热敏式近地表无线风速廓线仪研究

针对常用风速廓线仪线路连接复杂、体积和功耗大、测量精度与自动化程度低且无法实现数据的实时记录与处理,致使研究退化草地近地表风速变化规律、地表粗糙度及其抗风蚀能力等诸多困难等问题,基于热敏电阻和无线传感网络技术,设计了具有体积小、功耗低、测量精度高的热敏式风速传感器和具有自动风向识别与无线数据传输功能的近地表风速廓线仪,实现了环境温度、湿度、大气压力、近地表风速等数据的自动采集、无线传输和实时处理等功能。试验表明:该风速廓线仪的旋转启动风速为3.7 m/s,风速测量范围为0~16 m/s,精度不低于0.3 m/s,最大响应时间为3 s,一次充电可连续工作7 h以上,能够准确反映近地表风速随高度的变化规律,风速廓线的指数拟合度在0.9以上;软件系统可实现对最多6个风速廓线测点的循环自动采集与处理,在射频功率最大、空中传输速率为2.4 kb/s时,35字节的数据包有效传输距离不低于500 m,6个节点完成一次数据传输所需时间不超过10 s。该系统具有功耗低、使用方便、操作简单、自动数据采集等优点,能够满足近地表风速变化规律的研究需要。     

基于数值模拟和风洞试验的分流对冲式集沙仪结构优化设计

集沙仪是研究土壤风蚀必不可少的仪器之一,为提高集沙效率和自动采集数据的准确性,需要不断地对集沙仪进行优化设计.该文以FLUENT软件和微型风洞为试验平台,对分流对冲式集沙仪风沙分离器的排气管直径、排气管长度、排沙口直径、排沙口收缩高度进行了优化设计.数值模拟和风洞试验的结果显示:改进型风沙分离器排气口和排沙口的降速性能与原风沙分离器相比有了明显的提高,强风条件(13.8 m/s)下,排气管直径、长度均为25 mm,排沙口直径、收缩高度分别为75、15ram时,气流对集沙仪自动采集传感器的冲击力最小,排气口最高风速比原风沙分离器降低了7.47％,排沙口最高风速比原风沙分离器降低了35.59％,改进后的集沙仪集沙效率比原集沙仪提高了1.56％.     

三种典型地表风速廓线的试验研究

针对北方土壤风蚀问题,用RMTO型多通道无线风速廓线仪对内蒙古四子王旗3种典型地表——天然草地、灌草带状修复草地和传统秋翻耕农田的近地表风速廓线进行研究,定量分析了3种不同地表的空气动力学粗糙度及其抗风蚀能力。结果表明:不同地表的近地表风速廓线形态不一,风速都随测点高度的增加而增大,符合指数分布规律;粗糙度越大的地表其表面抗风蚀能力越强;灌草带状修复草地的粗糙度分别是天然草地和传统秋翻耕农田粗糙度的2.1和5.0倍。     

土壤风蚀集沙仪数值模拟与降速性能分析

集沙仪是研究土壤风蚀的一种重要装置,是观测风沙流结构和研究风沙运动规律的关键设备。为获得大量而精确的风蚀数据,需要不断地对集沙仪进行创新和优化设计。通过GAMBIT软件建模,以排气口最高风速、平均风速和排沙口最高风速、平均风速为目标函数,优化设计了排气管长度参数、排气管直径参数、排沙口距离参数、排沙口直径参数等,利用FLUENT软件对分流对冲式集沙仪进行仿真模拟,基于RNG k-ε湍流模型对分流对冲式集沙仪进行数值分析,得到结论:排气口最高风速受排气管长度影响很大,平均风速基本不受排气管长度影响;排气口最高风速、平均风速基本不受排沙口直径影响;排沙口最高风速与排沙口直径有关,随排沙口直径的增大逐渐降低,当排沙口直径增大到一定值时,排沙口最高风速不再下降,在某个值附近波动。     

分流对冲与多级扩容组合式集沙仪内风沙分离规律研究

为揭示风沙在集沙仪内部的分离规律,以分流对冲与多级扩容组合式集沙仪风沙分离器为研究模型,通过Fluent数值模拟和微型风洞试验,对风沙分离器内单相流场和气固两相流场进行了分析。在阐释气流降速机理的基础上,进一步分析了气流降速和入口气流中沙尘所占体积分数对风沙分离的影响,并通过分析沙尘的运动规律,阐述了不同粒径沙尘受流场影响的情况。结果表明,气流大幅降速是实现风沙分离的最有效方法,而引起气流速度大幅降低的主要原因是较大值的湍动能场的大范围形成;对于风沙流,当沙尘含量增高时,降速效果变好,风沙分离效果也变好;当沙尘含量进一步增高时,降速及风沙分离效果则变化不大;对于分流对冲与多级扩容组合式集沙仪,当沙尘受强风以下风力影响时,粒径小于0.032 41 mm的沙尘较易受到流场的诱导,受惯性运动的影响较小,从排气口排出的可能性较大,是影响风沙分离效率和集沙效率的主要粒子。