螺旋凸轮泵转子腔流量特性数值分析与验证

为了阐明螺旋角对凸轮泵转子腔内部流量特性的影响规律,揭示螺旋角和凸轮泵特性曲线的定量关系,基于FLUENT动网格技术和RNG k-ε湍流模型,对凸轮泵转子腔内部进行三维瞬态流动数值计算,比较了9种螺旋角凸轮泵转子腔内部流量特性,揭示了螺旋角对转子腔内部瞬态流动结构的影响机制,并通过理论计算及试验验证数值预测分对比析,其相对误差在2.5%~5.7%,具有较高的准确性。研究表明:螺旋角对凸轮泵流量特性及泵腔内部流动有显著影响,相比直叶转子,螺旋转子出口的平均流量和流量脉动幅值均明显降低,从而有效抑制转子腔内二次流、旋涡结构与转子间隙区速度突变;螺旋角为45°~60°时,泵出口平均流量达峰值,泵出口流量脉动幅值最低,转子腔内部流动结构较好,结果表明凸轮泵转子腔最优螺旋角取值为45°~60°。该研究可为凸轮泵转子优化设计提供参考。     

偏心环空中非牛顿流体轴向层流的数值分析

讨论了充分发展的无弹、剪切变稀幂律流体在偏心环空管中的轴向流动。幂律流体的本构方程是许多工业过程中流体的流变特性参数模型。数值分析时通过坐标变换将过流截面变换成单位圆，并采用有二次精度的差分法将控制方程离散化。文中给出了环空半径比(0.2≤r^*≤0.8)、偏心率(0≤e^*≤0.8)和流体流性指数（0.2≤n≤1）在很宽范围内变化时的数值解。对数值解的分析表明流性指数和偏心率对流动状态都有很强的影响。就偏心率而言，它使流场在环空最窄处速度停滞而在最宽处出现最大值，并在不同的角度处速度场不同。还将研究结果与近期国内外幂律流体的数值模拟研究结果进行了比较分析。     

原状土与扰动土导气率、导水率与含水率的关系

为分析土壤导气特性与土壤导水特性间的关系,该文通过研究陕西杨凌小麦试验田士样导水率和导气率随含水率的变化特征,比较原状土与扰动土导气和导水特征,分析相对导水率和相对导气率与饱和度的关系,结果发现导水率随含水率的增加而减小,且无论导水率还是导气率原状土都比扰动土大,证实土壤结构及孔隙特征对水和气的传输有巨大的影响,扰动土和原状土变化趋势虽然基本相同,但曲线不重合,说明扰动土和原状土的孔隙连接性和弯曲程度不尽相同.     

螺旋流起旋器内部流场水力特性数值模拟与验证

为了有效解决低压平直管道在田间长距离调水中泥沙淤积问题,该文设计了一种螺旋流起旋装置:螺旋流起旋器。与传统的起旋装置相比,螺旋流起旋器的导叶被固定在与管道保持同心状态的料筒外壁面。该文基于RNG k-ε湍流模型,采用Fluent 12.0对不同导叶长度条件下螺旋流起旋器内部流场水力特性进行了非定常数值模拟,并将模拟值与试验值对比分析,结果表明:螺旋流起旋器内部流场模拟值与试验值基本吻合,且流速场和压力场的最大相对误差分别不超过6.4%和1.3%,进一步表明采用Fluent数值模拟求解螺旋流起旋器内部流场是可行的;随着导叶长度的增加,螺旋流起旋器下游流场的轴向流速的影响区域将逐渐减小,而径向流速、周向流速及涡量的影响区域将逐渐增大;螺旋流起旋器能耗损失与起旋效率均随着导叶长度的增加呈现出增大的变化趋势;螺旋流起旋器内部流场涡量主要分布于料筒近壁面、导叶近壁面及螺旋流起旋器的下游流场。该研究不仅为螺旋流起旋器的设计与优化提供了参考依据,同时还为进一步完善管道螺旋流长距离输固理论提供了坚实的理论基础。     

大型剪切型混合罐的流场仿真与分析

为了考察大型混合罐内的液体流动特征,该文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法、利用ANSYS13.0软件,选用标准k-ε模型和多重参考系法,研究大型剪切型混合罐内的流体力学特性,获取大尺度混合罐内的压力、速度、湍流耗散率等参数及液体流动特征,并通过可视化试验验证了混合罐内流体的流动情况。研究结果表明,随着叶轮转速的增加,混合罐内的负压区扩大且压差增大,液体流速增大,使混合罐内的湍流作用增强,高剪切装置内及附近区域的能量耗散率非常高且集中,说明在这些区域内的混合效果显著。研究结果可为此类工业用混合罐的优化设计提供参考。     

