气力式秸秆深埋还田机输送装置设计与试验

针对合理耕层构建技术指标要求,设计了气力式秸秆深埋还田机输送装置。其主要结构参数为：输送管截面为0.2m×0.2m方形管;叶轮直径为0.55m,叶轮宽度为0.17m,进气口直径为0.26m,风机壳宽度为0.2m;螺旋轴直径为0.09m,螺旋叶片外径为0.25m,螺距为0.2m,螺旋叶片厚度为0.003m,螺旋外径与输送管内表面间隙为0.005m。通过玉米悬浮速度试验测得,长度为10cm玉米秸秆上、中、下部分悬浮速度分别为10.4、12.3、12.7m/s,平均值为11.9m/s,试验结果与仿真误差为7%。基于气固耦合理论,通过CFD-DEM气固耦合法对输送装置内的气固两相流模拟研究,表明弯角30°、转速为1800r/min时输送管道中,秸秆最小速度为5.21m/s,所对应的气流速度为17~27m/s,出口处玉米秸秆速度为6.06m/s,气流速度为2~27m/s,秸秆输送效果最佳。田间试验结果表明,气力输送装置性能参数最优组合为：风机转速1800r/min,秸秆覆盖量1.2kg/m2,叶片弯角30°。田间验证试验得深埋合格率为93.2%,有效提高了深埋质量。     

基于EDEM-Fluent耦合的颗粒肥料悬浮速度测定试验

为提供气力施肥装置的设计参考依据,以大颗粒尿素、磷酸二铵和硫酸钾3种颗粒状化肥为试验对象,通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对物料悬浮速度进行数值模拟,采用Lagrangian模型进行气固两相流耦合仿真,试验结果表明,大颗粒尿素悬浮速度7. 21～12. 97 m/s,磷酸二铵悬浮速度7. 68～12. 48 m/s,硫酸钾悬浮速度11. 09～18. 15 m/s。通过台架试验测定大颗粒尿素悬浮速度6. 68～12. 48 m/s、磷酸二铵悬浮速度7. 22～11. 96 m/s、硫酸钾悬浮速度9. 46～17. 81 m/s,相对误差分别为5. 3%、5. 1%、7. 2%。在颗粒肥料体积分数1. 0%、3. 5%、6. 0%、8. 5%时,分别测定肥料颗粒群的悬浮速度,结果表明,颗粒群悬浮速度随着体积分数的增加而减小,在不同颗粒肥料体积分数下,仿真结果与试验结果相对误差近似为常数,其原因为颗粒球形度对悬浮速度的影响,标定得出大颗粒尿素悬浮速度修正系数0. 90、磷酸二铵悬浮速度修正系数0. 96、硫酸钾悬浮速度修正系数0. 84。基于流固耦合的颗粒悬浮速度仿真具有较高的准确度,验证了基于EDEM-Fluent气固两相流耦合仿真测定物料悬浮速度方法的可行性。     

基于CFD-DEM的集排式分肥装置颗粒运动数值分析

为研究气力集排式分肥装置中肥料颗粒的流动特性,本文通过离散元法与计算流体动力学耦合仿真的方法进行分肥装置颗粒运动数值分析。在气固耦合模型中,使用EDEM软件模拟固相肥料颗粒,Fluent软件描述气体相。通过研究分配器旋盖锥角和波纹管直径对气流压力、风速及肥料颗粒运动特性的影响,确定分肥装置最佳结构参数,并基于该结构进一步研究入口风速和施肥速率对分肥装置分肥均匀性的影响。模拟仿真和台架试验结果表明:分配器旋盖锥角为120°、波纹管直径为80 mm时,气流和肥料两相在分肥装置中流动性和均匀性最优。在入口风速为25～35 m/s,施肥速率为0. 26～0. 44 kg/s条件下,分肥装置各行施肥量的变异系数均不大于4. 9%,对不同种类肥料的分配精确性和均匀性满足施肥作业要求。     

