多因素耦合的光伏水泵提水系统配置优化方法

为探究提水效率影响因素及系统配置对光伏水泵提水系统性能影响,该研究利用光伏水泵循环提水系统,探究不同辐照强度、阀门开度、提水高度下光伏组件利用效率、水泵运行效率、管路效率变化规律,并构建系统流量计算模型,根据该模型计算各个区间的提水量占比及不同提水高度下提水系统的参数,根据该系统整体效率和太阳能利用率确定最优提水高度;在此基础上,通过增加光伏组件面积及蓄水池数量降低提水系统提水成本及提高太阳能利用率,并确定提水成本最低时光伏组件面积和蓄水池数量。研究结果表明：确定光伏组件利用效率随辐照强度变化关系及水泵高效率运行区间,并确定光伏水泵最优提水高度为20 m,太阳能利用率为64.05%,整体利用效率为4.521%,提水成本为0.151元/m³;在最优提水高度的基础上,讨论了增加光伏板面积及蓄水池数量对太阳能利用率与提水成本的影响,当提水成本最低时,光伏板面积为3.71 m²,成本为0.143元/m3,太阳能利用率为90.83%;蓄水池数量为4个,成本为0.145元/m³,太阳能利用率为94.62%,表明增加光伏板面积和蓄水池...     

太阳能光伏环路热管热水系统光电光热性能试验

为减少建筑热水能耗,该文研究了一种新型太阳能光伏环路热管热水系统。该系统将太阳能光伏光热利用与环路热管有机结合,并以电加热为辅助热源制备生活热水。搭建了室外测试平台,对该系统进行了典型工况及全天性能的测试研究,分析了循环工质充注量对系统性能的影响。结果显示,系统在环路热管运行模式下,夏季工况的光热效率和综合能源效率最高,日平均值分别为62.1%和68.1%;冬季工况的光电效率和综合?效率最高,日平均值分别为13.7%和10.9%。整套系统的综合能源效率和综合?效率略高于环路热管模式。30%充注量的工况更有利于系统光热效率和光电光热综合能源效率的提高,40%充注量的工况则有利于系统光电光热综合?效率的提高。该研究表明太阳能光伏环路热管热水系统在寒冷地区运行性能良好,为系统工质充注量的选择提供了参考依据。     

基于变工况运行的泵能耗指标计算方法

为了对变工况运行水泵的能耗进行合理的评价,根据水泵性能曲线和流量随时间变化规律,在三维空间建立了水泵运行状态体系。通过功率对时间进行积分求得水泵在某时段的电能,通过二重积分计算水泵在该时段的提水量与扬程之积,进而提出了一种变工况条件下水泵能耗指标的计算模型,解决了现有水泵能耗指标计算方法的局限性。以某泵站水泵运行数据为实例,运用新的能耗指标计算方法进行了计算,证明该计算方法能够对变工况下运行的水泵能耗进行合理的计算。     

追日式草莓立体栽培架改善光温环境提高草莓产量

为解决草莓多层立体栽培中同一栽培架上位层对下位层的遮光问题,将固定式A字型栽培架在添加转动和控制部件后,使其以"追日"的方式运动,实现栽培架行向与太阳光照射方向平行,最大限度地利用直射光。试验测试并比较了3层追日式与固定式栽培架上草莓冠层光环境、根际以及冠层温度环境、草莓产量。结果表明:冬季3个月内(2015年11月8日立冬至2016年2月4日立春),追日式栽培架上、中、下层与固定式相应位置光合有效光量子流密度(photosynthetic photon flux density,PPFD)日累积量平均值相比,东侧分别高28.0%、79.3%、38.6%,西侧分别高30.1%、41.0%、18.2%。追日式栽培架西侧上、中、下层根际达到根系最适生长温度15~20℃的时间分别比固定式相应位置长60、40、120 min;相应地,前者冠层温度2016年1月19日晴天低于5℃的时间分别比后者短130、170、230 min。追日式栽培架东侧和西侧上、中、下草莓单株产量分别高于固定式栽培架相应位置,在试验时间内追日式栽培架的总产量比固定式栽培架高214.8 kg/667 m2。因此,追日式栽培系统可有效地改善冠层光温环境,提高作物产量和效益。     

