沙粒粒径与含沙量对离心泵空化特性的影响

为了研究沙粒粒径与含沙量对离心泵空化特性的影响,对含沙条件下与清水介质下离心泵内部空化流场进行数值计算.所采用沙粒粒径分别为0.005、0.010、0.015 mm,含沙量分别为0.5%、1.0%、1.5%.通过对清水介质外特性与平头圆柱空化流动进行数值计算并与试验结果相对比,验证算法的可靠性.计算结果表明:含沙量为1.0%时,随粒径逐渐增大,沙粒对空化的影响表现为先促进、后抑制;沙粒粒径为0.010 mm时,随含沙量不断增多,沙粒对空化的影响表现为先促进、后抑制.高压条件下,清水介质中无空化泡产生,含沙水流中均有少量空化泡产生.空化充分发展时,与清水介质相比,含沙水中空化泡分布表现为先增大、后接近、再变小.在沙粒磨蚀与空蚀的共同作用下,含沙水流条件下的扬程均低于清水介质下的扬程,且分别随粒径、含沙量的增加,逐渐减小.     

泥沙矿物成分对混凝土材料磨蚀的影响

中国多沙河流居多,水流中泥沙是由不同矿物成分（石英,长石,白云石等）组成,含沙高速水流中泥沙矿物成分对泄洪建筑物混凝土材料磨蚀有何影响令人关注。该研究在自主研发的小型循环式水洞中,对不同含沙量的泥沙矿物成分进行试验研究,以揭示泥沙矿物成分对混凝土材料磨蚀破坏影响的机理。首先在循环式水洞内配制不同矿物成分（石英、长石、白云石、云母、辉石）、不同含沙量（S=2.5,12.0,20.0 kg/m³）的挟沙水流,利用压力数据采集系统（YE6263）实时采集空化区和磨蚀区压力;其次,试验采用强度相同的混凝土试件,在相同粒径、不同含沙量、不同矿物成分工况下,进行历时4 h的磨蚀试验,通过试件每小时的质量损失来表征磨蚀量。试验结果表明：在中值粒径为 0.150 mm,喉部流速为 38.6 m/s的条件下,随着矿物含沙量（2.5～20.0 kg/m³）的增加,空化区压力降低,磨蚀区压力升高,压力降、升幅度随矿物成分而异,空化磨蚀现象严重,试件累积磨蚀量与矿物含沙量呈线性相关。含沙量相同时,空化区测点压力随矿物摩氏（Mohs）硬度（2.5～7.0）的增大而降低,磨蚀区测点压力则随矿物硬度的增大而升高;混凝土试件配合比、龄期不变时,混凝土试件的磨蚀程度随矿物含沙量的增加而加剧,其磨蚀量增加一倍多,与矿物成分有关;当矿物硬度增加时,磨蚀程度也随之加剧,磨蚀量成倍增长。由此得出,泥沙矿物成分随其含沙量的增加和硬度的增大,对水流空化和混凝土磨蚀具有促进作用。该研究可为农业水利工程中泄洪建筑物（溢洪道、泄洪洞、消力池等）及渠系建筑物的设计和维护提供参考。     

颗粒参数对螺旋离心泵流场及过流部件磨损特性的影响

为了研究颗粒参数与螺旋离心泵过流部件表面磨损特性的影响,该文结合数值计算与试验方法,分别引入Mclaury和OKA 2种磨损预测模型对螺旋离心泵内固液两相流场进行求解,并将2种模型中所包含的关联因子函数进行了推导和分析,建立了颗粒参数与过流部件表面磨损的内在关联。结果表明:所采用的数值计算模型准确性较好,相对误差在可接受范围内;叶片工作面的磨损主要集中在叶片头部和螺旋段轮缘附近,叶片背面磨损主要发生在叶轮离心段,蜗壳内壁主要磨损区域为隔舌和靠近出口断面附近;颗粒粒径在0.05~0.16 mm范围内,粒径的增加促进磨损,而当粒径大于0.16 mm后,磨损增长放缓;颗粒体积分数在3%~6%范围内,颗粒体积分数的增加会加剧磨损,而从6%增加到7%时,隔舌处磨损持续增加,在周向角度为101°~326°的截面范围内,颗粒体积分数的增加会抑制蜗壳内壁磨损;颗粒速度与磨损呈正相关,且对磨损的影响较大,不同速度下蜗壳内壁各部位的磨损率变化趋势相近。在此基础上,给出了固液两相流泵水力设计和结构设计的优化方向,该文为提高两相流泵抗磨损性能提供了参考。     