稻麦轮作区气动式小麦精准投种装置设计与试验

为实现稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦精量播种,设计了一种气动式小麦精准投种装置,该装置通过气动加速将小麦种粒高速精准投置于清洁土壤内。以稳态气体流速、入口负压为试验指标,出气室直径、喉嘴距和接收室直径为影响因素,利用Fluent分析进行气动式小麦精准投种装置的关键结构参数设计。Fluent分析结果表明:该装置的较优组合为出气室直径为6 mm、喉嘴距为10 mm、接收室直径为32 mm,此时稳态气体流速为524 m/s,入口负压为15. 966 kPa。较优参数组合下的投种性能台架试验结果表明:当作业速度为1. 2 m/s、投种高度为0. 1 m、进气室压力为0. 5 MPa时,小麦种粒可高速冲击进入土壤,实现高速精准稳着床点播、且无破损,平均投种速度为43. 8 m/s,平均投种深度6. 78 mm,投种速度、投种深度变异系数分别为8. 3%、5. 8%,投种性能稳定。     

针孔管式小麦匀播机构气力损耗特性数值分析与试验

针孔管式小麦匀播机构的气道结构复杂、排布密集、截面积多变、弯折狭长,对气流的流通造成阻碍。为优化机构参数、减少气力损耗、提高气力利用效率,本文通过对流体域内可导致气力损耗的区域(变截面狭长圆柱区域、输气管弯折区域、气室汇流区域及负压口-气室连接区域)进行分析,明晰了各区域产生气力损耗的原理及类型,得出横向输气管直径、输气管夹角及负压口直径是影响气力损耗的关键参数。以上述参数为试验因素,以吸种孔平均气流速度、吸种孔最低气流速度及吸种孔速度标准差为试验指标,利用Fluent软件进行三因素三水平正交仿真试验,得到各参数对指标的影响程度,并确定气力损耗最小的参数组合为:横向输气管直径8 mm、输气管夹角105°、负压口直径36 mm。在此参数组合下,吸种孔平均气流速度为86. 4 m/s,吸种孔最低气流速度为75. 16 m/s,吸种孔速度标准差为7. 35 m/s。样机试验结果略小于仿真结果,但趋势一致,验证了数值分析的可靠性。     

黄河下游典型河段分滞洪模式研究

通过动床模型试验,研究了黄河下游典型河段不同量级漫滩洪水在不同边界条件下的冲淤特性,对河道最优量级洪水泥沙调控技术进行了研究,探寻了黄河下游漫滩洪水泥沙过程控制及分区滞洪沉沙的可行性方案。结果表明:对于规划边界条件下最大洪峰流量为8 000 m3/s的洪水过程主槽冲刷量效果最好,且洪水可控性好,滩区淹没面积较小。若黄河下游遭遇大漫滩洪水,小浪底水库可控制下泄洪峰流量为8 000 m3/s。在夹河滩-高村河段,对应滩区运用方式,可开启东明滩、长垣二滩的滞洪沉沙,淤滩刷槽。     

潜水自引气曝气机的数值模拟与试验研究

为了研究潜水自引气曝气机内部流动机理,根据潜水自引气曝气机的性能要求,自主设计了开放式齿形转轮和开式导叶,通过三维造型软件UG完成了过流部件的三维造型.以商业软件An-sys-CFX为主要分析工具,利用多相流湍流模型对潜水自引气曝气机过流部件进行数值模拟,并对模拟结果分析,并进行相关试验验证.结果表明:模拟结果显示曝气机下潜深度从2.5～6.5 m内变化时,模型内部区域的速度矢量分布随着下潜深度的增大从混乱到流畅再到混乱,压力分布图中的低压漩涡从出现到消失再到出现;试验结果表明曝气机下潜深度从2.5～6.5 m变化时,曝气机进气管进气速度先增大后降低,在3.5 m时进气速度最大,达到4.25 m/s;模拟结果与试验测试的曝气机进气性能变化情况趋势一致,证明了根据模拟结果对曝气机性能的预测是可行的.     

