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。     

分流对冲式集沙仪设计与性能试验

集沙仪是观测风沙流结构和研究风沙移动规律的必备仪器。针对强风环境下集沙仪内部风沙的有效分离问题,提出了分流气体对冲法,设计了分流对冲式集沙仪,阐述了分流气体对冲法的设计原理和分流对冲式集沙仪的参数分析理论,并在利用Fluent软件对其风沙分离器进行数值模拟的基础上进行了风洞试验验证和性能分析。结果表明,采用该方法的分流对冲式集沙仪具备了较高的降速性能和抗强风性能,排气口风速降幅达88.44%,排沙口风速降幅达90%,保证了集沙仪内部风沙的有效分离,平均集沙效率达90.15%,等动力性达93.27%,符合集沙仪设计的基本原则,制作成本低,能较好地满足风洞试验和风蚀观测要求。     

分流对冲式与循环摩擦式农田风沙分离器性能对比试验

有效预防农田土壤风蚀,防止耕地退化,需要研究农田土壤风蚀机理。集沙仪作为研究农田土壤风蚀的关键仪器,其核心部件风沙分离器的结构设计会影响集沙仪的测试精度。针对分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器,利用微型风洞对其等动力性、降速性能和气固分离效率进行对比试验分析,选用性能更好的风沙分离器以实现农田集沙仪的全自动采集风蚀数据功能,进一步提高其测试精度。试验结果表明:在5种风速条件下,分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器的等动力性分别为91.99%、92.04%、92.31%、92.06%、92.14%和92.90%、92.78%、93.06%、92.99%、92.84%;在13.8m/s试验风速下,分流对冲式风沙分离器排气口风速降低83.84%,排沙口风速降低88.99%;而循环摩擦式风沙分离器排气口风速降低92.54%,排沙口风速降低90.41%。分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器气固分离效率分别为99.8%,98.9%。     

分流对冲与多级扩容式集沙仪内气流降速规律研究

集沙仪是研究和防治土壤风蚀所必需的仪器,其主要作用是捕获风蚀地域近地表空气中的沙尘。风沙分离器是分流对冲与多级扩容式集沙仪的关键部件,是基于气流的分流对冲降速与多级扩容降速的组合原理设计,具备较高的降速效果,并呈现出了一定降速规律。该文以风沙分离器为研究对象,利用数值模拟和试验验证相结合的方法,分别对气流、气固两相流的降速规律进行分析,结果表明:(1)气流的湍动能越大,湍动能损失就越大,气流速度的降速幅度也就越大,这种变化关系通常出现在结构突变的位置。(2)通过结构的突变设计,使气流形成大范围、较高值的湍动能场,可以大幅度降低气流速度,集沙仪可以采用此降速方法收集沙尘。(3)从数值模拟结果看,随着固相颗粒所占体积分数的逐渐增大,气流速度有所降低,但降低幅度不大;当固相颗粒所占体积分数一定时,气流速度越高,降速效果越好;就分流对冲与多级扩容式集沙仪而言,对较高浓度、较高运动速度的风沙流具有更好的降速效果,其集沙效果也更好。     

分流对冲与多级扩容式自动集沙仪集沙盒的设计参数分析

研究和防治农田或草地的土壤风蚀,必须掌握风蚀地表的风沙流结构,集沙仪是观测风沙流结构和获取风蚀量的关键仪器。自动集沙仪虽然可以得到实时、连续的风蚀量,但是当排沙口气流速度过大时,气流容易冲击集沙盒底部的称重传感器,影响测量数据的正确性。以分流对冲与多级扩容式自动集沙仪的风沙分离器和集沙盒为研究模型,将集沙盒简化为排沙口气流的下行空间,下行空间与风沙分离器组成连通体,再利用Gambit软件和Ansys Workbench软件的联合仿真,对不同参数的连通体的速度场进行分析,最后进行试验验证。结论表明:分流对冲与多级扩容式自动集沙仪的集沙盒设计参数的变化既不会影响风沙分离器内部流场的分布特征,也不会影响风沙在风沙分离器内部的分离,但对排沙口气流的影响较大,当集沙盒的设计参数满足L≥0.5 D1且D2≥2 D1或L≥D1且D2≥D1时,排沙口气流的部分高速气流会收缩至排沙口附近,不会冲击集沙盒下面的称重传感器,确保自动称重数据的可靠性。     

