超大流量轴流潜水泵叶轮设计与优化

基于升力法对超大流量轴流潜水电泵叶轮进行水力设计,采用计算流体动力学方法对超大流量轴流潜水电泵装置进行全流道数值模拟和性能预测,并对该水力模型进行优化,同时通过试验对计算结果进行验证.分析结果表明：原设计模型在叶轮压力面进口处存在较明显的局部高压区,吸力面进口附近存在明显低压带和局部高涡量区域,消耗较大的能量,是导致叶轮效率低的主要原因之一;通过调整叶片进口角度和叶轮转速2个参数进行模型优化设计,优化后模型叶片压力面的静压分布较均匀,吸力面低压区域相对较小且涡量分布均匀;优化设计明显改善了叶片表面的压力分布和空化性能,同时提高了机组的水力效率;优化后的水力模型性能预测结果与实验结果吻合较好,数值预测结果能够较为准确地反映轴流泵系统的水力性能.研究结果为该类泵水力模型优化和性能改进提供了参考.     

M型抗风降温塑料大棚风效应与对比分析

为提高塑料大棚的抗风降温性能，优化提出了M型大棚。采用计算流体动力学(CFD)方法，围绕M型大棚、大跨度拱棚、双连栋拱棚，分别开展了不同风向角下的整体风压特性分析，并通过对棚身分区计算得到了风荷载体型系数和极值风压。研究结果表明：M型大棚在各风向角下的整体风压系数均小于大跨度拱棚和双连栋拱棚；随着风向角增大，各区域风荷载体型系数大致呈减小趋势，斜风向下出现局部高负压区域；M型大棚、大跨度拱棚、双连栋拱棚的风荷载体型系数最大值分别出现在30°、0°、0°风向角下，对应数值分别为-0.73、-1.28和-1.16,3种棚体的极值风压分别为0.296、0.518和0.470kPa。基于研究成果建造的M型大棚经受住了多次台风的考验，通过真实工程验证了M型大棚优越的抗风性能，为其推广应用提供了参考依据。     

跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡水力特性分析

跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡直接影响消力池内的水力学指标。采用水力学试验方法,对跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡水力特性进行初步研究。详细分析了立轴漩涡的运动形式以及运动区域的变化,并对漩涡与底板和边墙切点处流速的变化、漩涡区相对于消力池整体压力的变化情况进行了研究。经试验知,立轴漩涡对消力池内水力学指标影响较大。     

互插式连栋温室风压分布模拟分析

以CFD理论为基础,建立了互插式连栋温室周围空气绕流的数学模型,设定了流体的边界条件,运用Fluent软件对互插式连栋温室的风压分布进行模拟分析。模拟结果表明,风力对温室作用主要是向上的升力;风压系数沿温室跨度方向分布的数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合;上风向和下风向风压系数沿温室高度方向呈二次曲线分布,相关系数分别为0.975和0.990;最后将模拟得到的风压系数转换成相应的风载体型系数,为结构优化设计提供参考。     

基于格网尺度的区域生态系统服务价值估算与分析

以北京市海淀区为例,在对区域土地利用现状进行划分的基础上,基于格网尺度估算了区域生态系统服务价值,并根据价值分布状况将区域划分为不同的生态系统服务价值分区,基于GIS和FRAGSTAS软件,分析了不同分区的土地利用结构和景观格局状况。结果表明:海淀区格网的生态系统服务价值处于-234.56~207.97万元之间,并呈现明显的从南部到西北部增加的趋势;不同生态系统服务价值分区土地利用结构差距较大,高值区的土地利用类型主要为城市绿地,中值区土地利用类型面积较大的为耕地和城市绿地,低值区建设用地的面积较大;不同生态系统服务价值分区的景观格局指数变化较大,从高值区到低值区,景观格局的破碎化程度逐渐增加,人类活动对生态环境的影响不断加剧,人类活动对景观的干扰程度加大。研究结果可以为精细化评估区域生态系统服务价值提供参考,并能服务于区域土地利用结构调整和可持续利用及生态景观建设。     

