基于重叠网格的水轮机导叶尾流水动力特性数值研究

为研究水轮机导叶运动对水轮机暂态过程中叶栅流场的流固耦合动态特性影响,基于二维时均瞬态N-S方程和标准k-ε湍流模型,分别应用ANSYS FLUENT软件中的重叠网格方法和动网格方法,对高雷诺数下槽道内水轮机单个导叶在均匀来流条件下模拟水流绕流翼型叶片的导叶匀速关闭运动过程.结果表明:2种方法得到的关闭过程中叶后不均匀流场动态水力特性呈现出强非线性,导叶的升力系数、阻力系数随时间的变化规律较为吻合,槽道内各典型时刻的流场压力、尾涡结构、湍流强度分布特征也基本一致.但重叠网格方法的网格数量约为动网格方法的1/3,计算耗时约为动网格方法的1/4,说明重叠网格方法在计算效率方面具有比动网格方法更好的优越性.研究表明2种方法都可较好地模拟导叶动态绕流问题,但对某些复杂非线性动边界流固耦合问题进行非定常流模拟时可以优先选择重叠网格方法,2种方法都具有较高工程应用价值.     

农业工程领域颗粒运动研究综述

现代农业装备的作业对象或工作介质经常涉及到离散颗粒体或颗粒群,对相关颗粒体或颗粒群的运动研究往往涉及到颗粒碰撞、流固耦合等具体细分研究领域,其研究方式、研究手段和研究结果对现代农业工程领域相关研究工作的重要性愈加显著.本文首先对农业工程领域颗粒运动的研究手段与方法从理论分析、数值模拟和实测试验3个方面分别进行了分析和归纳,然后对国内农业工程领域各典型农业装备所涉及的颗粒运动研究现状和国外本领域的研究概况分别进行了综述,并提出了农业工程领域颗粒运动研究的未来发展趋势.     

风作用甘蔗的动力学仿真模型

针对目前台风作用甘蔗动力学仿真研究中,风作用甘蔗的动力学仿真研究匮乏的问题,对甘蔗进行简化研究,利用测定的几何参数和CREO三维软件建立甘蔗几何模型,测定甘蔗物理力学特性参数,并建立了甘蔗材料模型。同时,建立了流场几何模型和材料模型,采用Hyper Mesh和LS-PrePost软件分别对甘蔗和流场模型进行网格划分,并定义边界条件和流固耦合控制参数;最后,利用LS-DYNA不可压缩流ICFD求解器和强耦合计算方法,考虑大涡模拟湍流模型,实现风与甘蔗的双向流固耦合作用,并对仿真模型精度进行物理验证。结果表明:该仿真模型的构建方法合理,可用于模拟风作用甘蔗的动力学过程,为台风-甘蔗和自然风-作物流固耦合系统动力学仿真建模提供依据。     

磁流变减振器多场耦合仿真分析

研究了磁流变减振器电磁-流和流-固耦合的建模方法及求解方法。基于电磁-流和流-固耦合有限元方法,利用Adina软件建立高精度的流-电磁有限元网格模型和固体有限元网格模型,并在Adina软件后处理中进行求解分析,分别得到了磁流变减振器非控状态和通电状态的阻尼力-速度特性、示功特性、磁场分布特性、核心区域流场压力场和速度场特性。仿真结果表明:在高速磁流变液的冲击下,核心区域流场压力场变化明显;根据磁场分布特性,说明设计的单筒磁流变减振器结构能增大阻尼力调节范围。在电磁-流和流-固耦合计算中考虑了流体湍流流动,尽量使仿真模型与物理模型保持一致,试验结果与仿真结果吻合较好。     

流固耦合作用对离心泵内部流场影响的数值计算

采用双向同步求解的方法对离心泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究了叶轮流固耦合作用对离心泵内部流场的影响.流场模拟基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法;结构响应基于弹性体结构动力学方程.并将计算所得的流道网格变形、流场静压和速度的分布以及径向力等结果与非流固耦合计算的流场进行对比分析.分析结果表明,流固耦合作用使得流体和固体区域计算网格发生微小变形,这不仅会改变流体对固体载荷的分布,而且会影响结构对流体的做功作用,从而影响流场的分布;叶片相对隔舌不同位置时,叶轮出口处和蜗壳流道内流场的静压分布变化趋势不同;流场速度变化主要出现在叶片和叶轮出口附近;各时间点上径向力的大小和方向变化较明显.     