全自动多通道农田无线集沙仪研究

针对用于研究农田土壤风蚀的集沙仪自动化程度较低,不能实时记录集沙量数据且不具有无线传输和组网功能,给研究土壤风蚀起沙过程中不同阶段的沙粒运移特性带来诸多困难等问题,基于无线传感网络技术,以气流对冲式风沙分离器为基础,设计了研究农业土壤风蚀专用的全自动多通道无线集沙仪,实现了土壤风蚀量的自动采集、无线传输和实时数据处理等功能。实验表明,系统可实现对最多6个测点,每个测点8通道风蚀数据的循环自动采集,传感器最大响应时间为2 s;集沙仪每个集沙盒最大集沙量为180 g,旋转启动风速为3.4 m/s,平均集沙效率达到85%以上,称重传感器10 h连续测量误差在±0.04 g以内且测量精度达0.01 g;在射频功率最大、空中传输速率为1 kb/s时,32字节的数据包有效传输距离在1 000 m左右,通信建立时间小于5 s。该系统具有低功耗、使用方便、操作简单、自动数据采集等优点,能够满足研究农田土壤风蚀的需要。     

新型农田风蚀集沙仪性能试验研究

从设计集沙仪的基本原则入手,介绍了新型农田风蚀集沙仪的结构及工作原理,并利用Fluent软件对集沙仪风沙分离器进行了数值模拟。从数值模拟结果看,排气口和排沙口气流降幅约90%左右。经0FDY-1.2移动式风蚀风洞试验验证,结果表明:新型农田风蚀集沙仪的大幅度降速性能为提高集沙效率起到了关键作用,平均集沙效率达92.29%,等动力性达95.8%,能较好地满足了风洞试验和风蚀观测要求。     

分流对冲与多级扩容式集沙仪排气管参数优化与流场模拟

集沙仪是观测风沙流结构和研究风沙运动规律的必需仪器,设计排气管可以显著缓减进气口处的阻滞气流,消除气流在集沙仪两侧的分离,以提高进气口的等动力性,确保集沙仪具备较高的集沙效率。首先利用数值模拟方法分析排气管形状、排气管参数和排气口位置对内外流场的影响,提出排气管参数优化方案,然后基于该方案设计改进型风沙分离器,并进行流场模拟和风洞试验。结论认为:对于分流对冲与多级扩容式集沙仪之类的圆柱形集沙仪,当其排气管设计成直角状、垂直段长度取L1≤1.5 D1、水平段长度取L2≥2 D1和外漏尺寸取L3≥0.6 D2时,更有利于集沙仪排气性能和进气口等动力性能的提高;对于基于参数优化方案设计的改进型风沙分离器,其等动力性约94.74%,符合集沙仪设计的等动力性要求,而且当入口气流受强风影响时,粒径大于0.028 7mm的沙尘只要进入该分离器,就可被收集,平均集沙效率约91.25%。     

新型农田风蚀集沙仪排沙口降速问题研究

农田土壤风蚀会导致土壤质量退化,甚至出现荒漠化。防止农田土壤退化,研究其风蚀机理是关键,而集沙仪是研究土壤风蚀的必需仪器。随着自动控制理论在各行业的广泛应用,为集沙仪配备自动采集系统是一个发展趋势。由于集沙仪排沙口气流对称重天平的冲击是引起数据波动的主要来源,所以降低集沙仪排沙口气流速度是很关键的。为此,提出了设计一台新型农田风蚀集沙仪以解决排沙口降速问题的新思路。首先,阐述了新型农田集沙仪的设计原理;随后,通过数值模拟方法对其关键部件风沙分离器进行了数值模拟,得出了其内部速度矢量场模拟图;最后,通过烟流试验和风洞试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明:数值模拟结果是可靠的;当新型农田集沙仪受强风环境影响时,其排沙口气流的降速幅度达84%,可较好地缓解排沙口气流对称重天平的冲击。该研究也可为新型农田集沙仪的后续研究提供理论支持。     