太阳能园艺拖拉机驱动系统匹配设计与性能分析

针对太阳能园艺拖拉机驱动系统的独特需求,提出了一种太阳能园艺拖拉机驱动系统匹配设计方法,包括总体方案设计和主要参数的理论计算,并提出以全天累计作业时间为太阳能拖拉机作业能力评价指标,结合南京地区气象逐时变化,预测晴朗天气下所选用的光伏电池不同季节日发电量。以所设计太阳能园艺拖拉机为例,得到不同作业工况下拖拉机行驶速度与全天累计作业时间的关系,随着作业速度的提高,全天累计作业时间呈缩短的趋势;相同工况下,夏季全天累计作业时间长于冬季;速度为3 km/h时,有太阳能时拖拉机水平割草作业与坡道割草作业的全天累计作业时间均为无太阳能时的1.5倍。研究表明光伏电池作为园艺拖拉机能源是可行的,能够满足园艺作业的需求。以上研究结果可用于太阳能园艺拖拉机驱动系统方案设计和优化,为太阳能园艺拖拉机的发展提供依据。     

氮肥深追可提高玉米对15N的吸收、分配及利用

【目的】 利用15N示踪技术,探索不同追氮方式下玉米植株各组织器官氮素吸收、分配及氮素利用率的情况,为指导寒地玉米高产、高效施肥技术提供理论依据。 【方法】 试验以玉米品种德美亚3号为试验材料,设置不施氮肥（N0）、浅追施一次（S1）、深追施一次（D1）和深追施二次（D2）4个处理。分析了玉米氮素吸收、分配和利用特性,以及肥料贡献和残留。 【结果】 氮肥深追施处理玉米不同器官干物质积累量高于浅追,深追二次又显著高于一次（P < 0.05）;除茎外,深追二次玉米各器官氮素含量均显著高于其它处理（P < 0.05）;氮肥深追玉米各器官氮素积累量高于浅追,除茎和轴差异不显著外,根、叶和籽粒氮素积累量差异显著（P < 0.05）;深追处理15N标记氮素含量显著高于浅追（P < 0.05）,除穗轴外,其它器官间差异达到显著水平（P < 0.05）;氮素深追15N在玉米根和籽粒分配率高于浅追,在叶和轴内的分配率相反;深追一次15N在茎中的分配率高于浅追,深追二次则低于浅追。氮肥深追与浅追相比,氮素利用率分别显著提高了26.0%和14.1%（P < 0.05）;氮肥深追二次与一次相比差异也显著（P < 0.05）;土壤15N残留率深追二次和一次处理分别比浅追一次降低2.1%（P < 0.05）和1.2%,氮素损失率分别减少了23.9%和12.9%（P < 0.05）,肥料氮素贡献率深追二次和一次分别提高了3.6%（P < 0.05）和0.6%。 【结论】 氮肥深追可有效提高玉米的干物质积累、氮素吸收、分配及氮素利用率,降低土壤氮素残留率,提高氮肥的贡献率,且氮肥深追二次好于一次深追。     

追氮方式对寒地玉米干物质积累、转运及氮肥利用率的影响

为了探讨寒地玉米最佳追氮方式,通过大田试验,在追氮总量115 kg hm-2不变条件下,测定玉米主要生育时期根、茎、叶干物质量;氮肥偏生产力、农学效率及氮肥利用率,分析不同追氮方式[不施肥(CK);不施氮肥(PK);基肥+追肥浅追一次(NPK+SD1);基肥+追肥深追一次(NPK+DD1);基肥+追肥深追二次(NPK+DD2)]对寒地玉米干物质积累、转运及氮肥不同利用率的影响。结果表明,灌浆期茎干物质达到最大值,较CK和PK分别提高43.42%~59.40%(P0.1)和23.12%~36.84%(P0.1);吐丝期叶干物质量达到最大值,较CK和PK分别提高33.31%~47.14%(P0.1)和25.88%~36.96%(P0.1)。不同追氮方式提高了寒地玉米茎、叶转运量、转运率及对籽粒总贡献率,且氮肥深追较浅追茎运转率提高4.3%~5.61%(P0.5),对籽粒贡献率提高1.49%~2.04%(P0.1);叶运转率提高3.75%~4.18%(P0.5),对籽粒贡献率提高0.98%~1.09%(P0.5)。较CK和PK产量分别提高78.0%~99.7%(P0.1)和54.4%~73.2%(P0.1),且氮肥深追较氮肥浅追产量提高8.76%~12.2%,以氮肥深追二次产量最高。氮肥深追较氮肥浅追偏生产力提高5.8~8.0 kg kg-1(P0.5),农学效率提高5.8~8.0 kg kg-1(P0.5),利用率提高了8.3%~10.7%(P0.1)。综合看来,氮肥深追一次、氮肥深追二次有利于寒地玉米茎、叶干物质积累、运转及对籽粒贡献率,提高氮肥不同利用率,从而提高产量,且氮肥深追好于氮肥浅追,以氮肥深追二次效果最好。     

