基于叶片包角和出口安放角对叶轮的改进设计

基于计算流体力学方法,对KQW250-400型离心泵全流场进行数值模拟.基于叶片设计理论,对叶轮进行改进设计,通过改变叶片包角Φ和叶片出口安放角β₂建立5个不同的叶轮模型,并数值计算获得5个模型泵相应的外特性曲线和内部流场分布,对比分析可知:叶片包角Φ=126°与叶片出口安放角β₂=24°的叶轮最优;设计流量为550 m³/h时,扬程计算值为53.49 m,效率计算值为87.66%.原始离心泵和带改进叶轮的离心泵外特性试验测试结果表明:当流量Q=551.381 m³/h时,测得原始扬程为49.10 m,效率为79.88%;流量Q=550.823 m³/h时,测得带改进叶轮的扬程为51.84 m,效率为85.65%.改进后设计工况点扬程提高了2.74 m,效率提高了5.77%,且改进后的离心泵效率整体高于改进前,离心泵的整体性能得到了提升.研究结果有利于提高建筑物用泵的经济效益,从而降低能耗.     

基于轮毂电机驱动的电动拖拉机总体设计与试验

针对温室大棚、果园、茶园等复杂作业环境及绿色环保作业要求,在完成了基于轮毂电机驱动的电动拖拉机三维设计及样机研制的基础上,进行了整车性能试验及ADVISOR2002仿真。在建立电动拖拉机驱动系统仿真模型的基础上,对软件上自带的前驱特性功能模块进行了二次开发,完成了基于轮毂电机驱动的电动拖拉机后驱特性的性能仿真,得出电动拖拉机0～40km/h的加速时间为6.5s,1.5m/s速度时最大爬坡度为17.8°,在CYC_1050_6PRIUS工况下的总里程为69.9km。对电动拖拉机进行爬坡和牵引试验,得出电动拖拉机以1.5m/s的速度在水平路面行驶时最大牵引力为700N,以1.5m/s的速度坡面行驶时最大爬坡度为11°。在完成仿真分析与试验结果对比分析的基础上,给出了电动拖拉机结构及性能优化设计的建议。     

基于半解析涡环模型的农用单旋翼直升机流场快速计算

农业航空领域中,定量获取风场(流场)速度分布对单旋翼直升机辅助授粉作业、农药施用效率提升具有重要意义。基于此提出一种半解析理论方法能够快速完整计算单旋翼流场速度。以涡环模型为基础,将农用直升机旋转桨盘下的尾涡系等效为涡环连续叠加所形成的圆柱涡面,再由涡环速度诱导公式半解析计算直升机旋翼空间各点速度。理论模型与仿真和文献试验数据比较,结果表明：涡环模型简单快速,普通计算机(CPU 2 GHz,内存2 GB)上2.8 s完成计算;悬停时与计算流体力学仿真结果下洗速度径向平均误差小于1.9 m/s,平均相对误差小于39.1%,轴向平均误差小于2.26 m/s,平均相对误差小于54.6%;悬停时,诱速从中央往桨尖递增;前飞时,平飞速度越大诱速越小;流场主要影响因素依次为前飞速度、旋翼半径、飞机总重、空气密度。为定量计算农用直升机旋翼风场、辅助授粉作业和田间施药喷头布置提供一种快速方法和参考。     

螺旋桨设计和基于FLUENT的水动力特性分析

应用螺旋桨升力线旋涡模型,将连续的升力线离散为等强度的涡元,结合升力线理论和拉格朗日乘子求最小值的数值计算方法,求解了桨叶最佳环量分布,进而得到了叶片剖面厚度及拱度径向分布,根据所得到的几何参数进行了三维建模,并应用FLUENT对螺旋桨水动力性能进行了预报,螺旋桨满足测量装置推进性能要求。     

多级离心泵叶轮水力模型优化及性能分析

由于多级离心泵在原有的设计工况点下运行不稳定,并且在运行过程中发现满足要求的工况点偏离设计工况点较远。为使多级离心泵更好地满足运行要求,以某型号多级离心泵为样本,通过改造将其设计工况点由原有的Q=400m3/h、H=152.4m变为Q=300m3/h、H=174.2m,同时改造前后150~320m3/h的性能曲线可以互换。原方案的叶轮采用的是3叶片,改造中考虑到与压水室的配合问题,叶片数取5。对改造前后的两个方案的内部流场解析,对两个方案的内外特性对比分析。通过分析发现在压水室为双蜗壳的结构中,5叶片方案的流场对称性要优于3叶片方案。流场对称性良好可以很好地平衡径向力,有利于改善运行中出现的不稳定现象。     

