基于SUFI-2算法的SWAT模型在陕西黑河流域径流模拟中的应用

参数率定及敏感性分析是用来提高模型精度,确定模型关键参数及改善模型结构的非常有效的方法。本文基于SUFI-2算法,通过SWAT模型对陕西黑河流域进行了模拟,同时基于SUFI-2算法对模型参数进行了敏感性分析,结果表明：(1) 影响黑河流域径流模拟结果精度的主影响因子是scs径流曲线参数;(2) 用2005年到2011年的实测径流资料对模型进行了率定与验证,模拟确定性系数R²和模型效率系数ENS均高于0.8;(3) 通过SUFI-2算法与SCE-UA算法比较,发现SUFI-2算法所需时间短,精度更高。     

S形贯流泵装置多工况过流部件水力性能分析

为深入研究S形轴伸贯流泵装置过流部件的水力性能,采用CFD技术对泵装置进行了多工况全流道的数值计算,分析了泵装置各过流部件的水力性能,重点阐述了3种特征工况(小流量工况KQ=0.368、最优工况KQ=0.490、大流量工况KQ=0.613)时转轮叶片表面的静压分布、摩擦力线、各轴向弦长位置的轴向速度分布以及导叶体内部流态和回收环量效果。结果表明:在轮缘侧的叶片压力面静压值较大,在轮毂侧的叶片吸力面的静压值较大,轮缘侧较小,且随着展向位置Span值的增大,压力面与吸力面的压差呈现出逐渐递增趋势。在最优工况时,从导叶体进口至出口,导叶体的静压值逐渐增大。随流量的减小,导叶体的回收环量比CH先减小后增大。在最优工况KQ=0.490时,回收环量比CH最小,其值仅为0.031。针对该泵装置进行了同尺寸的物理模型试验,获得了泵装置的综合特性曲线,在叶片安放角-2°时,新型S形轴伸贯流泵装置的最高效率达83.55%,此时流量系数KQ=0.443,扬程系数KH=0.828。通过物理模型试验结果对泵装置外特性预测结果进行了验证,对比分析结果表明数值模拟是可信的。     

考虑水分再分布的沟灌入渗模拟与春小麦垄作沟灌合理垄宽

垄作沟灌技术具有显著的节水增产作用,但在春小麦种植中应用尚缺乏参数设计方面的理论支撑。本研究采用粉砂质粘壤土与粘土两种典型土壤实测水分运动参数和HYDRUS软件,模拟了梯形灌水沟不同垄宽情况下的土壤水分运动和停水后水分再分布,研究了不同灌水量时湿润锋推进过程和水分再分布后的湿润体变化,分析了设计灌水定额下适宜作物生长湿润体范围,提出了粉砂质粘壤土和粘土宜采用的合理垄宽为20～50 cm和20～35 cm,这一结果为干旱区春小麦垄作沟灌技术推广提供了技术支撑。     

空化条件下离心泵泵腔内不稳定流动数值分析

为研究不同空化发展阶段离心泵泵腔内的流动情况及其对叶轮的影响,提出了一种泵腔区域的拓扑块生成和结构化网格划分方法。在充分考虑近壁区网格质量的基础上,采用SST k-ω湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对设计工况下某离心泵进行了全流场空化数值模拟,并计算了3种有效汽蚀余量下泵腔内的非定常流动情况及其对叶轮的作用力。结果表明:空化造成泵腔内压力脉动的幅值增大,由于前口环的存在,其前泵腔内的压力脉动幅值大于后泵腔;空化的加剧造成泵腔内宽频脉动的增加,以轴频最为明显;空化的加剧不仅影响泵腔内的流态,同时也增大了设计工况下作用于叶轮上的径向力和轴向力。     

泵站虹吸式出水管虹吸形成过程气液两相流数值模拟

为分析虹吸式出水管虹吸形成过程中气液两相流动,基于各向同性假设,采用欧拉多相流模型与RNG k-ε湍流模型对一泵站虹吸式出水管虹吸过程中的气液两相流进行了数值模拟。结果表明:虹吸过程中,在虹吸管驼峰段和下降段易产生上、下气囊,对虹吸作用的完成有不利影响。来流流量是影响虹吸形成时间的主要因素,水力驱气阶段和水力挟气阶段可分别用不同的幂函数来表达时间与流量的关系。     

