基于膨胀比的自由活塞发动机理想热力循环分析

为提高传统发动机的热效率,降低燃料消耗成本,减少尾气排放,该文建立了基于增压中冷和Atkinson循环的四冲程自由活塞发动机理想热力循环模型,着重分析了膨胀比对自由活塞发动机热力过程的影响,提出了膨胀极限的概念,通过数值模拟方法对膨胀比与发动机热效率关系进行了仿真研究和试验验证,结果表明,通过增大膨胀比可使发动机的热效率提高10%;膨胀终了温度降低500K以上。研究结果可为自由活塞发动机在混合动力车辆上的应用提供参考。     

圆盘挖掘式甜菜联合收获机设计与试验

为了缓解中国甜菜收获装备短缺的现状,设计了一种适合国内甜菜种植模式和农艺要求的圆盘挖掘式甜菜联合收获机,并阐述了该机的总体配置及主要部件的结构。该机主要由传动系统、对行装置、挖掘装置、输送分离装置、升运装置等组成。其中,液压控制系统提高了机械的操控性及自动化程度;对行装置减少了甜菜的漏挖,实现了自动对行收获;圆盘式挖掘部件参数的优化设计有效减少了工作阻力,输送分离装置和升运装置中的杆式输送链减少了甜菜的输送损失和含杂。田间试验表明,收获机甜菜收获损失率不大于3.42%,粘土率不大于1.18%,损伤率不大于1.82%,折断率不大于1.6%,含杂率不大于4.86%,符合甜菜收获要求。该研究可为甜菜收获机械设计提供参考。     

延安地区降雨引发黄土泥流的试验研究

在野外模拟降雨条件下,研究了黄土粒度分布和微结构在降雨前后的变化及其对泥流启动的影响.结果表明,采自径流沉积物的降雨后土样中的细黏粒、粗黏粒体积含量分别相对增加了22％和18％,而粗粉粒、微砂体积含量分别相对减少了7.6％和3.3％.坡面残余土的粒度“粗化”,降雨后土骨架连接松散,这些由降雨引起的黄土的粒度和微结构变化说明降雨后黄土的抗剪强度和抗压能力将降低,导致泥流启动的可能性增加.随着降雨入渗,当沿坡面的黄土重力分力与抗剪强度间的平衡被打破,黄土开始滑移并发展成泥流.有效防止坡面土粒度“粗化”是遏制水土流失的关键.     

甜瓜贴接嫁接机切削装置工作参数优化与试验

为提高嫁接成活率并解决用工短缺的问题,全自动嫁接机的研发已成为当前热点。该文设计了甜瓜贴接嫁接机的关键部件嫁接苗切削装置,并采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化试验。论文在研制出切削装置样机的基础上,以典型的甜瓜嫁接苗为研究对象,选取切削角度、切削半径和切削高度作为试验因素,以砧穗嫁接贴合百分比为试验指标,进行嫁接苗切削装置作业性能的单因素和二次回归正交试验,确定了该装置的最优工作参数,并进行了试验验证。试验结果表明,嫁接苗切削装置的工作参数为切削角度-9°、切削半径39 mm、切削高度30 mm时切削装置切削效果最好,砧穗嫁接贴合百分比为98.2%,可以保证较高的嫁接成活率。切削装置可以成功地完成甜瓜嫁接苗的切削,满足设计要求。该研究为蔬菜全自动嫁接机的研制与开发提供了参考。     

弧底梯形渠道无喉道量水槽水位流量关系数值模拟

目前为适应我国多数渠道断面方式和灌区管理方式,开发研制新型量水配套设施对灌区节水起着至关重要的作用。利用Fluent 6.3大型流体力学数值仿真软件,结合有限体积法、RNG k-ε湍流模型和VOF模型,在不同渠道底坡上对不同量水槽水位流量进行数值模拟试验研究。结果表明:（1）量水槽流态上游水面平稳属于缓流,量水槽槽内水流为急流,可知由缓流过度到急流必然会发生临界流,量水槽沿程弗劳德数可知量水槽喉口附近扩散段内产生临界流;（2）弧底梯形渠道无喉道量水槽具有较好的水位流量关系,渠道收缩比ε与渠道比降i对形成单值稳定的水位流量关系有较大的影响,随着渠道尺寸增大同时收缩比ε减小,量水槽水位流量逐渐在较大的底坡范围内形成统一的水位流量关系。（3）流量系数与量水槽宽和收缩比具有较好的线性关系,同时流量系数随R,H、ε的增大而变大,回归分析建立的量水槽流量公式,测流公式平均误差值小于5%,说明弧底梯形渠道无喉道量水槽测流是可行的,满足明渠测流要求。研究成果对灌区渠道量水槽的设计优化提供了一定的参考和建议。     