桥墩布置形式对桥墩绕流及局部流场的影响

应用MIKE21软件模拟分析了不同桥墩布置形式斜交桥对河道局部流场的影响.模拟结果表明:单线斜交桥对水流有明显阻水影响,双线斜交桥对水流的阻水影响,并不是简单叠加;下游桥桥墩与上游桥桥墩对孔布置且桥墩相距较近,下游桥桥墩受上游桥桥墩的遮蔽作用,其阻水影响被削弱,对水流的消能和流速再分配有一定作用;下游桥桥墩与水流方向夹角的改变,除使桥墩附近局部区域水流流态变化明显,并随着角度增加影响增大、其他区域变化值相差不大,不存在单调关系;圆端形桥墩应尽量采用顺水流布置,非顺水流布置时,如果对桥墩附近局部区域水流流态的影响较大,可通过开挖拓宽桥址处河道,降低河道单宽流量,增加河道过流面积的方法改善.     

云南省降雨侵蚀力时空分布与演变趋势研究

由于生态环境演变及人类活动的影响,云南地区生态环境极度脆弱,土壤侵蚀强度大,侵蚀程度严重。降雨侵蚀力(R)是采用USLE/RUSLE模型进行土壤侵蚀评估的重要参数,但目前针对云南地区R值的计算模型及适宜性方面的研究较少。本研究采用昆明气象站1951—2010年共60 a逐日降雨数据,对中国南方地区常用的5种R计算模型在云南地区的适宜性进行分析,筛选出适宜云南地区的R计算模型,并基于均匀分布于云南省的36个国家基本气象站1951—2012年降雨观测数据,分析云南省降雨侵蚀力时空分布与演变特征。研究表明:在5种降雨侵蚀力计算模型中,模型B具有较好的稳定性,且有效系数(Ef)最大,相对偏差系数(Er)最小,在云南地区有较好的适宜性。云南地区多年平均降雨量为1 106.84 mm,7个分区多年平均降雨量分布在745.83~1 533.33 mm之间,不同地区降雨量分布不均匀,季节分布集中在夏季,降雨空间分布呈现出自西南向东北递减的趋势。云南地区多年平均R为2 719.31 MJ·mm/(hm2·h),7个分区多年平均R分布在1 837.23~3 949.12 MJ·mm/(hm2·h)之间,季节分布集中在夏季,空间分布也表现出自西南向东北递减的趋势。7个分区降雨侵蚀力趋势系数分布在-0.34~-0.02之间,各分区近60 a来降雨侵蚀力均呈现出减小趋势。本研究可为云南水土生态环境建设和土壤侵蚀模型构建提供借鉴和参考。     

基于土壤比阻的大功率拖拉机变权重力位综合控制研究

针对土壤条件变化较大的作业环境,基于土壤比阻的力位综合控制,探索了其权重系数的自动控制算法。通过构建模糊PID控制策略,并采用土壤比阻B模拟土壤环境,利用Matlab对不同土壤比阻进行分析,以系统超调量、稳定时间以及耕深变化为依据,建立了权重系数与土壤比阻之间的关系模型,得出了基于土壤比阻的权重系数自动控制算法。将采用该算法的变权重力位综合控制(以下简称"变权重方法")与权重系数为0.5的控制方式进行田间试验并对比。结果表明,变权重方法在土壤比阻较小的区域可以保证耕深,发挥位调节的优势;在土壤比阻较大的区域可以确保发动机的性能,发挥力调节的优势。该方法在土壤比阻变化较大的区域可实现权重系数的自动判断与设定,为系统更精确化控制奠定了基础。     

浸没式膜生物反应器内膜面传质特性实验

应用粒子图像测速(PIV)技术测试膜面附近的气液两相流动力学特性,在6种不同曝气强度条件下,测试得到膜面附近的液相流场数据,并计算得到膜面传质系数、浓差极化边界层厚度以及膜面切向应力等膜面传质特性参数。结果表明,曝气强度和液相速度对膜面传质特性的影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得膜面传质特性加强。本文的研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。     

