TRMM在海河流域南系的降水估算精度评价及其对SWAT模型的适用性

准确估算区域降水对水文过程评价和水资源管理意义重大。为评估TRMM 3B42V7降水产品在海河流域南系的估算精度及其在土壤和水评估模型(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)中的适用性,利用28个气象站降水观测数据(2007-2016年)和101个雨量站观测数据(2010-2016年)开展研究。研究表明:站点尺度上,3B42V7降水产品对月降水估算的均方根误差小于15 mm,平均误差小于8.5 mm;在湿润季节的估算精度更好。流域尺度上,日降水估算精度较差,相关系数小于0.6。分区尺度上,3B42V7能够很好地捕捉到不同等级降水强度,但对微量降雨有所低估;山区和平原的年降水量均出现高估现象,平原区较为突出;此外,3B42V7能够较好地捕捉到研究区内极端降水的时间和空间分布。分2种情景进行水文模拟,利用月平均流量对模型进行校准和验证,在情景Ⅰ中,验证期模拟结果较好,决定系数在0.56~0.96之间,纳什效率系数在-11.09~0.94之间。TRMM 3B42V7可为海河流域及其类似区域的水资源管理提供参考。     

冲击式速冻设备上下送风速度对虾仁冻结过程的影响

随着人们对速冻食品品质的要求不断提高,商家对食品速冻技术的要求也在不断提高,冲击式速冻技术作为目前先进的速冻技术之一成为研究热点。但由于其高速射流冲击导致的内部换热区流场的不均匀会造成设备换热效率差,能效比低等问题。为找到使得设备换热区流场最优的送风速度,该文以明虾虾仁为研究对象,利用数值模拟结合试验验证的方法研究了冲击式速冻设备中上下送风速度对虾仁冻结过程的影响,分为上下两侧风速保持一致且同时改变;上侧送风速度为15 m/s、下侧为0~15 m/s;以及下侧送风速度为15 m/s、上侧为0~15 m/s 3个试验组进行研究。研究结果为:当冲击式速冻设备两侧送风速度保持一致时,随着风速的增大,虾仁冻结时长缩短但减小幅度也会不断减小;当上下两侧送风速度大小相差悬殊时,两股冲击射流相对冲击会在低速侧形成促进虾仁表面流场流动的涡流,提高换热效率,减小虾仁冻结时长;当上下两侧送风速度大小相差不大时,两股冲击射流相对冲击会在虾仁表面形成流速较低的射流"真空区",降低虾仁换热效率,增大虾仁冻结时长;在试验的两侧送风速度范围内,当上侧送风速度为15 m/s,下侧送风速度为2 m/s时,虾仁对流换热强度最大,冻结时长最短。     

储料竖向压力对粮仓中小麦粮堆湿热传递的影响

粮仓中存在压力场、温度场和湿度场等多物理场,为了得出各物理因子共同影响下的粮堆内湿热传递规律,该研究利用自行研制的粮堆多场耦合试验装置,针对仓内小麦粮堆单元体,研究在高温边界38.5℃、低温边界5.2℃,初始粮温25.8℃,竖向压力分别为50、100、150 kPa条件下小麦粮堆湿热传递情况。试验结果表明:竖向压力增加,粮堆孔隙率减小,热量通过粮食籽粒间传导增加,传递速率加快,竖向压力从50 kPa增大至150 k Pa,粮温较入仓时下降约0.5~1.3℃,温度梯度变化率达8.7%,不同压力下粮堆高温区面积随储藏时间呈幂函数减小。粮堆内湿空气在边界处累积至峰值时会有部分湿空气向粮堆内迁移。粮堆中部与靠近低温边界温差大于6.3℃时,粮堆内湿空气扩散加快,粮堆中部平均相对湿度下降速率随竖向压力增加而加快。研究结果可为散装粮堆多场耦合研究提供理论支持。     

