双叶片离心泵滑移系数修正实验

采用PIV技术对一双叶片离心泵叶轮出口处的滑移速度进行了实验研究,得到了7个工况、6个相位下的滑移系数,发现随着流量的增大6个相位下的平均滑移系数呈递减的趋势变化。采用斯托道拉公式、威斯奈尔公式、斯基克钦公式分别计算了双叶片离心泵的滑移系数,并与各个工况下的实验值进行了比较。根据实验值对计算误差最小的威斯奈尔公式进行了修正,并重新设计一个双叶片叶轮进行了验证。研究结果表明7个工况下修正后的滑移系数计算误差均在3.5%以内,其最大误差为3.23%。     

离心泵多工况能量损失系数修正方法

将能量损失系数融入离心泵多工况能量性能模型中,并采用全局优化算法对其进行求解,从而建立了一种离心泵能量损失系数修正方法。采用Pointer优化算法修正了一比转数为92.7的离心泵性能计算模型中各损失系数,同时设计了7个不同叶片出口角、出口宽度、叶片数的叶轮进行了试验研究,并与计算结果进行了比较,结果表明扬程和效率的计算误差均小于4%,从而验证了该离心泵能量损失系数修正方法是可行有效的。本文的研究成果可以提高离心泵多工况水力优化设计的准确性。     

基于原型振动测试的水轮机顶盖螺栓疲劳分析

以国内一大型高水头水电站为例,对水轮机顶盖振动展开变负荷稳定工况、开停机工况以及甩负荷极端工况下的原型测试和分析;建立顶盖及螺栓的有限元模型,结合实测振动数据与有限元动力分析,反演了顶盖水压脉动荷载;运用线性疲劳累积损伤理论和雨流计数法,结合机组一年内的实际运行方式,分别进行了年正常运行工况和甩负荷极端工况下顶盖螺栓的疲劳分析.计算结果表明:100 MW稳定负荷工况时顶盖水压脉动荷载双幅值约为19.3 m水头,为机组额定出力工况(600 MW)的5.6倍;同一工况下顶盖螺栓的破坏循环次数随存活率增大而出现较大程度降低,100 MW稳定负荷工况下存活率由95%增大至99%时,顶盖螺栓的破坏循环次数则由6.488×10⁷次降低到2.415×10⁷次,降幅为62.8%;考虑99%的存活率标准,甩负荷工况下的顶盖螺栓破坏循环次数为7.494×10⁵次,仅为各稳定工况下螺栓疲劳寿命的3%~5%.     

日光温室膜下滴灌茄子作物系数试验研究

利用室内实测气象数据,根据P-M公式计算参考作物需水量,采用时域反射仪(TDR)测定逐日土壤含水率,再根据水量平衡法计算实测作物需水量,然后计算作物系数。对温室作物系数进行修正,建立基于温室作物修正系数的日光温室膜下滴灌作物需水量计算模型,并对模型进行检验。结果表明,修正后的作物系数具有较好的适应性,模型预测值与实测值较为一致,平均相对误差绝对值为8.24%。     

小流量工况下离心泵的性能预测研究

对在小流量工况下,利用数值计算的方法预测泵的性能时误差偏大的原因进行了分析,提出了在小流量工况下对扬程和效率的修正方法.通过对MD40-6.3多级泵一级的叶轮与导叶内部流场的数值计算,根据小流量工况下的修正公式预测了该多级清水离心泵一级的能量特性曲线,并与实验数据进行了比较.结果表明:在设计工况附近,预测值与实验值吻合...     

沼气发酵池动态热负荷特性研究

温度是影响沼气发酵产气率的关键因素,发酵池的热负荷是沼气工程加温系统设计与选型的基础,关系到发酵系统的稳定运行与加温系统的经济性。精确计算出发酵池热负荷,有利于将加温系统供能侧与发酵池需能侧匹配,并探索出加温系统的最佳系统配置和运行策略,以降低能耗和成本。在分析沼气工程发酵设备物理和数学模型基础上,采用逐时累加法计算发酵池围护结构散热量,得到发酵池热负荷的全年动态变化规律,将稳态算法的时间步长由1个月缩短到1 h,提高了计算精度。研究结果表明,在(25±1)℃、(30±1)℃和(35±1)℃3种不同工况下,热负荷的模型计算结果与试验测量结果相对误差分别为-5.98%、3.93%和5.39%,对于沼气工程保温和增温设计具有一定的理论意义和参考价值。     