基于SPH算法的平面刀土壤切削过程模拟

以我国华北一年两熟区保护性耕作地土壤为原型,利用ANSYS/LS_DYNA对平面刀切削土壤过程进行数值模拟,并通过理论分析和试验,验证SPH算法在模拟平面刀切削土壤过程方面的可行性。结合MAT147土壤材料模型,SPH算法及点-面侵蚀接触,运用ANSYS/LS_DYNA软件对平面刀切削土壤过程进行有限元分析。仿真结果表明,SPH算法能够直观模拟平面刀切削土壤整个过程,最大等效应力为5.851 MPa,主要集中在与平面刀接触的土壤上;平面刀切削全过程表明,土壤所受等效应力波动较小,切削过程比较平稳;稳定切削时切削功耗在10.2 kW附近波动,通过理论和试验验证,仿真切削误差不大于0.05。由此说明SPH算法进行平面刀切削过程的数值模拟是可行的。     

重载并联运动模拟台机构动力特性分析

提出一种适用于重载的6UPS-3UPS/UPU-R并联运动模拟台机构。采用电液混合的驱动方式,该机构具有平衡负载重力的特点。对机构进行了动力学分析,得到了平衡平台对运动平台的作用力和电机扭矩计算表达式。提出了平衡效率指标,并研究了平衡分支相关参数对平衡效率的影响。分析了液压缸对运动平台受力和电动缸驱动力的作用。数值分析表明,平衡液压缸的存在能够有效降低电机扭矩,该并联运动模拟台机构能够以较低的制造成本满足高精度、重载的应用需求。     

单栋塑料温室内多因子综合CFD稳态模拟分析

为分析单栋塑料温室内的综合环境:气流场、温度场、湿度场、CO2浓度场,建立了包括温室内外空间、室内作物和土壤层等的温室环境几何模型。将温室内的湿空气看作水蒸气、CO2和干空气的混合气体,在分析温室中太阳辐射、作物与环境的质热交换,动量及质能传递过程的基础上,对单栋塑料温室内的环境因子进行了稳态模拟。温室内热辐射传递过程采用蒙特卡罗法模拟方法;将室内作物简化为连续固体换热模型,采用剪应力输运模型(SST)表述温室内的空气紊流。结果显示:温室通风对温度、湿度和CO2分布的影响很大,温室内部上风向温度低,湿度小,同时CO2浓度也不高;温室下风向作物冠层的环境未达到优化状态;模型的预测值低于实测值,但变化规律相似,温度、湿度、CO2含量的预测相对误差分别低于8%、6%和7%。     

模拟酸雨作用下红壤中多环芳烃的释放及纵向迁移特征

以USEPA优先控制的16种多环芳烃为研究对象,通过酸雨的土柱淋溶试验模拟实际降水过程,分析了不同酸度的模拟酸雨淋溶后红壤中多环芳烃残留量的变化及不同性质多环芳烃在土柱中纵向迁移特征。研究结果表明:不同酸度模拟酸雨淋溶后红壤中多环芳烃残留量均较淋溶前减少,pH2.5酸雨淋溶后红壤中多环芳烃含量较淋溶前减小的幅度最大(52.08%),pH5.6酸雨淋溶后减小的幅度最小(21.55%);酸雨破坏土壤微结构,使土壤胶体分散,粘粒下移,与土壤粘粒结合在一起的多环芳烃也一起向下迁移,酸雨pH值越小,多环芳烃在土壤中的纵向迁移能力就越强;酸雨对土壤中不同性质多环芳烃的纵向迁移影响不同,对低环多环芳烃(环数≤4)的迁移影响较大,对高环多环芳烃(环数4)影响较小,主要是由于不同性质多环芳烃在土壤中结合的物质不同而引起的。该研究结果为了解酸雨作用下多环芳烃在土壤介质中的稳定性及其对地下水潜在污染的风险评价提供理论依据。     

预旋调节对离心泵空化影响的试验与数值模拟

为探究前置导叶不同预旋角度对离心泵空化性能的影响规律,对带有自主设计前置导叶的IS 150-125-250型离心泵进行了空化性能试验,选用Zwart-Gerber-Belamri空化模型进行3D非稳态全流道空化流动数值模拟,结果表明:在一定的角度范围内,负预旋调节可以改善离心泵的空化性能,但超过某一角度后,空化性能将快速恶化;正预旋调节会恶化离心泵的空化性能,正预旋角度越大,恶化程度越明显。对不同预旋角度下叶轮内空泡率分布规律的分析发现,一定范围内的负预旋角会减小叶轮内空化区域,正预旋会增大叶轮内空化区域。