叠片过滤器水头损失变化规律及杂质拦截特征

为避免叠片过滤器在工程应用中出现水头损失激增导致过滤器频繁冲洗造成水量和能量损耗现象,该研究对5种流速（0.37、0.40、0.43、0.46和0.49 m/s）、5种沙粒浓度（0.10、0.15、0.20、0.25和0.30 g/L）与5种沙粒级配的中值粒径（49、66、82、100和127 μm）条件下叠片过滤器的水力性能和过滤性能开展全试验。根据不同工况下过滤器的水头损失、拦沙量、拦截沙粒粒径以及拦截沙粒位置分布情况,利用回归分析法确定了清水和含沙水条件下水头损失的计算方法,探究不同沙粒粒径范围引起水头损失显著增加的敏感流速和水头损失变化原因,并分析叠片流道拦截沙粒粒径及拦截沙粒位置分布。结果表明：1）清水条件下过滤器局部水头损失系数为一定值,水头损失仅与有效过水面积有关,含沙水条件下水头损失与流速和沙粒浓度相关,并得出三者之间的关系,决定系数达到0.90以上;2）0～50、>50～75、>75～100、>100～125和>125～150 μm的沙粒粒径引起水头损失显著增加的敏感流速分别为0.37、0.40、0.43、0.46和0.49 m/s;3）水头损失和拦沙量的相关性较强,二者在沙粒粒径越大的含沙水下受流速的影响程度越小;4）0～65 μm的沙粒可穿出流道,>65～100 μm的沙粒能够被流道截留,叠片拦截最小沙粒粒径与流道最小截面内切圆直径关系为1∶1.8,>100～125 μm的沙粒易堆积流道进口处,>125～150 μm的沙粒无法进入叠片。研究可为不同灌溉参数设置下合理配置和使用叠片过滤器提供参考。     

铸铁、铸钢激光表面改性材料及工艺研究

磨损、空蚀是农机具及泵装置使用中安全可靠性的主要问题。由于磨损、空蚀的侵蚀、剥蚀，不仅造成了农机具及水泵部件的破坏，还引起工作能力的恶化。该文在氧乙炔合金粉末喷焊研究的基础上，利用2 kW-CO₂连续横流激光器，采用Ni基合金粉末，在铸铁和铸钢部件上进行了激光表面改性试验研究。并采用磁致伸缩仪对试样的抗磨蚀能力进行了测试。试验结果证实，经过激光表面改性处理试样，不仅热变形极小而且抗磨损、空蚀能力大幅度提高。     

风成沙粒度特征对其风蚀可蚀性的影响

风成沙广泛分布于我国干旱与半干旱地区,是我国风蚀与风沙活动的主要载体,风洞模拟实验发现,风成沙的风蚀可蚀性随粒度的变化服从分段函数,0.09mm粒径者最被风蚀,风成沙颗粒按可蚀性可以分为3种类型,＞9.7mm和＜0.05mm为难蚀颗粒,0.7=0.4mm,0.075-0.05mm为较难蚀颗粒,0.4-0.075mm为易蚀颗粒,在相当粒径的条件下,混合沙粒度较均粒径者易内蚀,风成沙的风蚀强度与帝际作用风速／起动风速之比密切相关,可表达为：E＝A＋B×EXP[－C×V／Vt)],其中E脒风蚀率,V为实际作用风速,Vt为起动风速,A,B,C为回归常数。     