被动调节模式环路热管型光伏光热系统性能分析

针对环路热管型太阳能光伏光热系统冬、夏季运行中的不利工况,该研究提出将空调排风引导至集热/蒸发器空气夹层的被动式调节方法,以进一步提升系统的太阳能利用效率。基于质量、动量和能量守恒定律,借助ANSYS Fluent软件建立了被动式调节模式下集热/蒸发器的数学模型,模拟分析了该调节方法对热管循环启动和系统性能的影响,通过室外试验验证了模型的准确性。研究结果表明,夏季工况,采用低档风速调节更有利于维持热管运行,而高档风速则更利于光电效率的提升;与调节前的系统相比,高、中、低档风速作用下的日均光电效率分别提高了8.4%、5.7%和3.5%,日发电量增加了8.0%,5.3%和3.5%。对不同调节策略的研究表明,第一阶段采用低档风速的运行策略可最大程度提升太阳能光热利用,同时保证较优的光电效率。冬季工况下,所提调节方法可有效缩短热管循环的启动时间,日出半小时内的有效集热量增加375.7%。因此,该调节方法对2种不利工况均有一定程度改善,调节策略对系统性能影响较大,应根据用户负荷需求进行选择与优化。     

基于试验-整数规划方法的泵站多机组变速优化

以国家南水北调东线源头泵站江都四站为例,进行泵站多机组变速优化运行探讨。提出了考虑峰谷电价、长江潮汐变化的站内多机组日变速优化运行非线性模型：在水泵设计叶片安放角不变的情况下,以站内机组耗电费用最少为目标函数,时段为阶段变量,水泵转速、开机机组台数为决策变量,日提水量为约束条件。提出了各阶段水泵转速试验选优、机组开机台数线性整数规划优化的方法对模型进行求解。优化运行结果表明：考虑峰谷电价,日均扬程7.8～3.8m,与额定运行相比,100%负荷运行时,单位提水费用节省介于-3.58%～-2.14%之间,说明在此条件下,变速优化运行效果不足以抵消变频器损耗,80%、60%负荷运行时,单位提水费用节省分别介于11.38～15.71%、24.79～29.17%之间,优化效果明显;不考虑峰谷电价,日均扬程7.8～3.8m,与额定运行相比,只有在日均扬程较低、提水负荷较小（5.8m,60%负荷;4.8m、3.8m,80%、60%负荷）时,变速优化具有一定的效益,在其余日均扬程、提水负荷条件下,变速优化运行效果均不足以抵消变频器损耗。为受潮汐影响的大型泵站多机组变速优化运行提供了新的思路。     

基于太阳能的微灌系统恒压供水自动控制装置研制

微灌系统入口水压的稳定性影响着微灌的均匀性以及自动混肥装置的混肥精度。为采用自流滴灌的中小规模灌溉管网提供恒定的入口水压,采用太阳能供电驱动隔膜泵DP-60提水的方式,研制了一个恒压供水自动控制装置。该装置利用液位传感器YZ-YO-LAG1在线检测建设于高处的蓄水池的水位,根据水位信息控制DP-60提水至蓄水中,并使其水位在滴灌过程中维持于某一固定高度来实现恒压供水。蓄水池的水位检测信息及DP-60的启停通过无线通信模块CC1100进行无线传输和控制。通过光伏容量设计,确定了太阳能电池板的功率为60W、蓄电池的容量为60A·h。为最大程度利用太阳能,通过试验标定了太阳能板输出功率与太阳辐射传感器TSL230输出频率的关系,并根据太阳能板实际输出功率和蓄电池荷电状态,自动选择直接以太阳能板或蓄电池为DP-60供电。在测试DP-60性能以及无线通信可靠性的基础上,对装置进行了6个多月的实际应用试验,装置运行稳定,且在整个滴灌过程中蓄水池的水位误差小于1cm。     

大型低扬程泵装置优化设计与试验

为了对配置肘形进水流道和虹吸式出水流道的立式泵装置进行深入的研究,得到一种高效的立式泵装置,在肘形进水流道和虹吸出水流道型线数学模型基础上,开发了基于流道设计参数的优化设计软件,能快速进行流道型线的绘制,使流道的型线自动符合一维流速渐变的原则,并对虹吸出水流道的最优驼峰位置进行了理论分析。结合计算流体动力学技术,对待建的某大型低扬程泵站进行了肘形进水流道和虹吸出水流道的优化设计,得到了水力性能优良的进出水流道型线方案。根据泵装置水力模型比选试验,优选出了效率高、高效运行范围宽、无不稳定运行区、汽蚀性能好的高比转数导叶式混流泵211-80模型,在配置优化了的进出水流道的基础上使泵装置在扬程 5.4 m时模型装置效率达到了79.62%。该泵装置的优化设计方法与试验结果对相同装置型式的大型低扬程泵站建设具有重要的参考价值。     