基于CFD柱面气膜密封静态力学性能分析

为了探索新型密封槽结构对柱面气膜密封性能的影响,通过建立无槽和T型槽气膜计算模型,利用CFD软件对2种结构气膜的静压力分布、流体速度分布、剪应力分布进行对比分析.结果表明:无槽浮动环在偏心旋转过程中由于流体动压效应,使得气膜压力沿周向存在较大压差,最小膜厚处为高压区,最大膜厚处为低压区;T型槽气膜在槽型部位和槽根处气膜压力较大,由于T型槽模型静压分布最大压强大于无槽模型;T型槽浮动环可产生流体动压效应,使得气膜表面沿周向分布与槽数相等的压力波峰;与无槽浮动环相比,T型槽浮动环产生的流体动压效应使得流体速度大于无槽时数值;无槽气膜最大剪应力在最小膜厚处,T型槽气膜最大剪应力在最小膜厚处和T型槽根部坝区,且T型槽气膜最大剪应力大于无槽气膜最大剪应力.     

基于ANSYS的采棉机分风箱应用研究

气力输送系统是采棉机工作部件中的重要系统之一,分风箱是气力输送系统中重要的组成部分,分风箱将风机出口处的风量分配给采棉机的采摘装置,分风箱的结构对风机风量的分配起到重要作用。本文构建了两种不同结构的分风箱模型,采用ANSYS软件对不同结构的分风箱内部风速和风压的差异进行数值模拟,对分风箱的速度矢量云图、风压云图以及各个出口平均风速进行了分析,结果表明,在能满足风速要求的前提下,模型二的结构更加合理。     

塑料大棚结构的脉动风速与风压时程模拟

作用在塑料大棚结构上的主要动力荷载是风荷载,考虑脉动风作用的塑料大棚结构风振响应能真实地反映结构的受力特点。为了对塑料大棚结构进行时域内风振响应分析,必须解决脉动风速时程模拟问题。为此,采用谐波叠加法对塑料大棚结构表面的脉动风速进行模拟,获得不同空间点的风速时程曲线,对比了模拟功率谱与目标功率谱的变化趋势,分析了不同空间位置的相干性随两点距离增加的变化规律,模拟了不同点的脉动风压,从而为研究塑料大棚结构风振响应提供了荷载条件。     

Analysis of static structural mechanics of vertical axis wind turbine with lift-drag combined starting structures

In this paper the finite element analysis was carried out for a composite vertical axis wind turbine with lift-drag combined starting structures to ensure the structure safety of a vertical axis wind turbine(VAWT). The static and modal analysis of rotor of a composite vertical axis wind turbine was conducted by using ANSYS software. The relevant contour sketch of stress and deformation was obtained. The analysis was made for static structural mechanics, modal analysis of rotor and the total deformation and vibration profile to evaluate the influence on the working capability of the rotor. The analysis results showed that the various structure parameters lie in the safety range of structural mechanics as given in the relative standards. The analysis showed the design safe to operate the rotor of a vertical axis wind turbine. The methods used in this study can be used as a good reference for the structural mechanics′ analysis of VAWTs.     

单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器设计与试验

针对现有多行气吸式排种器因共用气室造成风压要求高、损失大的问题,设计一种单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器,降低排种过程所需的风压值,减少风压损失.对排种盘、气道盘、搅种装置、清种器等关键部件进行结构设计,利用JPS 12型排种器性能试验台进行排种性能试验并对试验结果进行分析.通过单因素试验,得到在负压值1～2 kPa、...     