基于线性回归的电网夏季降温负荷与气温相关性分析

以徐州地区历史负荷及气温数据为基础,采用最大负荷比较法估算降温负荷大小,给出降温负荷在地区负荷中的占比。并利用线性回归方法分析降温负荷同日平均气温、日最低气温、日最高气温三种气温因子之间的相关关系,结果表明日平均气温对降温负荷相关性最大,其次为日最低气温,最次为日最高气温,并给出日平均气温位于25℃以下、22~28℃、28~30℃、30℃以上四个不同区间时,温度每升高1℃降温负荷的增加量的结论。     

某柴油机进排气门热-机耦合应力场分析

为详细分析某柴油机进排气门在热-机械负荷作用下的耦合应力情况,应用GT-power软件计算分析了某柴油机在标定工况下燃烧室、进排气道内气体的瞬时平均温度和瞬时平均换热系数。以此为边界条件,对进排气门开启和落座的瞬态温度场进行迭代,得到进角排气门的稳态温度场,并利用试验对气门温度场进行了验证。以计算得到的温度场为基站,对进排气门的热应力进行了计算分析,随后施加缸内燃气压力最大时的机械负荷得到热-机搞合应力场。计算结果显示,排气门的温度变化较为剧烈、热应力较大,应力集中的部位主要出现在气门导杆与气门座之间过渡的区域。为气门疲劳失效分析、结构优化改进以及设计制造等提供了参考。     

基于EMD的水电机组甩负荷主轴摆度

为解决甩负荷工况下主轴摆度峰峰值计算方法问题,对甩负荷工况与稳态工况下主轴摆度峰峰值计算差异进行对比研究,从时域波形上指出了2种工况下截然不同的特征,据此引入经验模态分解方法对甩负荷工况下的主轴摆度信号进行分解,并建立了趋势项的提取准则.研究结果表明:采用经验模态分解方法可以将主轴摆度信号分解为具有明确物理意义的2个分量,即表征甩负荷工况下轴系从一个稳定状态到另一稳定状态下的轴系偏移分量和表征随机扰动成分的轴系高频脉动分量;根据轴系偏移分量与转速的关系,可以将轴系偏移分量划分为4个阶段;甩负荷情况下主轴摆度峰峰值计算可以分成2个部分,即高频脉动分量峰峰值与轴系偏移量的和.采用具体案例验证了这一过程的有效性.     

换电站空间温度场仿真及优化

换电站环境温度对蓄电池充电效果具有重要影响,优化制冷方案,提高温度场均匀性对更好满足换电站温度场需求、节能减耗具有重要意义。通过建立换电站模型,应用k-ε两方程湍流模型对换电站夏季工况下的温度场进行数值仿真研究,流场计算采用SIMPLE算法。给出了夏季换电站内温度场云图,进行了相应实验,实测值与仿真值最大相对误差为8.23%,证明了仿真模型正确性。并对换电站温度场进行了优化,用温度不均匀系数对优化前后的空间温度场进行评价。结果表明,由垂直向下的送风方式变为倾斜角度的送风方式,空间温度场均匀性更好。对此类建筑空调温度优化具有指导意义。     

环流风机布置对温室内流场影响的CFD模拟

为了解大肩高连栋玻璃温室夏季机械通风时室内流场分布,提高机械通风的降温效果,建立了6m肩高温室机械通风工况下的CFD模型,并对模拟结果进行了试验验证,结果表明:模拟值和试验值的最大相对误差为6. 70%,平均相对误差为2. 87%,显示CFD数值模型有效。在CFD模型基础上,进一步对不同环流风机布置下机械通风的降温效果进行了分析,结果表明:使用环流风机可提高机械通风的降温范围,在湿帘风机方向上实现气流的"接力",温室作物冠层南北温度差减小0. 5℃,32℃以下区域增加了20%;在环流风机安装方向上,不同横向截面上反向布置时室内冷热空气混合更好,室内温度分布更加均匀。     