菲涅尔高倍聚光PV/T系统热电输出性能模拟与试验

该文基于直通式微通道冷却的菲涅尔高倍聚光PV/T系统热电输出性能的仿真和试验进行研究,结果表明,太阳辐照度、聚光元件间的装配距离、入射角及热对流等对系统热电性能的影响较大;太阳直接辐照度为226 W/m2时,菲涅尔透镜与聚光元件间距离增大2 mm后,功率和电效率分别下降0.98 W和7.4%,对于确定的菲涅尔高倍聚光PV/T系统,存在最佳聚光元件装配参数范围;当太阳直接辐照度一定时,冷却工质流量越大,电池表面温度下降越快,但在较高流量时,随着流量持续增大,电池表面温度下降趋势减小;当入射角由0°增大至1°后,系统得热量下降0.25 MJ,在太阳辐照度达到500 W/m2时,输出功率下降6.35 W;试验系统输出性能稳定,且适用于大型系统,该文研究为系统实际运行参数调控提供理论和试验依据。     

叶轮中心淹没深度对特低扬程下立式泵装置流道水力性能的影响

为提高特低扬程泵站立式轴流泵装置的水力性能,该研究对叶轮直径为3.0、2.5、2.0、1.5 m的立式轴流泵装置在不同叶轮中心淹没深度下的进、出水流道流场分别进行了三维湍流流动数值计算,并对流道流场和水头损失进行了分析比较;对某特低扬程泵站在叶轮中心淹没深度为3.08、2.38、1.68 m下的立式轴流泵装置水力性能分别进行了数值计算及比较,并进行了泵装置模型试验验证。研究结果表明：叶轮中心淹没深度对肘形进水流道的水流流态及水头损失的影响很小,但对虹吸式出水流道的流态和水头损失影响较大;随着叶轮中心淹没深度的增大,虹吸式出水流道内的流态逐渐改善,流道水头损失基本呈下降趋势,泵装置效率逐渐增大,特低扬程工况下泵装置模型试验最优工况点的效率达75.92%,泵装置能量性能数值模拟结果与模型试验结果基本一致。研究结果可为特低扬程泵站采用立式泵装置的设计提供一定参考依据。     

太阳能光伏暗管排水系统能力提升

针对现有太阳能光伏暗管排水系统排水能力不足的问题,该研究以宁夏银北灌区平罗县六中乡太阳能光伏暗管排水系统为例,通过该系统控制区域排水量、集水井和排水沟水位、地下水位埋深等的试验监测,分析了现状系统排水能力和虹吸辅助排水的可行性,计算了虹吸辅助排水能力,探讨了该系统排水能力提高方法.结果表明,现有太阳能光伏暗管排水系统排...     

基于导流方法的真空吸鱼泵改进与试验

针对真空吸鱼泵起捕过程中存在鱼体损伤和起捕效率低的问题，该研究对集鱼罐的结构和吸鱼泵的工作方式进行改进。进鱼管穿过集鱼罐底进入集鱼罐内部，在进鱼管的顶部设置倒置的喇叭状导流结构，起捕时，鱼水混合物进入集鱼罐后分离，鱼留在集鱼罐内，水被排出集鱼罐。以鱼水比1:1时的数据做比较基准，当鱼水比分别为1:2、1:3、1:4、1:5时，经计算，输送相同质量的鱼，改进吸鱼泵用时比真空吸鱼泵分别减少20.4%、30.6%、36.8%和40.8%。开展真空吸鱼泵和改进吸鱼泵吸水过程的数值模拟分析并进行试验验证。结果表明，与真空吸鱼泵样机相比，改进吸鱼泵的集鱼罐内涡流不明显，输送能力不随鱼的提升高度而变化；改进吸鱼泵的输鱼友好性更强，鱼体无损伤。研究结果可为大型鱼类起捕装置设计提供理论依据和参考。     