模拟降雨条件下塿土的溅蚀特征试验研究

溅蚀在破坏土壤表层结构的同时为后续侵蚀提供丰富材料,以黄土高原典型土壤塿土为试验用土,通过模拟降雨试验,根据溅蚀速率、溅蚀前后土壤颗粒组成及表面强度变化指标,系统研究塿土的溅蚀特征。结果表明,溅蚀速率随降雨历时呈现幂函数变化,分为迅速降低、缓慢降低、趋于稳定3个阶段。土盘表面松散颗粒及利于溅蚀的粒级范围内颗粒的消耗、团聚体破碎及超渗产生的水层消耗雨滴能量、结皮的形成和发育分别是3个阶段的主要影响因素。在90mm/h的雨强下,塿土颗粒富集与耗损的临界粒径是0.05mm,雨滴打击分离粒级0.05mm颗粒,富集迁移粒级0.05mm颗粒。当含水率相等时,降雨历时越长贯入深度越浅。塿土表面强度随降雨历时增加,0~30min是塿土结皮形成的关键时期。塿土溅蚀过程是表土颗粒组成不断变化和表面强度逐渐完善的过程。     

水轮机活动导叶端面间隙磨蚀形态演变预测

恒定边界条件下的磨蚀预测方法不能反映过流壁面磨蚀后流体动力学参数的变化,导致现有的磨蚀预测结果很难与实际一致。该文基于磨蚀微分求积的思想,构造了主要磨蚀壁面几何形态的近似表达,通过RNG k-ε湍流模型和离散相模型(discrete phase model,DPM),对水轮机活动导叶端面间隙挟沙水流进行了非定常数值计算,得到了不同磨蚀阶段主要磨蚀面的平均磨损率分布,建立了过流壁面磨蚀深度变化量关于平均磨损率和磨蚀时间的数学模型和近似求解方法,预测了过流壁面的渐变磨蚀形态,分析了导叶端面和台阶面磨蚀形态逆流向演变的流动机理。数值预测结果与机组实际运行时间对应磨蚀面的磨蚀深度基本一致,平均误差在10.2%以内,验证了该预测方法的有效性。该研究可为流体机械的磨蚀预测提供参考。     

风力侵蚀及其防治措施

风力侵蚀一般分为沙粒起动、运移和沉落三个过程。床面沙粒的起动与风速、颗粒大小及团聚性有关;运移与沙粒粒径、颗粒级配、风力及气流厚度有关;沉落主要受植被、风障和降雨的影响。在风力作用下,沙粒运移方式主要表现为悬移、跃移和表面蠕移,其中跃移是沙粒运动的主体。跃移运动一般发生在地表附近。风力侵蚀量的大小主要与土壤可蚀性、气候、地表糙度、地块长度及植被覆盖度等因子有关。防治风力侵蚀应从减少风的动力和增大地表阻力两方面考虑,前者主要指减弱地表风速,后者指改善表土条件,防治措施包括生物措施、耕作措施和机械措施等。     

太子河辽阳段漫滩泥沙运移机制研究

对太子河辽阳段漫滩泥沙运移机制进行研究.结果表明:干沙的粒径与起沙风速存在线性关系;一定沙粒粒径条件下,风速与风蚀量呈线性关系;沙粒粒径小于0.5 mm时随风速的变化,风蚀量存在突然增大的转折点,转折风速达到8m/s.     

提高耐磨与破碎性的仿生凹坑形磨辊设计与试验

为了提高水泥辊压机磨辊的耐磨性与破碎性,以仿生非光滑理论为指导,在磨辊表面设计并加工出具有不同直径、不同深度、不同轴向间距及周向个数的仿生凹坑形结构,根据正交表编制试验方案并对磨辊进行磨损及破碎性试验。试验结果表明,仿生凹坑形结构可以有效提高磨辊的耐磨性与破碎性。相对于标准磨辊,其耐磨性最大提高29.06%,破碎性最大提高18.7%。当仿生磨辊的凹坑直径为8 mm、凹坑深度为2 mm、轴向凹坑间距为16 mm、周向凹坑个数为12时,是兼具耐磨性及破碎性的最优辊。通过有限元方法对磨辊所受应力进行分析时发现,合理的仿生凹坑形结构可以优化磨辊表层受力,减少磨辊磨损;磨辊挤压石英砂破碎时受到的最大挤压力是影响其破碎性的重要因素。通过单颗粒石英砂破碎试验可知,仿生凹坑形结构减少了石英砂对其表面的刻划,分散了石英砂对其表面的挤压力,提高了磨辊的耐磨性及破碎性。     