考虑随机载荷自适应补偿的PST换挡策略与硬件在环试验

大功率动力换挡拖拉机作业环境复杂多变,密集布置的挡位和田间载荷波动极易导致频繁随机换挡,破坏拖拉机工况稳定性,影响其性能和作业质量。为解决拖拉机作业过程中随机载荷波动引发的频繁换挡问题,本文提出一种考虑随机载荷自适应修正的换挡控制策略。首先,以油门开度、滑转率和车速为换挡参数,制定变速箱理论换挡规律;然后,引入随机载荷变异系数、油门开度变化量及稳态载荷变化量等3个修正参数,通过模糊规则计算随机载荷波动下的换挡修正量。同时,结合收敛型换挡延迟策略,轻负荷或运输工况采用理论降挡,重负荷作业采用自适应升挡延迟,载荷波动越大,升挡延迟量越大;基于AMESim和Simulink建立了拖拉机传动系统模型,并搭建了大功率拖拉机变速箱控制系统硬件在环仿真平台,开展了不同作业工况下的换挡控制仿真验证。结果表明,所提换挡策略在道路运输工况和犁耕工况下的换挡次数较传统换挡策略分别低63.16%、45%,且燃油消耗量分别为0.76、0.47kg,较传统换挡策略分别低0.51%、1.03%。在保证作业牵引力的同时,该控制策略可有效抑制随机载荷波动引发的频繁随机换挡,同时兼顾了整车动力性和燃油经济性。     

大功率拖拉机多工况换挡自适应控制策略

拖拉机牵引不同农机具完成不同作业,其作业要求随着牵引机具的不同而变化。针对大功率拖拉机在不同工况下作业要求不同的问题,提出一种多工况换挡自适应控制方法。分析不同工况对拖拉机动力性经济性的要求,以滑转率、油门开度和速度为参数,根据工况要求计算兼顾动力性和经济性的理论换挡规律,采用神经网络离线训练换挡规律实现挡位智能控制;针对重载荷下随机载荷波动导致循环换挡问题,引入加速度和油门开度变化量作为参数,利用模糊逻辑判断拖拉机负载和驾驶员操作意图得到速度修正系数,对换挡速度进行修正,扩大挡位使用范围;通过对拖拉机纵向动力学分析,利用Simulink搭建大功率拖拉机数学仿真模型,并建立变速箱换挡控制系统硬件在环仿真平台验证换挡策略的有效性。仿真结果表明,在燃油经济性方面,道路运输和轻载荷作业工况燃油经济性分别下降5.78%、3.28%。在动力性方面,保证克服牵引阻力的同时,轻载荷和重载荷工况加速时间较快,速度波动减小且有效避免重载荷工况下循环换挡问题。     

混流式水轮机低负荷运行非定常特性研究

水轮机长期运行在低负荷区域,会导致水电机组出现振动大,水流流态不良等情况,继而导致转轮叶片出现裂纹、机组发生汽蚀。为了探究机组内部不同部位的流动特性以及压力脉动特性,对某电站混流式水力发电机组进行三维建模,基于雷诺时均N-S方程,采用标准SST k-ω湍流模型,对额定工况以及低负荷工况（45%额定工况）进行定常和非定常求解计算。结果表明：低负荷工况下,导叶内流体的流动情况较差,主要是因为导叶开度的变化使水流不能够充分进入到转轮中,转轮上冠附近压力变化较乱,没有按规律减小,能量转换情况差,从而导致效率降低。由压力脉动结果可知：活动导叶处的最大振幅为固定导叶处最大振幅的3倍以上,说明越靠近转轮处,动静干涉的作用越明显;转轮内的最大振幅为导叶处最大振幅的数倍;低负荷工况下的压力脉动振幅大多时候比额定工况下的最大振幅高很多,说明低负荷工况下的稳定性较差。本文的结果为混流式水轮机组低负荷安全运行范围设定提供一定的理论基础。     

组合工况下的调压室最高涌浪计算

具有调压室的长引水发电系统运行工况复杂,组合工况下调压室涌浪幅值往往大于常规工况。从调压室基本微分方程出发,利用非线性振动渐进法理论,结合已有甩负荷涌浪计算的显式公式,推导了阻抗式调压室在先增后甩组合工况下最高涌浪的计算显式公式。该公式不仅具有较高精度,而且形式简单,便于工程应用。     