猪舍废气净化系统填料结构多目标拓扑优化设计与试验

针对猪舍废气净化系统的填料结构,提出同时考虑结构机械性能与净化空间需求进行填料结构设计。将填料结构视为一种周期性结构,基于逆向均匀化方法和参数化水平集方法相结合的多目标拓扑优化方法,对周期性结构的单胞拓扑结构进行优化。以填料结构的最大等效体积模量和最大等效渗透率为优化目标,以等效孔隙率为约束条件,通过Hashin-Shtrikman属性边界得到等效体积模量及等效渗透率的极值,运用帕累托优化法求得满足多目标条件的帕累托最优解。根据帕累托最优解设计了不同孔隙率的填料结构构型,并通过试验验证填料结构设计方法的可行性与正确性。试验表明,填料结构前后端压力差与填料结构孔隙率成反比,与前端风速成正比;当填料结构孔隙率分别为80%、85%和90%时,稳定后平均除氨效率分别为66%、62%和58%。本研究可为猪场废气净化系统填料结构设计提供参考,可根据不同猪舍对风阻与净化效率的实际要求选择填料结构。     

叶片挥舞振动后风轮流场特性

为了研究水平轴风力机叶片挥舞振动后风轮尾迹流场特性的变化规律,以某NACA翼型风轮为研究对象,通过自定义UDF代码及采用动网格技术成功控制了叶片振型,使得风轮在三维旋转的同时做垂直于旋转面的挥舞运动.数值模拟中利用Fluent计算平台对风轮尾迹速度场、涡量场及压力脉动特性进行研究.研究结果显示:施加振动后风轮在1个旋转周期内均会在叶中附近产生相对速度增益区、叶尖处会产生速度亏损区域,从而使叶片受力更加不均匀,出现较大压差,加速叶片的损坏与断裂;施加挥舞振动后叶尖处涡量强度增加,叶尖涡的脱落有所延迟;施加振动前后压力脉动均呈现周期性波动,且在径向0.5 m处压力脉动波动最为明显.通过引入新的非定常因素,揭示挥舞振动对风轮尾迹流场特性影响规律,使数值模拟结果更加逼近风力机实际运行状态,对风力机叶片设计具有指导意义.     

关于大型渡槽结构设计的几个问题

大型渡槽是中国南水北调工程中的关键性水工建筑物，其输水流量比目前世界上已建渡槽的流量要大得多，由此产生了一些新的渡槽结构以满足巨大的输水流量，目前还没有大型渡槽结构设计规范，有一些结构问题，如结构抗震、抗风设计、剪力滞、温度应力等问题，还困扰着结构工程师。本文列举了大型渡槽结构设计的几个问题，初步阐述了大型渡槽结构设计的若干理论和方法，并对一些可能的结构问题进行了预测和讨论。     

横流风机串联排气特性的试验

通过对横流风机单独和串联运行时流量和排气压力的试验研究,发现横流风机串联后二级风机在大风量区的压力特性与单独使用时相比明显下降,流量系数大于0.5后压力系数出现负值,并使串联后的总压力在某些区间小于单风机的压力。考虑到横流内部流场的特殊性,研究认为是由于进风速度对二级风机内部气流的流动状态产生影响造成的。     

基于共振声学放大原理的涡激振动自发电装置设计与试验

为实现从自然环境中自动获取清洁能源,并给无线传感器和通讯模块供电,基于涡激振动及共振声学放大原理,设计了一种压电自发电装置。首先对位于该自发电装置内的压电悬臂梁复合结构进行力学分析;其次基于计算流体力学数值方法,对绕流圆柱后附加不同板长条件下的流场动力学特性进行分析,以明确悬臂梁长度对脱涡频率和升力、阻力系数的影响规律。利用有限元软件ANSYS对压电悬臂梁复合结构的横向往复振动进行数值模拟,确定了复合结构的横向振动频率随板长L的变化规律。最后对位于该装置两侧的亥姆霍兹共振器的结构尺寸进行优化设计,以使流场的脱涡频率、压电悬臂梁复合结构的一阶横向振动频率和共振器的谐振频率达到一致,从而使压电发电装置产生共振并输出最大的电能。试验结果表明,涡激振动自发电装置在5 m/s的风速下可产生两相峰峰值为6.0 V的开路电压,且上述3个频率达到一致。4~6.25 m/s为该自发电装置的自锁风速区间,在此风速范围内,自发电装置均能产生较大的电压。