低比转速离心泵叶轮内固液两相流的数值分析

为了分析离心叶轮内固液流动特性,采用M ixture多相流模型,扩展的标准κε湍流方程与SIMPLEC算法,应用流体动力学软件Fluent对低比转速离心泵叶轮内固液两相湍流进行了数值模拟.分析了多种粒径及浓度条件下的固相体积浓度分布规律.当颗粒直径较小和泥沙浓度较低时,固粒在叶轮出口附近会出现向叶轮背面迁移的趋势;但在离心泵叶轮固液两相流动中,固体颗粒还是主要集中于叶轮工作面,因而会加剧叶轮工作面磨损破坏速度.数值结果表明,在相同的泥沙颗粒直径条件下,水泵扬程随着含沙水流中泥沙浓度的增大而下降.     

水射流强化疏浚用气力泵提升性能的试验研究

为有效消除底泥对水库的淤积影响，避免底泥对水体的二次污染，创新一种螺旋气力泵新型结构，提出脉冲水射流与气力泵一体化清淤新思路，以提高清淤气力泵提升性能。研究不同喷嘴数量、分布方式对气力泵疏浚特性的影响，并将研制的样机用于工程实践。结果表明：水射流喷嘴的引入对气力泵系统扬水量JL影响较小，却可极大的提高扬固量JS；喷嘴可起到解除底部压持效应之功效，使得底部流场脉动，固体表观流速得到大幅提升，使得颗粒易于启动；喷嘴需采用非均匀分布方式，但不能过分“偏心”，不然易引起动压持效应，致使气力提升性能降低；浸入率γ对气力泵疏浚性能影响较大，随着浸入率γ的增大，扬水量JL和扬固量JS均有较大提升，尤其是扬固量峰值相比无喷嘴工况提高了10倍之多。实验室和工程现场试验均验证了气力泵浸入率越大，疏浚效率越高，特别适用于深水疏浚的结论，与理论一致。     

红枣悬浮速度特性试验测定与分析

红枣悬浮速度是气力式收获、输送和清选除杂等装置设计与研究方面重要的物料特性参数,是风机选型与气力机械结构优化改进的理论依据。本文利用自制悬浮速度测定装置试验台,测定红枣在不同含水率及粒径下的悬浮速度数值,探究悬浮速度与两者之间变化关系,并获得气流速度下红枣悬浮高度变化范围,得出其悬浮的最佳气流速度。试验结果表明:红枣含水率在47.39%～72.35%变化时,其悬浮速度范围在27.13～34.28 m/s;红枣粒径在25.59～36.69 mm变化时,其悬浮速度范围在31.15～34.04 m/s,悬浮速度变化都呈上升趋势;响应面分析可知,相同含水率下,红枣悬浮速度数值随着粒径的增加而变大,当粒径确定时,随着含水率增加悬浮速度数值逐渐增加,但增加程度较小,可知红枣粒径变化对悬浮速度影响较大,含水率变化对悬浮速度影响较小;当含水率确定、气流速度在32 m/s时,不同粒径红枣,在锥管内不同高度悬浮,出现粒径较大在上端,粒径较小在下端的分层现象;对悬浮速度理论公式中形状修正系数进行计算,当红枣含水率72.35%、粒径25.59～36.69 mm时,其形状修正系数S在0.565～0.679之间。该试验测定结果为红枣气力式收获或分选等装置设计与研制提供理论依据。     

90°弯管内玉米颗粒气固耦合运动特性分析

为提高玉米颗粒在气力输送过程中的输送效率,分析能量损耗来源,借助计算流体动力学(CFD)与离散元(DEM)耦合法对玉米颗粒在90°弯管内的流动特性进行仿真分析。结果表明:入口段、弯管段及出口段内玉米颗粒速度分别为25m/s、16m/s、12.5m/s;弯管段形成颗粒束,并且使该区域内气流速度降低;管道内能量损失包括玉米颗粒间碰撞及颗粒与壁面碰撞两部分,后者为系统内能量损失的主要来源。仿真结果对气力输送设备管道布置提供一定理论参考。     