旋风分离式集沙仪性能试验研究

集沙仪是用于采集土壤风蚀过程中的风蚀物来测定风沙流结构的仪器。旋风分离式集沙仪在0FDY-1.2型移动式风蚀风洞内的等动力性试验和单个分离器沙尘采集试验表明:该集沙仪满足等动力性要求,单个分离器对0.3～0.076mm的土样进行收集,不同风速下其收集效率均在96.24%,土样粒径d<0.076mm时的平均收集率为92.44%。旋风分离式集沙仪可用于保护性耕作抗风蚀效果的测试,为其有效实施提供科学依据。     

水平分型造型线对型砂性能的要求及质量控制

在自动造型生产线生产过程中,型砂性能对铸件质量具有决定性的影响。型砂性能控制是保证铸件质量的重要工艺手段,合理选择原砂、膨润土、煤粉等原辅材料,控制好型砂的水分、紧实率、透气性、湿压强度、含泥量及有效膨润土含量挥发份灼减量和砂温等是自动造型生产线型砂性能控制的关键。应根据造型机对型砂各项性能指标要求,严格控制配套砂处理工艺过程,保证自动造型生产线正常运行并充分发挥其效能。     

人工砂与河砂混凝土抗裂性能比较研究

人工砂表面粗糙,石粉颗粒细小,增大混凝土的用水量,增大混凝土开裂的倾向,另一方面,人工砂具有增大混凝土强度的特性,可减小混凝土开裂的倾向,因此对人工砂混凝土的抗裂性能有必要进行全面的研究.对人工砂与河砂混凝土的早期和硬化后的抗裂性能进行了系统研究.研究发现,人工砂混凝土最大裂缝宽度、24 h裂缝数量、单位面积的裂缝数量和单位面积上的总开裂面积均较河砂混凝土大,早期抗裂能力较小;硬化后的人工砂混凝土抗压强度、抗拉强度、极限拉伸值及抗裂能力指数较大,线膨胀系数、弹强比和热强比较小,有利于减小温度应力,提高混凝土抵抗温度裂缝的能力;干缩稍大,非大体积混凝土抗干缩开裂的能力减小.     

含砂层层位及厚度变化条件下层状土上升毛管水运动特性研究

【目的】解决我国西北地区土壤次生盐碱化问题。【方法】通过室内试验,对层状土上升毛管水运动特性进行了分析,并考虑了含砂层层位和厚度共同变化影响下的毛管水运动特性变化规律,建立了地下水补给量、毛管水上升高度随时间变化的函数关系,并进一步对其地下水补给量和毛管水上升高度等值线变化分布情况进行了对比分析。【结果】含砂层层位与体积常数和高度常数之间有明显的正相关关系;与达到稳定时的地下水补给速率和毛管水上升速率有明显的负相关关系,由于含砂层的作用,达到稳定时的地下水补给速率和上升速率与含砂层厚度有明显的负相关关系;当地下水补给的时间持续在0～4 d、含砂层层位在30～50 cm之间变化、厚度在0～15 cm变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显;当地下水补给的时间持续在4～12 d、含砂层层位在15～30 cm之间变化、厚度在15～30 cm之间变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显。【结论】函数中拟合参数体积常数v、稳定补给速率q*、地下水补给时间常数τQ决定了层状土地下水补给量的变化规律;毛管水上升高度υ、稳定上升速率μ*、上升高度时间常数τh决定了层状土毛管水上升高度的变化规律。     

Study on the Variation Characteristics of Rising Capillary Water of Layered Soil under Variation of Sand Layer and Thickness北大核心CSCD