滴灌条件下水土温度对覆砂土壤水热运移影响的数值模拟

为探究滴灌条件下水温与土温对覆砂土壤水热运移规律的影响,基于HYDRUS-2D构建了不同水土温度土壤水热运移数值模型,模拟分析了不同水土温度对覆砂土壤水分、温度动态变化的影响。结果表明:灌溉水温对土壤水热分布影响显著,随着温度升高,土壤湿润体内含水率减小,表现为35℃水温20℃水温5℃水温,灌溉水温对土壤剖面温度分布也有较大影响,表层0—15 cm范围内温度变化了5～10℃。相同水温条件下,随着土壤温度升高,土壤饱和导水率增大,湿润土体内体积含水率减小,表现为30℃土壤温度15℃土壤温度5℃土壤温度。滴灌水平和垂直湿润锋运移距离随温度升高而增大,湿润锋运移距离与时间符合幂函数F=at~b,决定系数R~2介于0.977 4～0.999 6,并建立了水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和温度的关系模型。以期为西北干旱地区砂石覆盖生态农业的合理补灌提供理论指导。     

大型薄壳制件真空辅助树脂传递模塑工艺充模方案仿真分析及优化

针对大型树脂基复合材料制件不适于用实验试错法进行充模方案设计的问题,在分析树脂流动规律的基础上将大型薄壳件的求解区域分解,仿真分析了不同充模方案下树脂在纤维中的流动行为和模腔内压力变化,提出在制件填充面积等分处设置流道的方法,选择和优化大型薄壳制件的充模方案。结果表明:①对于不便进行实验试错法进行真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺充模方案设计的大型薄壳制件,可以采用数值模拟的方式,以达西定律、能量守恒定律等为计算依据,求解压力场和速度场,对比不同仿真方案的充模时间等数据合理安排注胶方式方法,指导VARTM工艺制备大型复合材料制件合理安排注胶方式,提高生产率、减少因树脂浸润不均匀产生的缺陷。②对于大型薄壳类制件,忽略厚度方向尺寸,影响充模时间的主要因素为流道长度和树脂流动距离。选取尽可能长的注胶流道,合理设置流道位置以减少树脂流动的距离;长流道可以增加树脂瞬时注入量、提高较长时间的压力差;而树脂流程越长,树脂前锋处压力损失越大,流速越慢。③试验提出了制件填充面积等分处设置流道的方法。将大型薄壳工艺制件充模面积等分,注胶流道布置在垂直于制件长度方向的面积等分线上,可缩短充模时间并减少制件两端的树脂富集现象。对于较狭长部分可再次进行面积等分设置流道,以免造成树脂流程过长压力流失过多;而对于较宽阔部分不宜设置过多流道以免树脂前锋稳定前互相接触造成制件充模不均匀。     

光温耦合对日光温室番茄生长、产量与品质的影响

为研究根区温度与LED补光耦合对日光温室番茄生长发育的影响，试验设置了根区加温、2种光照强度与2种光质配比3因素裂区试验，另外设置了根区不加温与不补光对照，共10种组合处理。结果表明：根区加温与补光都能显著促进番茄的生长发育，提早番茄上市时期与提高番茄的营养品质，其中补光密度为40 μmol/(m2·s)更能显著提高番茄的生长与产量以及果实品质；而补光光质红蓝比为3:2时更能促进番茄生长以及提高番茄的产量，但光质红蓝比为1:1时，更有利于提早番茄果实前期转色日期，且能增加番茄果实的糖度。另外，根区加温与光强耦合相比于根区加温与光质耦合效应更能促进番茄生长以及提高番茄的产量。总体表明，根区加温与光密度为40 μmol/(m2·s)及光质为红蓝比3:2的耦合处理更符合日光温室番茄生产需要。     

