气液两相流流型影响喷嘴喷雾形态及液滴粒径分布

为了获得气泡雾化喷嘴内不同气液两相流流型对喷雾形态及液滴粒径分布的影响规律,该文建立了气泡雾化喷雾可视化试验系统,采用试验方法获得喷嘴内气液两相流流型及宏观喷雾形态;该文建立了喷嘴内和喷雾场中气液流动模型。研究结果表明,泡状流时喷孔出口含气率呈周期振荡衰减且含气率较低,搅拌流时喷孔出口截面含气率脉动幅度及其变化较小且含气率较高（较泡状流高1倍）;搅拌流时喷雾形态脉动不明显,喷雾半锥角分布比较集中,而泡状流时正好相反,搅拌流时喷雾半锥角在8°～14°范围内的占比超过70%,而泡状流不到40%。搅拌流时喷孔出口附近液滴粒径分布更加集中且随轴向距离增加分布范围变化更大,液滴平均粒径比泡状流小4%左右;在喷孔出口附近,搅拌流时液滴粒径标准差明显小于泡状流时液滴粒径标准差,较泡状流小30%以上;不同气液两相流流型时液滴粒径分布的差异随轴向距离的增加而减小。研究结果可为气泡雾化喷射技术的发展以及不同领域喷嘴内流型的合理选择提供一定的理论和试验依据。     

包气带水气二相流实验研究

本研究设计并建立了一维和二维实验装置,通过水的入渗来驱动气相流动从而营造出水气二相流的流场,并通过监测水的累积入渗量和湿润峰前进情况及流场内各监测点气体的压力变化来研究水气二相流。本实验采用压力传感器并设计了气压自动采集系统来监测并记录一维及二维土柱中气体的压力变化,在土柱的底部出气口,用带阀门的微量流量计来控制并调节气体的出流速率。在一维入渗实验中,我们发现在控制气体出流的情况下水的入渗速率比在没有控制的情况下有所减少。在控制气体出流的实验中,水的入渗速率对应于气体的出流速率有对应的变化,并且总是较气体出流速率大。在二维实验中我们发现,水的入渗速率及空气的压缩程度均为在垂向较为横向大。此外,我们还得到了不同时刻空气压力的等值线图,通过空气压力等值线图可以看出在供水槽与出气口之间的连线的直线方向上,空气的流动最强烈。     

二相流喷雾技术的研究

为了探索设施农业病虫害防治新的施药方法，该文对气液二相流喷雾作了雾化性能与药液物理特性相关性试验，得到了空气压强与气流量、喷雾量、雾滴直径、有效功率、吸液高度、喷口空气过流面积等诸参数之间相互关系，明确了药液粘性和表面张力对雾滴直径、喷雾量的影响程度，其结果为设计二相流喷头提供了依据。     

半开式叶轮离心泵气液两相条件下内部流动特性分析

半开式叶轮离心泵输送气液两相流时,其性能经常随入流含气率（α）的增加而下降,主要由内部的气液两相不稳定流动造成。为解决传统欧拉双流体模型不能考虑气泡直径变化及气泡形变的问题,采用一种群体平衡模型（Musig模型）数值计算了某设计比转速为88.6的半开式叶轮离心泵在不同入流含气率下的内部流场,并进行了试验验证。研究结果表明：模型泵在1 000 r/min可输送液体的最大入流含气率为4.6%;α>3%以后,Musig模型由于能表征气泡形态及破碎与聚合过程等气液两相流演化规律,其外特性计算结果比欧拉-欧拉双流体模型准确,且与可视化试验流型测试结果较为吻合;α=4%时扬程系数和效率与试验结果的最大误差分别为1.6%和5%;随着入流含气率的增加,叶轮和蜗壳流道内逐步出现均匀泡状流、聚合泡状流、气穴流和分离流等流型分布,设计流量下α≤1%时以均匀泡状流为主,α=3%时以聚合泡状流为主,α=4%时以气穴流为主,α≥4.2%时出现分离流并逐渐堵塞流道;叶顶间隙是影响泵内气液两相流型分布的重要原因,叶轮流道中存在大尺度漩涡和出口回流现象,且随着含气率的增大越发明显,进而在高含气率区域引发较大的湍动能分布,加剧了泵内部的不稳定流动,最终导致α≥4.6%后的泵空转。该研究可为综合分析离心泵内部不稳定流动规律提供一定参考。     