基于试验的柴油机多工况供油提前角的优化

针对495Q柴油机标定了28个工况点,同时改变供油提前角进行了柴油机性能试验,分析了不同供油提前角对柴油机各标定工况动力性、经济性和排放性的影响.根据柴油机的工作特点,基于实验数据,运用模糊数学理论,通过模糊选择,优化出柴油机1000r/min、负荷100%工况,1000r/min、负荷50%工况,2000r/min、负荷100%工况和2000r/min、负荷50%工况的最佳供油提前角分别为14,12,16,14℃A.     

高海拔下ZGB空化模型的修正及其对水翼空化的影响

空化模型在流体机械的研究和设计中必不可少,但目前缺乏对适用于高海拔工况的空化数值模型的研究。首先基于Zwart-Gerbera-Belamri空化模型,分析和推导了气泡初始半径、气核体积分数等模型中关键参数关于海拔高度的关系式,使模型适用于高海拔环境。然后将数值计算结果与相应实验数据进行了对比,验证了模型的适用性。最后针对NACA0009水翼,在0～5 km海拔高度下,使用修正后的空化模型进行了数值计算。结果表明：相同工况设置下,随着海拔高度的增加,环境气压降低、气核体积分数降低、气泡初始半径增加、压力面最大压力系数基本不变、吸力面最小压力系数略微增加、空穴长度显著增加,当海拔为5 km时,空穴长度增加到约弦长的81%,空穴长度增长率随海拔高度的增加而增加,在4 km处达到峰值0.17后开始降低。     

Flowmaster在泵站过渡过程分析中的应用

讨论了利用Flowmaster进行泵站水力过渡过程计算的技术要点,给出了管道、泵组、阀门、空气阀等元件的建模过程,研究了Flowmaster所没有提供的隧洞、调压井等元件的建模方法.通过引入压力修正系数,实现了基于管道模型的隧洞建模.通过修改有限面积水库模型,并组合流入流出系数,实现了调压井建模.结合国内某泵站,采用上述模型进行了过渡过程计算,获得了各工况下管道和隧洞水压力变化情况.针对断电工况的倒流和启动工况的负压,探讨了泵后阀门关闭规律和空气阀布置方案,使倒流得以控制,负压得以消除.     

基于CFD的90°弯管水头损失计算的参数敏感性分析

计算流体动力学在水利行业中得到了广泛的应用。【目的】从众多不确定因素中找出对CFD建模有重要影响的敏感性因素,并分析其对计算结果的影响程度,优化90°弯管的CFD建模方案。【方法】采用单因素分析方法,分析了网格尺寸、湍流模型、水体密度、运动黏滞系数、当量粗糙高度等参数对计算结果的影响。【结果】RNG k-ε湍流模型计算结果与经验系数计算结果相对误差在±5%以内,能有效模拟弯管湍流流态;该湍流模型无需较小的网格尺寸,能够利用较小的计算资源得到精度较高的计算结果;当水体温度高于15℃时,三维流场计算软件能够对水体密度和运动黏滞系数进行修正,使计算结果精度更高;模拟水力光滑管道时,水体密度和运动黏滞系数对计算结果影响较小。【结论】工程算例模拟计算中,应当充分考虑模拟对象的体型和材料特点以及水体温度等因素,选取适当的参数值,能有效地降低计算成本,提高计算精度。     

四个入渗公式对农田潮土的适应性研究

在天津农学院农田水循环试验基地,采用双环入渗仪法测试了5个点次的土壤水分入渗过程,并利用Kostiakov、Philip、Horton和Green-Ampt入渗公式进行拟合。结果表明,不同测试点次运用不同入渗公式拟合的参数值不同,其中Horton公式的适用性和参数稳定性较其他3个公式更好;引入土壤入渗温度修正系数可显著改善模拟精度;考虑土壤冻结对入渗影响,将土壤入渗温度修正系数分为气温大于0℃和小于0℃二种情况,气温大于0℃时直接采用水的运动粘度与温度关系修正,气温小于0℃时引入一个指数函数描述土壤入渗温度修正系数与温度的关系。