基于流固耦合效应的梯级泵站输水管道振动特性分析

为解决管道结构固有振动特性分析中选取高精度流固耦合模型的方法问题,以景电工程中梯级泵站输水管道为研究对象,运用附加质量法和直接耦合法原理,建立不同的流固耦合模型,对其进行固有模态特征提取,并将求解结果与SSI法模态辨识结果对比。结果表明:直接耦合法模型的结果与SSI法辨识结果吻合得较好,最大误差为3.62%,同阶次的计算精度均优于附加质量模型,频率间隔小,弥补了附加质量模型出现的模态缺失现象;直接耦合模型的计算结果在模拟阶数和精度方面都优于附加质量模型,能较好地反映管道结构的固有振动特性,可在复杂管系结构的动力特性分析中应用。     

柴油机流固耦合系统稳态传热数值仿真

建立活塞组-缸套-冷却水-机体流固耦合传热系统,并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能,把单个零件的传热外边界条件变成内边界,使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例,用ANSYS软件对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真,得到了耦合系统的温度场和流场云图。活塞关键点温度的计算值和实验测量值对比表明：用流固耦合方法模拟柴油机活塞组-缸套-冷却水-机体之间的稳态传热是可行的,且仿真结果与实测数据吻合较好。     

水轮机泥沙磨损两相湍流场数值模拟

为研究水轮机内部泥沙磨损的固液两相流动特性,应用基于计算多相流动力学理论中欧拉-欧拉方法的代数滑移混合多相流模型,采用多面体网格技术、标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对混流式水轮机全流道进行了三维定常泥沙磨损两相湍流场的数值模拟.利用商业CFD求解器ANSYS Fluent,获得了小开度工况下水轮机泥沙磨损发生的部位与程度,分析水轮机流道内泥沙磨损的特征规律,其中叶片上泥沙颗粒分布模拟结果与真机转轮实际磨损情况相符,表明该方法可以准确预测水轮机各过流部件的泥沙磨损情况,对揭示泥沙颗粒与水相互作用的固液两相湍流场诱发水轮机振动的影响机理及解决工程实际问题具有重要的意义,而且具有较高的工程应用价值.     

基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性

为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小.     

流变学在固体农业物料加工领域的应用研究进展

为提高固体农业物料生产加工设备的作业效率和加工质量,减少固体农业物料在收获后加工、贮藏与运输等环节的损失,农业工程领域学者对固体农业物料流变特性的研究越来越广泛.对流变学理论在果蔬、谷物、油料和饲草料等固体农业物料生产加工中的应用研究现状进行总结和探讨,指出流变学在固体农业物料加工领域存在物料材料被简化、经典模型拟合误...     

云计算在农业信息服务中的应用

云计算因超强的计算能力、可靠性高和虚拟性等特点，在农业信息服务中起到了不可代替的作用。云计算为农业信息服务提供了海量的数据资源，大大提高了农业信息服务平台的建设速度。云计算技术在农业信息服务中的大力推广是农业信息服务的研究重点。该文对云计算技术在农业信息服务中的应用做出了调查研究，对其在农业科技创新、农户推广与使用等各个方面进行介绍。利用云计算技术可以创新农业信息服务，为其更好地服务于农业、农民、农村打下坚实的基础。      

新发展阶段下农业工程类专业高质量人才培养探索与实践

把握高等教育新发展阶段的农业工程内涵，培养复合型、创新型的农业工程类专业高质量人才，是农业高校服务国家战略、对接农业产业需求、深化工程教育教学改革的重要举措。阐述了新发展阶段下高校农业工程类专业学科交叉、工农融合的发展内涵，顺应农业信息技术应用对理论基础扎实、实践能力强、具有国际视野的高质量人才的需求，结合华中农业大学工农融合校本特色与新工科专业建设背景，开展教学规模与质量平衡途径、虚实并存育人条件、产学研融合实践平台、专产协作培育机制、交叉耦合培养范式、全人教育创新文化等探索与实践，总结分析华中农业大学高质量人才培养模式对深化农业工程类专业教育的改革成效，提出了革新质量育人理念、创新多维育人模式、优化完善育人体制等农业工程类专业高质量人才培养实现路径，为乡村振兴战略、未来农业和经济社会发展提供一流人才支撑。      

植保无人机施药数值建模关键技术与验证方法研究进展

随着植保无人机在精细农业上的应用日益增长,目前在植保无人机下洗风场演化及其作用下的雾滴沉积飘移过程的数值模拟方法取得了快速多样化发展,但对各方法的优势、缺陷、适用范围及验证手段仍缺乏系统的梳理。本文针对无粘模型、计算流体力学模型及格子玻尔兹曼模型分别开展论述。基于涡元法的无粘尾涡模型优势在于计算过程简单,但由于缺乏粘性和湍流模型,其雾滴沉积飘移模拟精度较低。计算流体力学模型又分为有限体积法与有限差分法。其中,有限体积法鲁棒性高,可适用于各种复杂环境的模拟,但格式精度有限,其模拟的翼尖涡耗散速度远快于实际情况;有限差分法能够实现对翼尖涡演化的高时空精度模拟,但其存在网格结构化要求高,算力要求过大等问题。格子玻尔兹曼方法在计算具有复杂边界条件和非平稳运动物体的三维流场问题中具备优势,但其在功能多样性和完备性上还存在不足。上述数值模型精度还需综合运用田间实验及室内实验,如高速粒子图像测速（Particle Image Velocimetry,PIV）或相位多普勒测速（Phase Doppler Interferometry,PDI）方法进行验证和优化。最后,本文提出了未来植保无人机施药模拟及验证方法发展方向。     