圆锥形顶太阳能蓄热水箱锥顶结构及运行参数优化

为获得顶部为圆锥形结构的太阳能蓄热水箱最优锥顶结构及运行参数,对水箱在有内置隔板情况下的10种锥顶结构进行了数值设计,结果表明:在给定流动参数条件下,锥顶角在173.1°~118.1°间变化对水箱内热分层影响效果相当,高温热水区域范围略有增大;对于锥顶高度为0.09 m、锥顶角为159.6°的最佳结构水箱,水箱出口附近高温热水区域范围随冷水入口流速增大逐渐缩小、随热水入口温度提高而增大,但提高热水入口温度对于高温热水区域范围的增大程度在较高冷水入口流速时要小于较低冷水入口流速时的情况;在其他流体参数不变的情况下,冷热水出口温差随冷水入口流速增大呈上升趋势,但当冷水入口流速增大到一定值时其对增大冷热水出口温差的贡献趋于平缓;在冷水入口流速较小时提高热水入口温度对于增大冷热水出口温差的贡献要略大于冷水入口流速较大时的情况。热水入口温度为333 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.9 m/s组合而成的工况以及热水入口温度为343 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.9 m/s组合而成的工况适合于"小流量大温差"的热用户运行模式;热水入口温度为333 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.1 m/s组合而成的工况以及热水入口温度为343 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.1 m/s组合而成的工况适合于热用户对热水供应量需求较大的情况。     

太阳能蓄热水箱运行工况优化

为寻求适应乌鲁木齐地区太阳能资源实际情况的最优蓄热水箱结构并确定不同时段的最佳运行工况,该研究对25种不同工况下太阳能蓄热水箱内的流动与传热过程进行数值分析。结果表明:球顶结构的水箱热分层效果最好,平顶结构的水箱热分层效果最差。在11:30、13:00、15:00、16:20和18:00,冷水入口流速0.42、0.42、0.1、0.18和0.26 m/s时,球顶结构的蓄热水箱无量纲[火用]值最小,分别为0.879、0.873、0.879、0.881和0.874,水箱的热分层效果最好。以蓄热水箱的瞬时换热效率作为评价指标,对考察的5个时刻,球顶结构的水箱的瞬时换热效率均在冷水入口流速0.1 m/s时达到最大值,蓄热效率最高。如果只采用蓄热水箱供暖,水箱的冷水入口流速下限值为0.26 m/s;对于冷水入口流速低于0.26 m/s的工况,可采用水箱并联或者水箱与电加热锅炉联合运行模式。研究结果可为不同气候条件下太阳能热水利用系统的优化运行提供参考。     

基于PIV技术的圆形循环水养殖池流场

为研究进水管的设置距离和角度对双管进水式圆形循环水养殖池水动力特性的影响,该研究通过模型试验的方法,利用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）测量了不同进水管设置方式下养殖池内的流场。试验设计了3组进水管距池壁距离（进水管与池壁的最近距离,即进水管设置距离d）,每组距离工况下设计了8组进水角度（出水方向与养殖池切线形成的锐角,即进水管设置角度α）。利用PIV技术测量了不同工况下距离池底1 cm水层的流场,从水动力特征量（平均流速vavg和速度均匀系数U）分析进水管设置方式对养殖池水动力特性的影响。试验结果表明进水管设置方式明显影响养殖池的水动力特性：d=0时,随着α的增加,平均流速整体呈现先增大后下降的规律,在α=45°时取得最大值,但流场均匀系数随角度的增加而逐渐增加;d=1/4 r（r为养殖池半径）时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数都先缓慢增加然后再下降,分别在α=40°和30°时取得最大值;d=1/2 r时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数整体都呈现逐渐下降的趋势。综合比较24个试验工况的平均流速vavg和速度均匀系数U,建议将进水管设置为d=1/4 r,α=30°～40°,以期使养殖池内水动力特征有利于固体颗粒物的运动汇集,提升养殖池的集排污能力。本文研究成果可以为工厂化循环水圆形养殖池进水管设置方式提供参考。     

Measurement of suspended sediment for model experiments using general-purpose optical sensors

A specialized measurement system for measuring suspended sediment concentration in model experiments was developed; it utilizes general-purpose optical sensors to perform measurements. A photoelectric sensor was used for measuring the transmitted light, and a fiber optic sensor was used for measuring the backscattered light. The values of the light absorbance and intensity of backscattered light for turbid standard solutions measured with these sensors show a linear relationship with the turbidity. The calibration lines for sand particles with a large settling velocity were established by using a calibration tank containing upwelling water. The vertical profiles of the sediment concentration measured with the photoelectric sensor corresponded well to those of the sediment concentration measured with a water sampler in an artificial channel. This result suggests that the measurement system using a photoelectric sensor functions satisfactorily. The sediment concentrations measured using the fiber optic sensor correlate well with the concentrations measured through siphon sampling; however, the values measured with the fiber optic sensor are approximately 25% larger than those measured with the siphon. This disagreement may result from the differences in the optical conditions between the calibration tank and the actual channel. Thus, it may be possible to utilize fiber optic sensors calibrated on the basis of siphon sampling for the measurement of sediment concentration.