增程式电动履带拖拉机设计与试验

针对缺乏适宜温室大棚作业的小功率电动拖拉机的问题,本文设计了一台10 kW增程式电动履带拖拉机,完成了工况分析、电驱系统设计和试验。针对行走、旋耕、开沟工况进行了性能测试,试验结果表明所设计的增程式电动拖拉机能够实现传统燃油履带式拖拉机所具备的功能。测试结果表明,速度4.8 km/h行走工况电动机消耗功率约为3.2 kW,速度2 km/h旋耕作业工况电机消耗功率约为3.75 kW,速度2 km/h开沟工况电机消耗功率约为3.3 kW。当前电池配置下,可以支持行走工作2.2 h,旋耕工作1.9 h和开沟工作2.1 h,纯电模式基本满足小规模温室大棚零排放作业需求。需要持续大负载工作时,增程式电动拖拉机可以启动增程器与电池协同供电以实现持续工作。     

电动拖拉机驱动系统设计与研究

基于25马力电动拖拉机设计其驱动系统,对电动拖拉机电气系统和机械系统的设计理论和计算方法深入研究,完成了对驱动电机、变速器、动力电池组的参数设计和选型。基于ADVISOR建立了电动拖拉机驱动系统仿真模型,对驱动系统的运输作业和犁耕作业两种工况进行了仿真。研究表明:整车动力性能和续航能力均满足作业需求。动力电池组一次充电后以5km/h进行犁耕作业最长约为6.7h,满足连续工作6h的性能要求,为驱动系统设计仿真出有效的设计参数。     

播种盘型孔参数的理论计算与试验分析--以大豆双条高速气吸式播种盘为例

为了满足大豆双条高密度和高速播种的要求,研制了既适合于单条精密播种又适合大豆双条精密播种的单盘、单种室高速气吸式排种器,并对播种盘的型孔参数进行了详细地理论分析和计算.经大量试验数据证明:在排种器负压腔内真空度为0.004～0.005MPa时,播种速度可以达到8～12km/h,各项性能指标均达到或超过国家标准要求,为在我国推广高速精密播种技术提供了技术保证.     

不同轴流叶轮角度的轴流式灭火风机气动性能试验与数值模拟研究

首先对3种不同叶片角度轴流式风力灭火机进行了气动性能试验,然后基于N-S方程和k-ε模型对设计工况下的轴流式灭火风机内部流动状态进行了数值模拟,得到内部中心剖面流场云图,并分析得出轴流式灭火风机在设计条件下的内部流动情况.数值分析得到的轴流式灭火风机性能曲线与气动性能试验获得的结果比较吻合,证明了数值模拟的有效性和准确性.最终得到轴流叶轮叶片数Z=6、叶片角度为38°的3号轴流式灭火风机气动性能和气动设计良好,可以用于以森林消防灭火为目的的轴流式风力灭火机的产品设计和批量化生产.     

玉米姿控驱导式排种器导向投种机构设计与试验

针对玉米姿控驱导式排种器在高速工况下投种点位不一致,播种粒距均匀性不佳的问题,提出约束种子运动自由度并引导投种方向的方法,设计了一种新型导向投种机构,合理规划了待投种子的导种轨迹,进而确保投种点位及初速度恒定。完成了导向投种机构的结构参数设计与待投种子的动力学分析,明确了影响排种性能的关键参数及其取值范围,通过单因素与双因素试验获取了排种器的最优参数组合,并进行性能对比验证试验。结果表明,约束运移弧面圆心角取35°时,投种点位较为集中;在作业速度8 km/h、引导投种弧面半径24.3 mm时,排种性能达到最优,粒距合格指数、重播指数和变异系数分别为91.5%、4.7%和13.6%;当作业速度由8 km/h提升至14 km/h时,较原排种器粒距变异系数的降幅由0.1个百分点增大至2.7个百分点,采用导向投种机构可有效提升原排种器的高速作业性能。     

喷口形状对喷水推进器性能的影响

为探究不同喷口形状的喷水推进器推进性能,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,应用计算流体力学的方法针对3种不同形状(平面形、凸面形和凹面形)喷口的喷水推进器进行定常数值模拟,对比分析额定转速与高转速时其不同形状喷口内部流动特征和喷水推进器推力性能,从而寻找最优推力性能的喷口形状.计算结果表明：叶轮转速在不断变化时,平面形喷口的推力性能始终大于另外2种形状喷口的喷水推进器性能;在高于额定转速时,空化发生会影响叶轮做功能力,从而降低喷水推进器推力性能;在额定转速时,平面形和凹面形喷口推力性能较好,但平面形喷口最高轴向速度分布较多;高转速时,平面形喷口受空化影响最小,能够持续提供稳定的动力.研究结果揭示了不同喷口形状对不同转速下喷水推进器的适用性以及喷水推进效能,可为喷水推进器性能优化及设计提供一定的理论依据.     

