响规律;定量分析得到安装高度、工作压力、等效直径、组合间距与组合均匀性系数之间的关系;构建综合评价指标体系,采用主成分分析法确定雾化喷头最优配置方案。结果表明：1）随着工作压力的升高,喷头喷灌强度峰值逐渐增长;随着安装高度的升高,喷头的喷洒范围增大,水量分布更加均匀;相同安装高度和工作压力条件下,喷嘴的喷灌强度峰值与等效直径呈正比。2）3种等效直径喷头组合均匀性系数随工作压力和组合间距的变化趋势基本一致,组合间距对组合均匀系数的影响最为明显,随着喷头组合间距的增加,喷头的组合均匀系数大多呈先减小后增加再减小趋势。3）雾化喷头最优配置工况为喷嘴等效直径1.81 mm、安装高度0.6 m、组合间距0.2 m、工作压力400 kPa。该研究可为适用于温室的移动式微喷灌机组的参数配置提供依据,并为该机组在全国范围内的推广应用提供理论支撑。