粗糙度对轴流泵性能影响的数值模拟研究

该文应用三维湍流Navier-Stokes方程、工程上广泛使用的k-ε两方程湍流模型、包含粗糙度的壁面函数,对不同粗糙度下的轴流泵段的性能和力学特性进行了数值模拟研究,得到了力矩、扬程、效率随粗糙度变化的趋势,探讨了轴流泵过流表面粗糙度对泵性能的影响.模拟研究表明,对轴流泵流道表面进行处理或提高表面铸造光洁度,可显著提高轴流泵的效率和扬程.其结果对认识粗糙度对轴流泵性能的影响、挖掘提高轴流泵效率的潜力具有指导意义.     

闭合循环水产养殖系统中气/液混合装置的增氧效果

为了研究纯氧气/液混合装置在循环水养殖系统中的实际使用效果,对闭合循环水产养殖系统中气/液混合装置的氧气吸收效率(absorption efficiency,AE)及运行效果进行了研究。结果表明,气/液混合比(gas to liquid ratio,G/L)变化在0.333%~3.333%(O2流量0.57~5.70 g/min)之间时,气/液混合装置的平均氧气吸收效率变化在94.001%~36.049%之间。当G/L=0.667%(O2流量1.141 g/min),在30.5℃、26.3℃、22.9℃和19.2℃水温条件下,气/液混合装置的氧气吸收效率别为87.833%、90.451%、93.606%和94.001%;其中,试验水温为19.2℃时,AE达到最大(94.001%),混合器出水溶解氧浓度达13.36 mg/L。当G/L大于或小于0.667%时,AE均随G/L的变化而降低;各温度组AE值的方差分析表明,温度对AE值有显著影响。     

根据土壤水分特征曲线推求土壤的导水参数

本文中描述了土壤水分特征曲线的一个相对简单的幂函数方程.当把这一方程代入Burdine或Mualem的预报土壤导水率的模式后,可以得到相对导水率的分析解.相对导水率的表达式中仅包含一个参数,该参数用实验资料拟合水分特征曲线模型而得到.并结合特征曲线方程,给出了土壤水分扩散率的表达式.从Burdine和Mualem模式获得分析解的结果,与具有较宽范围导水性质的四种土壤的导水参数实测资料进行了比较.非饱和土壤导水率的预报结果良好;土壤水分扩散率的预报结果对其中三种土壤良好.     

太阳能电池冷却用微通道散热器内纳米流体换热特性

该文基于螺旋式微通道散热器,采用Mixture模型对菲涅尔高倍聚光下纳米流体冷却工质的换热特性进行了研究,并引入强化传热因子η来判定冷却工质的换热能效,结果表明:雷诺数相同时,与蒸馏水相比,Al_2O_3-H_2O和Si O2-H_2O纳米流体具有更高的对流换热系数,并且Al_2O_3-H_2O的传热特性要优于SiO_2-H_2O;纳米流体的强化传热因子随着入口流速的增大呈先升高后降低的趋势,当入口流速为0.82 m/s时,强化传热因子达到最大值,但质量分数为5%的Al_2O_3-H_2O纳米流体的强化换热因子与流体的入口速度成正比,且当流体速度小于0.68 m/s时,其强化传热因子高于其他3种纳米流体;Al_2O_3-H_2O纳米流体的换热特性随着纳米粒子粒径的增加而降低,随着质量分数的增加呈先增后降的二次曲线趋势,当质量分数为5.5%时换热特性最强,该研究为纳米流体在高倍聚光砷化镓太阳能电池冷却方面提供理论参考。     

脂溶性农药旋动射流混药器结构分析与混合均匀性试验

以研究乳油、悬乳剂等脂溶性农药在线混药均匀性为目的,基于产品结构分析旋动射流混药器的混合机理,并提出提高混药器混合效率的措施:继旋器起旋、螺旋收缩管、分流器切向径流和在扩散管中增加导叶等方式提高混合液旋动效率。研究了这些措施对在线射流混药器混合效果的影响。为了提高旋转效率,减少阻力损失,继旋器内设有3个导叶,导叶高度6.5 mm,导叶包角15°;扩散管内导叶高度由0逐渐增加到6.5 mm,导叶包角15°;分流器进药采用切向进入,切向角β根据农药黏度、浓度等不同而改变;收缩管收缩度为0.095,收缩管螺距128 mm,收缩角16°。经过数值仿真,水和农药能够实现螺旋状流动,喷头处药液容积分数分布均匀性指数为0.999 5,药液分布一致。试验结果发现:旋动射流混药器出口与喷头直接连接时,农药需要药泵注药才能实现在线混合;混药器出口最大混合比为99.442 5%,旋动射流混药器能够实现脂溶性农药和水均匀混合。     