锥面导流水平盘式小麦精量排种器设计与试验

为实现小麦低播量精密播种,提高小麦精密排种器播种精度,提出了一种锥面导流水平盘式小麦排种器,对关键参数进行了设计和理论分析,通过EDEM离散元软件完成了导条型式、型孔个数、锥盘转速、锥盘锥角对充种性能影响的单因素试验。在此基础上以锥盘转速、种层厚度和型孔长度为试验因素进行了多元二次回归旋转正交组合试验并应用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行分析,得到回归模型和因素对指标影响关系,确定了对单粒率影响由大到小依次为锥盘转速、型孔长度和种层厚度;对合格率影响由大到小依次为锥盘转速、种层厚度和型孔长度,转速和种层厚度、种层厚度和型孔长度间存在交互作用。基于回归模型进行多目标参数优化并对最优组合参数进行排种性能的台架试验验证,结果表明,在转速19r/min、型孔长度8mm、种层厚度为8mm时排种合格率为90.13%、漏充率为9.87%、单粒率为49.50%,与仿真优化结果相吻合,验证了仿真优化结果的可靠性。与原锥盘排种器的性能对比试验表明,设计的锥面导流水平盘式排种器在速度为3、4、5km/h时,合格率分别提高了3.4、2.1、1.9个百分点,3km/h时破碎率降低了0.2个百分点,无论排种性能还是破碎率指标均优于原锥盘排种器。     

带式玉米高速导种装置旋夹纳种机理分析与参数优化

针对玉米在高速(12～16 km/h)播种时籽粒脱离种盘初速度大,与带式导种装置种腔内壁碰撞弹跳,发生碰撞异位,导致籽粒进入种腔精准度低等问题,以具有纳种机构的带式玉米高速导种装置为研究对象,建立籽粒夹取、转运和排放动力学模型,提出在拨指表面添加人字形纹路的改进方法,明确影响纳种稳定性与籽粒进入种腔精准度的主要因素。利用高速摄像与图像目标追踪技术进行单因素对比试验及多因素优化试验。单因素试验结果表明,播种速度较快时,有人字形纹路拨指轮纳种合格指数和种腔间隔变异系数均明显优于无人字形纹路拨指轮。为获得拨指轮改进后的纳种机构最佳性能参数,以轮心距、拨指轮转速及拨指长度为试验因素,以纳种合格指数与种腔间隔变异系数为评价指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验,采用多目标优化方法,确定当轮心距为36.8 mm,拨指轮转速为584.97 r/min,拨指长度为10.8 mm时,纳种合格指数为98.23%,种腔间隔变异系数为0.24%。对优化结果进行验证试验,验证结果与优化结果基本一致。在相同条件下进行台架对比试验,结果表明,有带式玉米高速导种装置的作业性能远优于不安装带式玉米高速导种装置的作业...     

小麦播种机高速开沟阻力的动态建模与仿真

小麦播种机开沟器作为核心触土部件,阻力大、能耗高,是制约播种机作业速度及高速播种作业质量提升的关键所在。为此,选择无侧翼且宽度较窄的鸭嘴式开沟器,通过对小麦播种机高速开沟作业过程中的阻力来源及与土壤的相对运动过程进行分析,建立了开沟器—土壤动力学阻力模型。利用Abaqus软件建立土壤-开沟器三维动态有限元模型,以开沟器工作阻力为试验指标,在作业速度为8~12km/h范围内进行正交仿真试验,并将试验结果与阻力模型理论值进行对比分析。结果表明:仿真结果与理论值误差在允许范围内,且两者变化趋势基本相同,验证了模型的可靠性,为后面高速播种机开沟器的参数优化设计和实践提供支持。     

低风速下H型垂直轴风力机气动性能

为了准确地研究低风速下H型垂直轴风力机的特性,以自主研发的H型垂直轴风力机为研究对象,采用数值模拟方法,分析了低风速下H型垂直轴风力机的气动性能和三维效应特征.分析结果表明:低风速区域,保持叶尖速比不变,改变风轮转速或来流风速,对H型垂直轴风力机的功率系数影响较大,且风速对叶尖速比的影响比转速的影响更敏感;在低风速区域,即使转速较大,风力机实际仍工作在低叶尖速比区域;在数值模拟中,设定合理的风速和转速的匹配有利于提高模拟结果的可靠性;在不考虑风剪切的情况下,三维效应受叶尖涡影响,且叶尖涡在0°方位角的位置时影响较大,同时还受风轮内流场的作用,且这种作用随着转速的增加而增强.计算结果为进一步研究H型垂直轴风力机提供了参考.     