水力机械固液两相流设计方法探讨

对水力机械中转轮叶片的磨蚀进行了简略的分析,并运用水力机械固液两相流动理论,探讨了含砂水中水力机械转轮叶片的设计方法,在一小电站的应用取得了较满意的效果,该文仅适用于稀疏颗粒的精形。     

二相流喷雾测试试验台的研制

为了研究开发气液二相流喷雾技术、常温烟雾施药技术及其机具,解决设施农业病虫害防治的新问题,进行了二相流喷雾测试技术的研究,并研制了二相流喷雾试验台。对气液二相流喷雾过程中的主要技术参数的测试方法,在仪表指示读数、人工记录、人工数据处理的基础上研究开发了由计算机控制的同步测量、记录、数据处理、绘制曲线图表的自动测试系统。该试验台功能较全、精度较高,单项测试误差＜2.5%,并可对测试仪表现场标定。利用试验台能进行二相流喷雾技术研究和常温烟雾型机具性能试验、产品质量检测。     

基于气液两相流的循环集热晒管传热特性分析

为提高太阳能集热管供热水平,研究不同流速对太阳能集热管效率的影响,解决传统集热管受光面小、热损率高等突出问题,该文设计了一种具有高效吸收光热和保温性能的循环集热晒管。循环集热晒管由真空石英直管、石英弯管和连接段组成,真空石英直管之间采用串联循环方式连接,以扩大受光面积,增加接收的太阳热能。通过微元分析法推导循环集热晒管内双流体的液相与气相的能量平衡方程,建立了循环集热晒管内两相流数学模型;对两相流模型求解区域进行离散化和迭代求解,获得不同入口质量流量下晒管内水蒸气产生的位置和质量分数;设计并开展试验以验证两相流模型,分析单相流、两相流条件下循环集热晒管的热性能。研究表明:在入口质量流量4.42 kg/h条件下,循环集热晒管内流体达到饱和温度,开始汽化;晒管内流体温度与入口质量流量呈反相关,最高温度可达120℃,而晒管集热效率与入口质量流量呈正相关,最高集热效率可达0.87。综合考虑流体温度和集热效率,最优入口质量流量为4.15kg/h;两相流模型(压力为0.1 MB)得到的晒管集热效率理论曲线与试验测定曲线基本相符,误差在±2%以内。该文成果是真空管内两相流动分析的有益补充,为南疆盐碱水淡化的工程应用提供参考。     

气液两相离心泵受力特性研究

离心泵在气液两相流工况运行时,叶轮内部流动极不稳定,为了研究叶轮在该工况下的受力情况,该文采用计算流体动力学的方法对某一气液两相离心泵进行了研究。基于欧拉-欧拉非均相流模型及SST湍流模型求解气液两相流离心泵的三维湍流流场,并将数值模拟结果与试验数据对比,两者吻合较好。通过对不同含气率工况下的离心泵瞬态特性进行分析发现,叶轮所受轴向力的大小随着时间的变化而波动,进口含气率达到3%时,轴向力脉动出现明显的峰值,这些峰值所对应的频率均为叶轮转频,随着进口含气率的增加,出现了2个及以上的峰值,进口含气率为7%工况的轴向力脉动峰值是3%工况的3倍,是5%工况的2倍;叶轮所受径向力大小及径向力脉动幅值均随进口含气率的增加呈先增加后减小的趋势,各工况下径向力脉动峰值所对应的频率均为叶片转频的倍数;通过分析进口含气率分别为1%、3%及7%工况下叶轮中间截面的含气率分布、涡量分布以及静压分布可得,叶轮内含气率较高区域的涡量也较大,而该区域的压力分布也不均匀,由此可见,叶轮内气液分布不均导致了叶轮内的压力分布不均,从而使叶轮受力不均。     