耕作刀片在刀辊上的多头螺旋线对称排列法

为使通用刀片满足垄台碎茬或全幅旋耕不同耕作的农艺要求,同时又使其耕作功耗小,刀辊受力均匀,提出了耕作刀片在卧式刀辊上的多头螺旋线对称排列法。该法将刀辊分成均等的左、右刀辊,刀片分别在其上按多头螺旋线排列,旋向相反,升角相同。同条螺旋线上安装同向刀片,相邻的螺旋线上安装反向刀片,左、右刀辊上相对称的刀盘相应位置的刀片为反向刀片,相继入土刀片之间间隔相等。将这种排列方法应用到不同机具上进行旋耕、碎茬作业,各工况碎土率均值达到85.6%以上,碎茬率均值达到80%以上,能够减少刀辊的冲击振动,延长了传动件及轴承的寿命,使机具作业平稳。     

风送式喷雾机实时混药系统设计与试验

为提高果园风送式喷雾机的作业性能,设计了一种采用蠕动泵和静态混合器进行农药精量控制的实时混药系统。运用FLUENT软件,采用SIMPLEC算法对SK、SX和SD型3种静态混合器进行模拟计算,得出SX型静态混合器性能较优。以甘油模拟代替农药,添加胭脂红染色剂进行混药试验,得出静态混合器的混合单元数与模拟结果一致,实时混药系统的药流量控制响应迅速,混药稳定性的浓度相对误差小于4.33%,混药均匀性的变异系数小于4.98%。结果表明,所设计的实时混药系统具有良好的混药性能。该文研究为果园实时混药喷雾机的机构设计和性能优化提供了参考。     

Comparison of Work Input Requirement on Laboratory-Scale and Industrial-Scale Mechanical Dough Development Mixers

The use of a laboratory-scale mixer for predicting the mixing requirement of flours in an industrial-scale mixer was investigated by measuring the work input required to mix a range of flours to peak consistency on both a laboratory-scale and an industrial-scale mechanical dough development (MDD) mixer. The industrial mixer used was a Tweedy-type mixer, and the mixing optimum was determined using a probe that sensed changes in dough consistency. Work input was estimated from mixer motor power, taking into account expected motor and drive chain losses, and from dough temperature rise measurements. The laboratory mixer used twin flat-bladed rotors; mixing optimum and work input were determined from the torque measurement. Work inputs from both mixers were highly correlated (r² = 0.88) but with a large offset (the industrial mixer requiring more work to develop the dough). The two methods of measuring industrial mixer work inputs gave slightly different results leading to uncertainty as to the actual work given by the industrial mixer. Farinograph mixing properties were less well correlated with industrial-scale work input requirement than the laboratory-scale MDD mixer.     

Fragment size distribution within slots created in a duplex soil by a prototype rotary slotter

The relationship between the sizes of fragments produced by slotting with a prototype rotary slotter and the tractor speed and the moisture content of a transitional red-brown earth soil was examined. In this poorly-structured soil, the three rotors spaced 1.2 m apart, working in narrow (0.12 m wide) parallel bands, produced well-defined 0.40 m deep slots. The slots were filled with platy-structured fragments, formed by the slicing action of the rotors on the slot face and smaller blocky fragments produced by subsequent vigorous mixing within the rotor shrouds. The geometric mean diameter of these fragments and the percentage of different sized fragments were closely related to the thickness of cut, which is determined by the forward speed of the tractor and the rotor speed. More than 90 and 70% of the fragments had diameters < 25 mm and 11 mm, respectively, at the tractor speeds (0.36–0.70 km h⁻¹) and the rotor speed (94 rpm) used in the experiment. Regression equations to describe the relationships between the thickness of cut and the fragment size distribution were derived. The fragment sizes were only slightly affected by the soil moisture content. The vigorous cutting and mixing of the soil within the shrouds shattered the fragments derived from the original A horizon to diameters mostly < 1 mm.Within the slots, the percentages of the smaller-sized fragments increased with depth, possibly owing to interference in the deposition of the larger sized fragments by the rotors.     