高速部分流泵CFD计算和优化设计

为研究高速部分流泵中流量系数、扬程系数和比转速三者之间的关系,对该泵主要参数进行了优化设计.在水泵性能试验的基础上,采用Matlab软件对试验数据进行数值拟合,推导出三者的函数关系式,并对主要性能参数进行了精确计算.将优化后的参数应用于Pro/E建模,运用ANSYS-CFX进行了数值计算和外特性试验.结果表明,中间截面静压呈环状梯度由轮毂向轮缘逐渐递增,出口静压满足优化要求;流线云图中虽然存在漩涡,但隔舌处的回流和涡流得到了明显的改善;从扬程-流量试验曲线也可以看到,在从小流量到设计工况点间运行非常平稳.该结果为实际工程应用提供了一定参考.     

倾斜双圆环型孔圆盘式玉米排种器设计与试验

针对现有气力式排种器作业质量受外界条件影响大以及传统机械式排种器难以满足高速播种要求的问题,设计了一种结构简单、充种效果好、可适应高速作业要求的倾斜圆盘式排种器;以黄淮海地区玉米种子的物料学特性为基础,对该排种器的充种、清种以及主要结构参数的确定方法进行了研究。采用二次正交旋转试验对其排种性能进行了试验,建立了排种器性能指标(合格指数、重播指数和漏播指数)与排种器倾角、型孔数、型孔盘转速的回归方程,确定了各参数对性能指标的影响规律,并进行了优化计算,对优化结果进行了验证试验。最后进行了田间试验,结果表明:在倾角为39°、型孔数为30个、机器前进速度为8.2~11.9 km/h时,排种器合格指数大于90%,重播指数小于3%,漏播指数小于8%,均满足国家相关标准要求。     

大豆高速精密播种机凸勺排种器设计与试验

为满足大豆高速精密播种作业要求,设计一种凸勺排种器,阐述了其基本结构和工作原理,利用数值计算方法对其主要部件进行结构设计。利用离散元软件EDEM进行仿真试验,通过单因素试验确定凸勺半径和凸勺倾角的较优取值范围,并且对凸勺边缘结构进行优化试验,发现当凸勺边缘为两侧倾斜时排种性能较优;设计二次正交旋转组合试验,运用Design-Expert 8.0软件进行试验数据处理,建立凸勺半径、凸勺倾角与合格率和漏播率之间的回归模型,获得最优参数组合为凸勺半径6.8 mm,凸勺倾角-9.4°,凸勺厚度2.2 mm,型孔长度14.1 mm,此时合格率达到95.1%,漏播率为0.6%。台架试验结果与仿真结果一致,播种机前进速度在6~12 km/h时,合格率高于93%,漏播率低于3%,满足播种机高速精密作业要求。     

侧风对螺旋桨气动特性影响的数值模拟

为了研究侧风对螺旋桨气动性能的影响,基于滑移网格技术, 使用CFD软件求解非定常不可压流动的N-S方程和S-A湍流模型,数值模拟不同侧风倾角下螺旋桨的气动特性.数值计算结果表明:在侧风条件下,螺旋桨的瞬时气动力,包括拉力、侧向力和扭矩,在旋转一周的过程中呈现周期性非定常变化,并且这种周期性变化随侧风倾角的增大更加明显.将一个周期内的瞬时气动力时均化处理得到时均气动力,时均的拉力、侧向力、扭矩以及效率均随倾角的增大而增大,由于拉力的增加幅度大于扭矩的增加幅度,螺旋桨时均效率从0°倾角的54.3%增加到30°倾角的64.3%.通过分析桨叶表面压力分布得出,螺旋桨桨叶迎风面和背风面的共同作用导致螺旋桨气动力的非定常变化,在螺旋桨旋转过程中,迎风面压力增大和背风面吸力增大导致气动力增大,迎风面压力减小和背风面吸力减小导致气动力减小.