自吸泵启动过程气液两相流动的数值模拟

自吸泵的自吸过程是一个十分复杂的瞬态气液两相流动过程,自吸过程中气水混合及分离效果的好坏,是决定自吸泵自吸性能的关键。该文运用VOF多相流模型结合滑移网格技术,加载试验所获得启动过程中叶轮的转速变化曲线及泵出口压力变化曲线,模拟了启动过程中气液混合现象及气液分离现象,获得了气液分离室进口、回流孔、蜗壳各断面及叶轮内监测点的含气率变化曲线。结果表明,叶轮外缘出现了明显的气液混合层,气液分离室进口回流现象明显,启动过程初期泵运行的不稳定,使气液分离室进口及蜗壳隔舌处含气率出现明显的振荡,气泡在叶轮中不断地生成及溃灭是造成叶轮上监测点含气率振荡的原因。该文采用的模拟方法能够较好地模拟自吸泵启动过程内部气液两相流动,为进一步研究自吸泵内部气液混合及分离提供参考。     

旋流泵固液两相流输送特性试验

为探索旋流泵输送固液两相流特性,通过分析将泵内部阻力能耗分为机械和流动损失两部分,阐明机械效率ηm和流动效率ηf经验计算公式。介绍了32WB8-12型旋流泵水力设计结构参数。制定了粮食作物两相流输送试验方案,并在样机上完成输送清水及菜籽、小麦和黄豆两相流外特性试验,得出泵流量-扬程（qv-H）、流量-轴功率（qv-P）、流量-效率（qv-η）和流量-汽蚀余量(qv-NPSHc）性能曲线变化规律。试验结果表明：输送球状菜籽泵效率高于清水和另外两种介质;输送两相流介质抗汽蚀性能低于清水;颗粒浓度不变时,泵的扬程和效率随粒径的增加均有所降低;输送菜籽球体规则形状颗粒介质泵效率高于输送不规则形状颗粒两相流;从颗粒与液流之间直线和旋转相对滑移运动的相对性原理入手,综合考虑介质粒径大小和形状及所受惯性力、摩擦力和浮力对流场影响的特点,解释了外特性与内部流动之间定性的因果关系;证明旋流泵内部两相流动符合畸变速度原理。该研究可为建立旋流泵内部液固两相流动模型提供参考。     

动力学因素和药箱充满程度对喷雾机液力搅拌器搅拌效果的影响

农药的喷施质量在农业生产中极为重要,评价农药喷施质量的重要指标是农药有效物质在喷施靶标上的均匀沉积分布,其前提条件是农药有效物质与载体从喷洒部件喷出前就要搅拌均匀。针对邯农－６５０型大田喷杆式喷雾机的药箱,对影响搅拌效果的动力学因素及药箱充满程度进行了研究。结果表明,当其他参数确定后,加大搅拌压强或流量,搅拌效果都明显改善,但加大流量比加大压强的效果要好;药箱中药液装得越满,越易搅拌均匀,充满程度越小,越不易搅拌均匀。     

果园喷雾机风速对雾滴的沉积分布影响研究

果园喷雾机利用风机产生的气流将雾滴输送至靶标，携带有细小雾滴的气流驱动果树叶片翻动，使叶面的正、反面都能着药，大大提高了药液在靶标上的覆盖密度和均匀度，可使药液的利用率达到30％以上。雾滴在果树上的沉积分布主要受果园风送式喷雾机风机风速的影响，而风机的风速主要由风量来决定。该文通过改变风机风量，探讨了树冠内风速的变化规律对农药在靶标上沉积量的影响，得到了雾滴在冠层内的穿透性和沉积量与风速呈正相关的结论。     

基于强度理论的单沟泥石流风险评估

以陕西省商洛市山阳县红椿沟作为研究对象,采用定量计算和数据归一化处理的方法,提出强度指数的概念,对泥石流风险计算公式进行了拓展,使其可以表征泥石流规模及可能破坏能力。同时对不同降雨条件下的红椿沟泥石流风险进行了评估。研究表明,6h降雨量达到198.4mm及以上时红椿沟发生泥石流的概率为100%。日降雨量r=37.19mm,泥石流风险低;r=64.34mm,泥石流风险中;r=104.94mm,泥石流风险高;r=282.74mm,泥石流风险很高。     

基于模糊关系理论的冰川泥石流活动性评价方法

选择流域面积、沟床比降、岩性系数、构造系数、冰川坡度、平均坡度、可移方量、最大淤积、冰川面积与流域面积的比值等因素作为冰川泥石流沟活动性评价的主要因素,应用因子分析方法确定了各因素的权重,并运用模糊关系理论建立了冰川泥石流活动性的评价方法.以川藏公路西藏境内30条具有良好工作基础的冰川泥石流沟为例,利用此方法进行了泥石流活动性评价,结果表明该方法是可行的.     