翻转卸料双轴桨叶饲料混合机工作性能试验研究

该文介绍了作者设计并研制的新型翻转式双轴桨叶混合机,阐述了其工作原理。为了提高双轴桨叶混合机的混合性能,采用二次回归正交旋转组合试验,对设计样机进行混合均匀度及机内残留率的试验研究,得出了其工作参数的合理组合：混合时间为180 s,充满系数为0.75,桨叶轴转速为56 r/min;机内残留量极小(约为0.015%),满足其作为配合饲料生产,尤其是预混合饲料生产的工艺要求,也为进一步改进设计提供了依据。     

变速椭圆齿轮泵的非线性振动模型与拍击特性

变速椭圆齿轮泵是一种具有大排量、低脉动的新型容积泵,为提升其在高转速下的动力学性能,降低振动和噪声,对该齿轮泵在周期负载作用下的拍击振动行为进行研究.阐明了基于外部非圆齿轮变速驱动的椭圆齿轮泵流量脉动平抑原理,给出了变速椭圆齿轮泵中两级非圆齿轮机构的传动比函数;基于集中参数法,考虑轮齿间的弹性变形、静态传递误差、齿侧间...     

多翼单臂纵列式电动无人机旋翼间距优化及能耗试验

针对现代农业航空技术的发展对电动多旋翼农用无人机的载荷能力、持续作业能力、作业效率提出更高的要求,而目前电动多旋翼植保无人机存在续航时间短、载质量小、作业效率低等问题,该文通过试验测试平台,首先对共轴式双旋翼进行不同纵向间距下的升力性能及能耗测试,分析纵向间距对双旋翼升力的影响规律,根据分析结果,针对纵列式双旋翼进行升力随横向间距的变化规律研究,得出横向间距比等于1.8为双旋翼纵列式方式的最优横向间距比。随后对不同尺寸纵列式双旋翼和纵列式多旋翼升力随横向间距比的变化规律进行测试,验证最优横向间距比1.8的普遍适用性。最后,对多旋翼单机臂结构六轴十二旋翼纵列式布局无人机的综合性能参数进行优化分析,并对平面式、纵列式布局方式下的六轴十二旋翼无人机进行飞行试验,验证旋翼间距的优化结果。优化分析结果表明,横向间距比均分别在最优化条件下时,纵列式和平面式布局的升力远高于共轴式布局。与纵列式布局相比,平面式布局机型升力差别不大,但机身尺寸增加38.70%。飞行试验结果表明,在相同负载下,相对于优化后的纵列式机型,平面式机型在单位时间内悬停功率仅减小0.062%,而机身质量增加6.8%。该研究在保证无人机能效的前提下,通过改变旋翼间的相对位置,对多旋翼单机臂结构电动无人机的旋翼间距进行优化,从而优化机身尺寸及质量,改善多翼单臂结构无人机的气动特性,降低惯性,提升有效负载能力,从而提升整机性能。     

射流混药器改进提高混药均匀性及动态浓度一致性

提高喷嘴直接注入式变量喷雾系统中混药器浓度一致性与均匀性同样重要。该文根据多孔板穿过流脉动衰减原理提出了夹层孔管式新型混药器,并以普通射流混药器为参照进行在线混合试验,基于图像进行在线混合瞬时均匀性及动态浓度一致性分析。结果表明:单视角图像误差较小,算法适用性强;载流流量及混合比的增大能提升均匀性及一致性;与射流混药器相比,夹层孔管式混药器试验条件下(800 mL/min载流流量2 000 mL/min,4:100药水混合比10:100)平均瞬时不均匀性指数从16.70降至14.76,并在药水混合比9∶100或载流流量1 400 mL/min时普遍降至约13.00,达到均混效果;其虽难以保证所有工况下混合均匀,却显著提高了脉动注入时混合液浓度一致性,平均动态浓度不一致性值从0.039降至仅0.011,试验条件下只要混合比5∶100,或注药频率5.10 Hz,动态浓度不一致性指数均低于0.020,满足浓度一致性要求;由于夹层孔管式混药器相对射流混药器在瞬时均匀性上的优化没有动态浓度一致性明显,且夹层孔管式混药器的瞬时不均匀性指数值与动态浓度不一致性值相关性仅为0.684,低于射流混药器的0.848,因此未来夹层孔管式混药器的进一步优化应以均匀性为主要目标,即使提高浓度一致性也可能提高其混合均匀性。