不同模拟糙度集中水流内红壤团聚体剥蚀特征研究

研究了5种模拟糙度和6种不同冲刷距离组合下3种粒径的红壤团聚体在集中水流内的剥蚀破坏规律,分析了糙度、运移距离以及相关水力学参数对团聚体剥蚀破坏的影响。结果表明,在相同运移距离条件下,随粒径和糙度的增加团聚体剥蚀破坏程度呈增加趋势,与粒径相比,糙度对剥蚀破坏程度的影响更大。相同模拟糙度下,随着运移距离的增加,剥蚀率均呈抛物线形先增大后减小的趋势;各运移距离下,7~5 mm粒径团聚体的剥蚀率随糙度的增加而增加;5~3 mm和3~1 mm粒径团聚体在各运移距离内随糙度的增加变化规律不一致。在不同糙度情况下,以运移距离等于36 m为例,团聚体与原始团聚体质量比(Wr/Wi)随径流水深、阻力系数、水流剪切力的增加均呈幂函数减小之后趋于平缓的趋势。该结果为研究红壤团聚体破碎理论机制提供了参考,对于完善土壤侵蚀过程模型,具有重要的理论意义。     

固体颗粒对扇形雾喷头的冲蚀磨损分析

由于冲蚀磨损对喷雾质量产生影响,造成喷头磨损失效。通过对扇形雾喷头球头处固体颗粒的运动状态、边界层上颗粒受力、运动速度和攻角的分析,解释了扇形雾喷头的冲蚀磨损机理。并建立了扇形雾喷头球头处材料流失体积与攻角的关系式。结果表明,在扇形雾喷头处,当固体颗粒冲击位置的轴向尺寸小于其轴向临界尺寸时,攻角随轴向尺寸的增加而增大;反之,攻角随轴向尺寸的增加而减小。分析发现,扇形雾喷头喷口处磨损程度随喷头内表面轴向尺寸的增加而增加。在扇形雾喷头喷口短轴处,轴向尺寸最大,固体颗粒的攻角最小,磨损最严重。并通过喷头冲蚀磨损试验,试验结果与理论分析一致。该文对分析喷头磨损规律,计算磨损率和磨损失效预测提供了基础依据。     

仿生布利冈结构农机耐磨触土部件设计与试验

针对农机触土部件易磨损失效这一难题，该研究设计了一种仿生布利冈结构件，并对其磨损特性进行评价，进一步探索耐磨机理。以布利冈结构的结构单元直径、层间螺旋角度、层间重叠间距3个因素设为自变量，以磨损量为响应值，在EDEM中进行仿真磨损试验，根据自变量与响应值之间的关系，优化布利冈结构的组成参数，得到最优的组成参数为：结构单元直径1.0mm、层间螺旋角度16°、层间重叠间距0.13mm，在此参数下经仿真磨损试验得到布利冈结构件的磨损量为2.13×10^-6g。对光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的耐磨效果，进行仿真磨损对比试验，结果表明，布利冈结构件较单层棱纹件磨损量减少了90.6%，较光滑件减少了92.2%。运用离散元法(digital elevation model, DEM)与有限单元法(finite element method, FEM)联合仿真，得到样件内部形变和应变，光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的平均变形量分别为1.62×10^-9、7.97×10^-9和1.82×10^-8 mm；平均等效应力为...     

不同耕作模式下坡耕地次降雨径流量及径流泥沙颗粒机械组成规律

为确定坡耕地在不同耕作模式下,次降雨坡面径流量及径流泥沙中土壤颗粒机械组成规律,在天然降雨条件下,采用10°坡耕地,顺垄、横垄、免耕、秸秆覆盖耕作模式组合试验。结果表明:不同耕作模式试验小区的次降雨径流量顺序为裸地(LD)>顺垄传统耕作(Ts)>顺垄免耕(NTs)>顺垄免耕秸秆覆盖(NTSs)>横垄传统耕作(Th)>横垄免耕(NTh)>横垄免耕秸秆覆盖(NTSh);不同耕作模式下,坡面流失的泥沙颗粒机械组成均不同,其中LD流失的沙粒含量最多,Ts流失的粉粒含量最少,NTSh流失的粘粒含量最多;不同耕作模式,坡面流失土壤颗粒级配较均匀地为LD、NTs、Th、NTh;不同耕作模式产生的地表径流中,粒径在0.25～0.06mm的土壤流失量最多,当粒组的范围>0.06mm时,各粒组不同处理方式的土壤流失量顺序均为NTSh相似文献   