农用柴油机喷油系统中液—汽两相流动过程的试验研究

利用CCD摄像机、A/D转换卡、微型计算机、图像采集卡和其它测试设备对农用1105柴油机喷油系统中液—汽两相流动过程进行了试验研究。在实际运转中的1105柴油机中发现了在空转、额定功率及最大扭矩等工况下其喷油系统内存在着大量的汽泡现象,汽泡的运动规律极其复杂,并在各种工况下对发动机性能有不同程度的影响。     

基于粗糙集理论的泥石流易发性综合评判模型

泥石流灾害易发性判断是泥石流灾害性评价的重要组成部分,快捷、准确的评判对人类工程活动有着重要的指导意义。众所周知,流域中,形貌、地质、水文三大条件对泥石流灾害起决定性作用,是泥石流易发性的主要影响因素。这里基于对泥石流灾害的机理认识,将泥石流易发性分为高易发、中易发、低易发、不易发4个等级,在充分考虑泥石流灾害易发性影响因素贡献的基础上,给出各因素等级的确定标准,运用粗糙集理论获取各级评价指标的相对重要度,再依据专家经验确定主观权重,结合相对重要度和主观权重确定各因素的综合权重,进而利用模糊数学中多级模糊评判的理论和方法,建立了一种新的泥石流易发性多级模糊综合评判模型,并以陕西省凤县5条泥石流沟为例进行模型验证,结果表明这5条泥石流沟易发性从低到高的排序为:吴家沟泥石流沟、三台山泥石流沟、后沟泥石流沟、银铜梁泥石流沟、寺沟泥石流沟,结果与实际吻合良好。     

基于汇流累积计算的沟壑密度分析方法

沟壑密度是评价地表侵蚀影响,水土流失情况,进行地貌类型分析等的重要指标。文章基于研究区填洼后的DEM,利用地表汇流累积分析原理和栅格重分类方法,通过研究沟道覆盖区栅格数与汇流累积栅格二值化阈值间的关系,选择合适的阈值用于提取地表沟道。然后结合自然地表高程,分析合理的高程和相对高程栅格重分类阈值并进行高程栅格二值化,将二值化结果作为乘积模板并配合栅格细化算法优化沟道提取结果。最终利用1 km²单位面积规则格网对沟道提取结果进行目标栅格数统计计算,得到地表沟壑密度值。结果显示,该方法基于30 m分辨率DEM提取的西安市地表沟壑密度均值为1.29 km/km²。除雁塔区,其余各行政区统计均值与前人研究结果基本吻合。试验结果证明,基于本方法可以高效较精确地计算该市地表沟壑密度,分析结果可以量化研究区沟壑密度特征值以及通过栅格像元灰度变化体现沟壑密度变化趋势。     

基于HIMS模型的西营河流域河道内生态基流估算

运用国内自主研发的HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）水文系统构建石羊河流域上游分支——西营河流域的分布式水文模型,模拟西营河流域九条岭水文站的径流量。以1900—1999年为率定期,以2000—2004年为验证期,月过程模型率定期和验证期分别为0.81和0.85;使用 HIMS模型模拟数据计算得到的河道内生态基流为0.523亿 m³,与其它方法计算得到的结果基本一致,说明使用HIMS模型研究生态基流的可行性,为石羊河流域的生态需水计算提出新方法,也为石羊河流域的水资源科学管理和合理分配提供理论依据。     

基于数据流的土地适宜性评价系统设计

该文在对面向数据流的系统设计方法介绍的基础上,将该方法运用于土地适宜性评价中。通过对土地适宜性评价系统数据分析获得土地适宜性评价系统数据流模型即分层数据流图;并根据土地适宜性评价系统数据分析结果进行结构设计获得系统结构图;最后根据系统结构实现土地适宜性评价系统。通过面向数据流的系统设计方法,提高了土地适宜性评价设计的效率和准确性。