工程设施技术在稻渔共作模式中的发展

稻渔共作模式是一种继承传统农业中遵循自然协调、绿色生态的农业发展理念并以现代农业技术为指导的生态循环农业模式，该模式具有稳粮、促渔、增收、提质、环境友好和可持续发展等多种生态系统功能，但缺乏稻田生态理论研究及新的生态管理技术，且基础设施不足，与种养技术匹配设施缺乏。工程设施技术属于稻渔共作模式配套技术，决定稻渔共作模式的发展潜力。目前工程设备设施在稻渔共作模式中的应用普及程度低，尚未开发出与稻渔共作模式特点相匹配的专用设备。结合稻渔共作模式的发展历史和水平，对配套工程设施技术的发展进行分析。      

计算流体力学在温室通风中的应用研究

计算流体动力学（CFD）作为一种模拟仿真工具现已广泛应用于研究各种传递过程,包括流体流动、传热和传质等。综述国内外有关CFD的发展现状,介绍其在温室自然通风和机械通风中的应用研究,展望CFD模拟技术的发展及应用前景。     

农业元宇宙：关键技术、应用情景、挑战与展望

元宇宙这一新兴概念受到了产、学、研各界的广泛关注。农业与元宇宙的结合将极大地推动农业信息化和智能化发展,为农业智能化转型升级提供新动能。为深入分析元宇宙在农业领域的应用研究可行性,本文首先分析了农业元宇宙的概念,以及区块链、非同质化代币、5G/6G、人工智能、物联网、三维重建、云计算、边缘计算和扩展现实等元宇宙农业应用的关键技术。接着讨论了元宇宙在虚拟农场、农业教学系统和农产品追溯系统三个农业应用领域的主要情景,最后总结了农业元宇宙面临的系统建立、通信基础、硬件设备和运营等方面的主要挑战,并展望了未来的发展方向。本文可为元宇宙在农业的应用研究提供指导。     

荷电颗粒拟流体多相湍流模型的建立

荷电多相湍流与一般多相湍流相比，存在流场脉动与电场脉动耦合的复杂运动特征，如何用方程加以描述并利用模型方程模拟这种耦合作用成为荷电多相湍流模拟研究的一项重要任务。在单相荷电流体湍流模型方程和荷电颗粒拟流体多相湍流描述方程建立的基础上，根据目前发展和应用不断扩大的“双流体”多相湍流模型，把荷电颗粒当作拟流体处理，借用拟流体多相湍流描述方程建立的方法，获得了荷电颗粒拟流体多相湍流模型，该模型方程通过电场关联项描述了电场和流场湍流脉动的耦合作用。通过引入电湍能交换系数对电场关联项加以模化，该模型可用于工程中大尺度复杂荷电多相湍流的模拟计算和工业装置的设计。     

新型城镇化与农业现代化耦合协调机制

“新型城镇化-农业现代化”协调发展对于我国改变城乡二元结构、提高发展质量具有重要意义。对新型城镇化和农业现代化的含义进行了梳理,基于耦合协调领域的研究成果,分析新型城镇化与农业现代化的耦合机理,构建评估体系和耦合度模型,提出二者协调发展的对策,包括提高城镇化发展质量、加大财政投入和引入市场机制。     

气力输送技术在农业机械中的应用

气力输送技术可在很大程度对农业机械进行结构简化,降低成本和提高作业效率,越来越多地被用于播种、施肥和捡拾收获等物料输送装置中。了解气力输送技术的特性以及在农业机械中的应用现状,对于提高农机作业效率、促进先进农业机械化技术研发具有重要意义。为此,在农业物料气力输送特性、气力输送技术在农机领域的应用情况等方面进行大量文献调研分析和归纳总结。根据正负压输送的不同特点,对气力播种、施肥、收获捡拾机械装备的主要结构、工作原理和特点进行分析和阐述。在此基础上,指出农业领域气力输送应用和研究中存在的问题,包括：气力输送方式存在易堵塞、精度稍低的问题,能耗较大的问题以及相关基础研究不足的问题。针对以上存在的问题,提出针对性的建议：优化结构、配套监测系统,提高工作可靠性;改用效率较高的智能风机,降低能耗;加强基础研究,充分利用仿真等研究手段,进一步促进气力输送技术的应用。     

移动粒子半隐式法在流体机械数值模拟中的应用

针对传统基于网格剖分的数值模拟方法在处理流体机械动静干涉时,常因在动静交界面附近采用混合平面法以及网格间信息传递而带来的计算误差问题,介绍一种新的数值模拟方法———无网格移动粒子半隐式法(MPS),并将其应用于流体机械的数值模拟.该方法相对于传统网格法而言不需要进行网格剖分,从而对计算区域存在大变形的非定常流动问题可实现整场求解.以不可压缩流体为研究对象,从简单旋转流体机械算例入手,综合分析了采用移动粒子半隐式法模拟流体机械流场所需的运动边界模型、复杂几何边界离散方法、进出口边界模型和计算效率优化等基本条件以及目前的解决方案.此外,对算法的计算精度与稳定性、三维复杂情况的适用性、计算效率以及数据后处理等进行了评估,并以此为基础,对无网格法在流体机械模拟中的工程应用前景进行了展望.