马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置设计与试验

针对以联合收获为主的北方马铃薯主产区,马铃薯收获后薯石分离人工捡拾工作量大、清选效率低,且清选洁净率较低等问题,利用薯块和石块密度不同的特点,采用气力悬浮输送技术设计了马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置,并基于该装置研究了不同参数调整条件下的清选特性。利用高速气流悬浮与振动筛的摆动作用,发挥气力悬浮和振动筛分离的双重优势,使薯块与石块在运动过程中实现自动分离。试验表明：当气流速度为35m/s、筛面倾角为18°和曲柄角速度为30rad/s时,马铃薯选出率均值为96.71%,清选洁净率均值为98.34%,各项性能指标均满足马铃薯清选作业要求。     

半喂入式花生联合收获机关键工作参数试验与优化

为提高半喂入式花生联合收获机作业效率,改善其适应性,以前进速度、夹持输送速度、摘果辊转速为试验因素,以损失率和破碎率为试验指标,采用三因素二次回归正交旋转组合试验设计方案,运用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面分析,得到响应面模型;对所得到的数学模型进行优化求解,并采用优化后的最佳工作参数组合进行验证试验。结果表明:当前进速度范围为1.0~1.3m/s、夹持输送速度工作范围为1.2~1.6m/s、摘果转速为450、600r/min时,损失率和破碎率均满足作业标准。     

水轮机泥沙磨损两相湍流场数值模拟

为研究水轮机内部泥沙磨损的固液两相流动特性,应用基于计算多相流动力学理论中欧拉-欧拉方法的代数滑移混合多相流模型,采用多面体网格技术、标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对混流式水轮机全流道进行了三维定常泥沙磨损两相湍流场的数值模拟.利用商业CFD求解器ANSYS Fluent,获得了小开度工况下水轮机泥沙磨损发生的部位与程度,分析水轮机流道内泥沙磨损的特征规律,其中叶片上泥沙颗粒分布模拟结果与真机转轮实际磨损情况相符,表明该方法可以准确预测水轮机各过流部件的泥沙磨损情况,对揭示泥沙颗粒与水相互作用的固液两相湍流场诱发水轮机振动的影响机理及解决工程实际问题具有重要的意义,而且具有较高的工程应用价值.     

机采棉中残地膜静电吸附法分级去除

提出一种基于静电吸附方法分级去除机采棉中残地膜的方法,以新疆阿拉尔地区种植的新陆早26号机采棉为研究对象,根据机采棉中残地膜曲直形态与荷电极化程度存在一定的相关性,利用图像处理提取机采棉中各种残地膜杂质特征并进行聚类算法分级,将残地膜分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等级。搭建静电吸附分离平台,对掺有不同等级残地膜的机采棉进行不同荷电时间、飞入速度、极板电压下的试验,以除杂率为测定指标,找出对应级别残地膜的最佳参数组合,以期达到残地膜杂质与机采棉的分离最大化。试验表明,对除杂率影响显著的因素由大到小为:飞入速度、荷电时间、极板电压。掺有Ⅰ级残地膜的机采棉除杂最佳荷电时间为24 s,飞入速度为4. 7 m/s,极板电压为39 k V,分离率为96. 2%;Ⅱ级最佳荷电时间为29. 8 s,飞入速度为5. 8 m/s,极板电压为37. 6 k V,分离率为98. 1%;Ⅲ级最佳荷电时间为30. 1 s,飞入速度为3. 5 m/s,极板电压为46. 2 k V,分离率为97. 2%。研究结果表明:基于静电吸附分级去除残地膜的方法可行,能够满足实际生产需要。     

悬浮泥沙荷载下水库泥沙淤积变化及流型演变

本文通过试验以准连续方式测量河床水位变化、悬浮泥沙浓度和流速,并利用多种测量技术研究矩形浅水库中湍流结构、悬浮颗粒、河床形态和其他不稳定性之间的相互作用关系.结果表明,与清水流相比,随着泥沙添加到水流中,湍流减小,混合长度减小,粗糙度增加,从而导致速度梯度增加;悬浮泥沙和波纹稳定了水流,并将流型从与清水不对称改变为与泥...     