河岸边坡草被减流减沙效应及其坡面流水动力学特征

为研究草本植被覆盖对河岸边坡坡面流水动力学特征及产流产沙规律的影响,阐明坡面生物措施的减流减沙效益,在放水流量为5ml/s、坡度约为15°的条件下对不同草本植被覆盖类型的河岸自然边坡进行野外放水冲刷试验。结果表明:(1)植被覆盖坡面的初始产沙量均大于裸地,黄花蒿的产沙量最大(1.92g),其次是野豌豆(1.73g)、狼尾草(1.24g),裸地(0.96g)最小;从产沙趋势上看,裸地坡面的产沙过程呈先升高后下降的趋势,而狼尾草、野豌豆、黄花蒿则呈整体递减趋势;(2)4种不同下垫面边坡土壤稳定入渗率介于2.10~4.30之间,狼尾草(4.30mm/min)最大,野豌豆(3.91mm/min)、黄花蒿(3.10mm/min)次之,裸地(2.10mm/min)最小,且入渗过程均符合Horton入渗公式:i=i_c+(i_0+i_c)e~(-kt);(3)各草本植被覆盖坡面的减流效益按大小排序为狼尾草(57.41%)野豌豆(40.74%)黄花蒿(37.03%);减沙效益大小排序为狼尾草(55.73%)野豌豆(45.71%)黄花蒿(26.89%);(4)3种草本植被坡面的径流流速及费汝德数均小于裸地,而雷诺数与裸地相比差异不大,均分布在32.46~33.90之间;各植被坡面的Darcy—Weisbach阻力系数及糙率系数分别是裸地的3.96~12.85倍和1.96~2.52倍。研究结果可为进一步揭示草被的减流减沙作用及土壤侵蚀动力过程提供理论依据。     

流冰对引水隧洞撞击破坏力学特性数值分析与验证

寒旱地区冬季寒冷,昼夜温差大,长距离输水工程在解冻期易形成流冰,不同尺寸的流冰对隧洞形成不同的挤压力或撞击力,甚至导致衬砌破损,工程失效。该文通过深入研究流冰与引水隧洞碰撞时的相互作用问题,并利用有限元接触-碰撞算法的对称罚函数算法,进行了流冰撞击引水隧洞衬砌的接触-碰撞算法的理论分析。应用ANSYS/LS-DYNA软件,建立隧洞模型和流冰模型,选用LS-DYNA SOLVER求解器进行求解,分析流冰对隧洞的破坏程度;并通过物理模型试验采用几何比尺为C_l为28进行验证,揭示流冰对引水隧洞的撞击破坏机理。结果表明:流冰在不同流速、不同平面尺寸、不同厚度等工况下,流冰与隧洞衬砌碰撞时,隧洞衬砌表面会产生不同程度的变形和破坏;随着流速增大,撞击应力值也相应增大,两者呈线性关系;当流冰平面尺寸变化时,其撞击应力随着流冰平面尺寸的增大而增大,两者呈非线性关系;当流冰厚度增加时,流冰厚度小于0.5 m时,撞击力随着流冰厚度的增大而增大;其厚度超过0.5 m时,撞击应力值变化不大,其流冰平面尺寸和最大应力呈现近似线性关系。同时,通过软件模拟和试验观测得出的计算结果基本一致,流冰与隧洞衬砌碰撞时,隧洞衬砌表面会产生不同程度变形,变形对隧洞稳定性影响不大。但是,流冰冲刷会导致隧洞衬砌表面破碎,长期会影响结构的强度与稳定性。其结果可为寒旱地区冬季输水工程安全提供理论支撑和技术保障。     

基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

Environmental effects on soil NO concentrations and root N uptake in beech and spruce forests

This study aimed to investigate the shifts in net nitrogen (N) uptake and N compounds of fine roots over the vegetation period (i.e., spring, summer, autumn) and correlate this with NO concentration in the soil. Soil NO concentration was measured using gas lysimeters for collection and a chemiluminescence analyzer for quantification. Net N uptake by the roots was determined using the ¹⁵N enrichment technique. N pools were quantified using spectrophotometric techniques. Soil NO concentrations at beech and spruce forest sites were highest in spring (June), and lowest in winter (December). Total N of the roots was similar during the seasons and between the two years under study despite considerable variation of different N compounds. Net N uptake generally increased with higher N supply. Correlation analysis revealed a positive relationship between soil NO concentration and net N uptake only for spruce trees. This relationship seemed to be modulated by environmental factors and tree species.     

高速电磁阀电磁力近似模型的构建与分析

为提高高速电磁阀动态响应速度,采用近似模型方法,以建立电磁阀多物理场零维近似耦合模型,实现其性能高效预测及优化。首先创建了柴油机电控单体泵高速电磁阀电磁力有限元计算模型,并通过与试验对比验证了模型的精度。结合面中心复合设计、嵌套中心复合设计、最优拉丁超立方设计与二次多项式响应面模型、Kriging模型、径向基函数模型,构建了18组电磁力近似模型。分析了不同样本点集大小、试验设计方法及近似方法对近似模型精度的影响。得出近似模型的精度随着样本点集的增大并非呈现单调递增的关系;而最优拉丁超立方试验设计与Kriging模型、径向基函数模型具有良好的适应性。构建高速电磁阀工作气隙、驱动电流、线圈匝数、副磁极半径、衔铁厚度、衔铁半径等关键参数的电磁力近似模型最佳方案是最优拉丁方试验设计与Kriging模型的组合,样本点集大小为二次多项式响应面模型所需最少样本点数的1.5倍,模型复相关系数、平均绝对误差、均方根误差值分别为0.97、0.06、0.09。该研究为高速电磁阀多物理场零维近似耦合模型的建立及其优化提供了参考。