【Objective】The purpose of this paper is to solve secondary salinization of soil in Northwest China. 【Method】the capillary water rising movement characteristics of layered soil has been analyzed through indoor test. And the variation characteristics of capillary water movement under the influence of common change of layer and thickness of sand layer has been considered in this paper, and functional relationship between groundwater recharge and height of capillary water rising with time changing has been built. Furthermore, contour distribution of groundwater recharge and capillary water rising height has been also comparative analyzed.【Result】There was a very significant positive correlation between the horizon and the volume constant and the height constant （P<0.01）. And there was a significant negative correlation between the horizon and the stable recharge rate of groundwater and the rate of steady increase of capillary water （P<0.05）. There was a significant negative correlation between the thickness of sand layer and stable recharge rate and steady rising rate（P<0.05）. When the duration of the capillary water height was rising was 0~4 days, the sandy layer was 30~50 cm, the thickness of sand layer was 0~15 cm, which has a significant effect on the change of groundwater recharge and height of capillary water. When the duration of the capillary water height was rising was 4~12 days, the sand layer is distributed in 15~30 cm, the thickness of sand layer was 15~30 cm, which has a significant effect on the change of groundwater recharge and height of capillary water. To summarize, the results of this study were of great significance for the study of water salt movement and soil salinization in layered soils.【Conclusion】The fitting parameters of the function including volume constant (v), stable recharge rate (q*), groundwater recharge time constant (τQ), capillary water rising height (υ), steady rising rate (μ*) and rising height time constant (τh) were determined by the variation of capillary groundwater recharge and capillary water height with time changing respectively. © 2019 Journal of Irrigation and Drainage. All rights reserved.     

风蚀风洞排沙器设计与性能试验

排沙器是利用风洞研究土壤风蚀问题时的重要装置。为此,针对0FDY-1.2可移动式风蚀风洞设计了排沙器,通过试验确定排沙器最小排沙量为0.53g/s。通过排沙器排沙一致性和排沙稳定性试验得出,其变异系数分别在3.65%～6.68%和3.52%～8.67%的范围内。同时,探索了排沙量在风洞流场内的分布均匀性情况,发现在风洞试验段入口6m风洞中央位置趋于风洞壁面处输沙量有减少的趋势。     

微灌砂过滤器石英砂滤料颗粒粗糙度参数测算与分析

微灌砂过滤器砂滤料颗粒的表面粗糙度直接影响到砂滤层水头损失和对水中杂质的滞纳能力,从而影响到滤层过滤效果。为了对砂滤料颗粒表面粗糙度进行定量分析,以粒径范围为1.0~1.18、1.18~1.4和1.4~1.7 mm的3种滤料的砂滤料颗粒为研究对象,每种滤料选取15粒石英砂作为样本,以砂滤料颗粒表面形貌的均方根偏差、表面高度分布的偏斜度和表面高度分布的峭度表征颗粒表面粗糙度,采用三维表面形貌仪对粗糙度参数进行测量,采用统计分析方法对粗糙度参数进行分析。结果表明,3种滤料砂滤料颗粒表面波峰波谷的波动幅度分别占滤料当量粒径的15.6%、14.6%和13.1%,说明微灌砂过滤器砂滤料颗粒表面粗糙度比较大;石英砂滤料颗粒表面高度分布的峭度比较大,说明砂滤料颗粒表面形貌高度分布比较集中;石英砂滤料颗粒表面高度分布的偏斜度都为负,说明砂滤料颗粒表面凹陷部分所占比例偏大,影响过滤效果。通过研究认为,要使过滤器石英砂滤料获得更好的过滤效果,应选取相对较大颗粒的石英砂滤料,并对砂滤料的生产工艺进行改进,使砂滤料粗糙度适当增大。     

沙土地区渠道防渗衬砌技术

近几年来,渠道衬砌技术发展较快,类型较多,是节约用地,节省用水,方便管理,提高灌溉效益的有效途径。该文就沙土地区常用的几种渠道衬砌技术的设计,施工,质量控制以及配套建筑物等方面进行了总结,并提出了渠道防渗衬砌施工过程中的注意事项,对沙土地区应用和推广渠道衬砌技术具有直接的指导作用和一定的参考价值。