环境温度对LNG泄漏扩散影响的数值模拟

环境温度导致的气云密度差和大气湍流变化是LNG泄漏扩散的主要影响因素,研究环境温度变化对LNG扩散规律的影响尤为重要。采用Fluent软件中组分输运和Realizable k-ε湍流模型,建立LNG地面泄漏气云扩散数值模型,探究环境温度对LNG泄漏扩散过程中甲烷体积分数的分布规律、气云密度、大气湍流强度的影响。结果表明:当环境温度较低时,LNG气云中各甲烷体积分数线出现"锯齿状"现象,造成甲烷爆炸下限(Low Flammability Limit,LFL)、1/2 LFL的水平扩散范围均增大;当环境温度较高时,甲烷LFL最远扩散距离较低温环境多115 m,造成甲烷1/2 LFL的水平顺风方向扩散距离增大;甲烷体积分数大于1/2 LFL的区域的大气湍流强度增幅则随温度升高而增加,而甲烷体积分数小于1/2 LFL的区域的大气湍流强度增幅随温度的升高而减小;在泄漏源周围100~200 m内,由于"逆温"所造成的大气湍流强度的增幅达0.79倍。研究结果可为LNG泄漏危害区域预测、安全储运、应急救援提供参考。     

立式双曲面网板水动力性能及流场可视化研究

网板是拖网作业系统中重要的属具之一,其水动力性能的优劣直接关系到拖网网口的扩张,并影响其生产效果和经济效益。采用单因素试验法,利用水槽模型试验和数值模拟(computational fluid dynamics, CFD)研究立式双曲面模型网板在不同展弦比λ(2.5、3.0、3.5、4.0)、弯曲度f/C(10%、15%、20%)、后退角Λ(0°、10°、15°)下的水动力性能,分析不同结构参数的网板水动力性能,对比两种方法的结果,并实现网板周围流场可视化。结果显示:①2号网板(λ=3.0、f/C=15%、Λ=10°)升力系数最大,冲角25°时,模型试验值为1.70,数值模拟值为1.88,阻力系数随冲角增大一直增大,且后部流速的模拟值和测定值平均偏差为4.40%,两种方法获得的结果吻合度高。②2号网板在流场分布中边界层分离点随冲角增大逐渐向翼端前沿移动,中心面后部涡旋随冲角增大一直增大,左翼板侧低压区随冲角增大呈先增大后减小趋势,网板尾部随冲角增大形成明显的翼端涡,产生涡升力对网板提供附加升力,使得立式双曲面网板比其他类型网板有较高升力。     

内冷油腔振荡冷却仿真方法研究

为了得出一种较为通用的活塞内冷油腔仿真分析方法,采用数值仿真研究方法,从湍流模型、多相流模型、压力速度耦合算法以及油腔几何模型进行油腔CFD仿真分析方法的研究。通过对比分析仿真所得的平均机油填充率、机油分布、壁面平均换热系数和换热系数分布,得出在进行活塞油腔CFD模拟时,标准k-ε湍流模型可以更为经济地进行流动传热计算。可保证计算模拟精度的多相流模型CLSVOF计算结果周期间变化更小,计算结果稳定。活塞油腔瞬态仿真计算时,压力速度耦合算法PISO计算得出的流动换热结果精度更高,收敛速度和达到计算稳定的速度更快,模拟所得流动传热情况更接近实际。全油腔模型模拟效果相对于简化模型效果更好。通过对油腔各壁面区域换热系数随曲轴转角变化的分析得出:振荡过程极大增强了顶面和底面的换热,油腔内壁面中顶部壁面周期平均换热系数最大;底部壁面换热系数变化趋势与顶部壁面变化趋势基本相反,这是由机油分布以及振荡规律决定的;由于侧部壁面未收到机油强烈的冲击,换热系数随曲轴转角变化相对较平缓。     

基于Simulink的液压系统建模与仿真

针对农业机械中液压系统结构复杂、研发周期长等问题,通过分析农业机械中液压回路各个组成元件特性,基于Simulink构建元件动态数学模型。对液压回路进行研究,分析了液压回路在不同元件参数下的动态性能,为优化液压回路系统提供参考。