沙柳沙障对沙丘土壤颗粒粒径及分形维数的影响

统计分析了库布齐沙漠流动沙丘、设置沙柳活沙障和死沙障沙丘的土壤颗粒粒径分布、分形维数及其与土壤砂粒(>0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 mm)和黏粒(<0.002 mm)含量的关系。结果表明:与流动沙丘相比,设置沙障沙丘的粉粒和黏粒含量增加,且随着土层的加深而表现为下降趋势,不同部位则均呈沙丘下部>上部>中部的趋势。土壤颗粒分形维数因设置沙障而呈增大趋势,且表现为活沙障沙丘>死沙障沙丘>流动沙丘;垂直分布上,设置沙障沙丘的土壤分形维数随土层加深而逐渐减小,而流动沙丘表现为表层与下层大而中层小的特征,沙丘不同部位的分形维数则均表现为沙丘下部>上部>中部。土壤颗粒分形维数大小与土壤质地的细粒化有一致的变化趋势,且与砂粒含量呈极显著负相关关系,而与黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关关系。<0.05 mm粒径物质含量的增加和>0.05 mm粒径物质含量的降低共同导致了土壤颗粒分形维数在设置沙障后的增大。     

生物质制粒机环模的磨损机理分析

环模是制粒机的核心部件,目前存在磨损快、寿命短等问题。该文对X46Cr13钢环模进行600 h实际生产状态下的磨损试验;对环模内壁和模孔内壁的磨损量与表面硬度进行测量;对磨损面进行表观形貌和微观磨损形貌观察;从宏观和微观角度对磨损机理进行分析,旨在通过研究环模磨损机理与磨损分布规律,对环模改进提出建议。结果表明：不同磨损位置起主导作用的磨损机制有所不同;环模内壁磨损十分严重,磨损机理为以微切削作用为主的磨粒磨损和疲劳磨损交互作用;模孔内壁磨损量较小,模孔入口附近以磨粒磨损为主,出口附近则以疲劳磨损为主,从模孔入口到出口磨损量呈指数形式逐渐减小,磨损由磨粒磨损为主逐渐向疲劳磨损为主过渡。研究结果可为改善环模耐磨性能和延长使用寿命提供参考。     

Simulation of in-situ bioremediation of phenol contaminated sandy aquifers 2. Effect of phenol concentration

Hydraulic conductivity reduction caused by enhanced biological growth in sand was investigated. Studies were conducted using columns packed with three different sand sizes of 0.2, 0.3, and 0.4 mm. Phenol was used as a growth substrate at 15, 50, and 100 mg/L. Variations in piezometric head, substrate concentration, and biomass measured as volatile solids, were monitored in space and time. Reductions in hydraulic conductivity due to microbial growth were found to be 72% for the 0.4 mm, 82% for the 0.3 mm, and 86% for the 0.2 mm sand at phenol concentration of 15 mg/L. Similarly of 50 mg/L, the reductions were 94% for 0.4 mm sand, and 96% for 0.3 mm sand. Finally, at 100 mg/L, the reductions were 96% for 0.3 mm, and 98% for 0.2 mm sand. Phenol removal efficiencies varied from 88% to 94% depending on influent concentration and sand size. Hydraulic conductivity reduction correlated with average biomass density when biofilm density is high and was adversely affected by reduction in specific surface area. Anaerobic biofilms developed at phenol concentrations of 50 and 100 mg/L markedly reduced hydraulic conductivities of all three sand sizes by virtue of their gaseous biodegradation end products. At phenol concentrations of 50 and 100 mg/L hydraulic conductivity correlated with biomass densities per unit mass of sand and was less affected by biofilm thickness and specific surface area.