后掠式双叶片污水泵固液两相流动规律的数值模拟

基于Particle模型,采用SIMPLEC算法、多重参考坐标系法对后掠式双叶片污水泵固液两相流场进行数值模拟.液相采用标准k-ε双方程湍流模型,固体颗粒采用离散相零方程模型,分析了固相颗粒体积浓度分别为5%,10%,15%,20%,颗粒粒径分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mm时,固相颗粒在泵内的分布情况及其滑移速度的大小,从而进一步研究泵内过流部件的磨损情况,并探讨了颗粒浓度及大小对泵水力性能的影响规律.结果表明,颗粒直径一定时,随固相体积浓度的增大,颗粒运动轨迹偏向叶片吸力面;叶片压力面及吸力面尾部的后盖板处固体颗粒滑移速度增加明显,该处壁面产生磨损,因此设计时后盖板处应加厚;固体颗粒的粒径及固相体积浓度对泵水力外特性有着不同程度的影响,粒径增加,泵扬程、效率均下降;固相体积浓度增加,泵扬程增加、效率下降.样机试验表明:额定工况下效率为80%,扬程为11 m,设计合理,达到国内污水泵设计的领先水平.     

双流体湍流模型对固液两相流计算的影响

为了研究固液两相流双流体模型的控制方程进行封闭时,采用不同方法进行模化产生的不同双流体湍流模型对固液两相流的计算结果产生的影响.研究了3种双流体湍流模型在不同固相条件和不同进口液相速度时对圆管内固相浓度和速度计算结果的影响,并与试验值进行对比.结果表明,不同工况时,3种双流体湍流模型的固相浓度计算结果在壁面附近的误差较大,都更适合计算流速大、含沙浓度高的固液两相流场;3种模型会显著影响含大粒径颗粒的固液两相流场的计算结果,而对小粒径颗粒影响较小;k_m-ε_m模型适用的固相浓度和流体速度的范围较广,具有更广泛的适用性;综合考虑固液两相流场各参数计算的准确性,当颗粒粒径大于165 μm时,k_l-ε_l-A_s模型更优,当颗粒粒径小于165 μm时,k_m-ε_m模型更优.     

无筛粉碎机粉碎粒度及影响因素的试验分析

对小型锤片式无筛粉碎机进行粉碎试验,分析比较了影响加工粒度的因素.结果表明:粉碎玉米时,小型与大中型锤片式无筛粉碎机锤片末端最佳线速度分别为35～45 m/s和40～50 m/s(平均粒度为1.0～1.3mm最佳);最佳排粉方式为采用从动定盘间隙和定盘环面长条孔同时排粉;当长条孔宽度为4～6 mm、线速度为43～47 m/s时,成品的平均粒度在1 mm左右.     

不同管径水平管道气液两相流动数值模拟

为更好了解管道中的气液两相流运动过程,揭示气液在不透明管道中的分布规律及运动形态,提高管道自压输水在实际工程中的安全性.基于已有研究成果,应用Fluent软件进行三维水平管道的数值模拟研究,并分析了不同管径、流速下两相流流态,及压力、流速等各项水力要素的变化.结果表明:三维CFD模拟可较好地展示管道气液两相分布规律;增大液相折算速度可以发生流型的转化,随着管径的增大,气泡流-塞状流的过渡表现为更高的液相折算速度,从80 mm管道中的小于4 m/s过渡到160 mm管道中的4 m/s;随着液相折算速度和管径的减小,由气团引起的压力波动随之减小,其中2.8 m位置处的最大压差由9 439.2,12 826.5 Pa减小到9 136.0 Pa;管道上壁面流速下降梯度高于下壁面,且气泡越大,差值越明显.工程上认为若无法避免输水过程中的气体存在,采用较小的液相折算速度和管径时,由气团引起的压力波动随之变小,认为此时管道更为安全.