灌溉渠道支斗渠轮灌配水与引水时间优化模型

建立了配水渠道流量优化调度0-1线性整数规划模型。模型适用于支渠以下各级配水渠道在来水流量确定,分水渠道流量彼此相同且按“定流量、变历时”方式轮灌时的优化配水方案决策。并提出了各轮灌组引水时间均一化处理方法,使各轮灌组在同一引水时间结束灌溉,从而可使配水渠道进水闸能在同一时间关闭。     

灌溉渠道轮灌配水优化模型与遗传算法求解

灌溉过程中的渠系配水实质上是配水渠道流量的时空分配问题。传统的人工调度难以做到统筹优化，且易导致大量的渠道弃水。因此，渠道优化配水技术是灌区现代化管理的重要内容之一，对于提高灌区灌溉管理技术水平和实施农业高效节水有着重要的意义。该文改进了“定流量，变历时”渠道运行方式的轮灌配水优化模型，应用遗传算法进行了配水渠道流量优化的0—1整数规划模型求解。遗传算法采用了锦标赛选择，算术交叉和交换变异算子，应用Matlab6.0编制了相应的求解程序，求解结果表明，该结果优于常规方法求解结果，说明该算法设计是可行的。     

基于自由搜索算法的灌渠配水优化模型

国内外现有的渠道配水模型是建立在下级渠道流量相等、上级渠道断面均匀水力参数相同的基础上,无疑限制了模型的应用范围。针对该种不足,该文建立了考虑下级渠道流量不等和上级渠道断面变化的精细化配水模型。在模型求解方面,通过构建合理的适应度函数和对约束条件的高效处理,应用自由搜索算法对模型进行了求解。应用结果表明,采用本模型和算法得到的配水方案与原配水方案相比,输水渗漏损失减少了8.26%;配水过程也更加均匀,有效减少了闸门调节次数。     

多级灌溉渠系配水优化编组模型与算法研究

合理安排各级渠道的配水时间和流量,实现灌溉渠系大流量短历时输配水,减小整个渠系的渗水损失,是目前灌区管理中亟需解决的技术问题.该文基于大系统分解协调的思想,以陕西省冯家山灌区为例,建立了一种解决多级渠系配水优化编组问题的分解协调模型.针对模型中存在多约束条件和大搜索空间问题,设计了基于自适应遗传算法模型求解方法,并比较分析了用该文方法与传统方法确定的配水编组方案性能,结果表明该文确定的算法能实现多约束条件下模型的稳定快速求解,确定的优化配水方案下级渠道配水过程搭配合理,上级渠道配水流量较为均匀且总输水损失小等优点,能解决多级渠系配水优化编组问题,可满足灌区管理需要.     

低扬程轴流泵模型设计与试验研究

采用变环量分布法设计轴流泵模型,应用k-ε紊流模式模拟泵站的进、出水双向流道。试验研究表明:该模型过流量大,高效范围宽,装置效率高,可以在低扬程泵站推广应用。     

滴灌系统叠片过滤器结构参数优化

针对不同级配含沙水和灌水器类型的叠片过滤器结构选型问题,该研究选取常用叠片过滤器,通过组合不同叠片数量改变相邻叠片间孔径,设计了多种不同泥沙处理能力的过滤器。对5种泥沙粒径级配条件下5种孔径叠片过滤器的性能开展试验研究,根据不同工况下叠片过滤器运行周期内的水头损失、堵塞时段水头损失增长速率、过滤器的堵塞均匀度以及灌水器流量偏差率等指标,采用模糊数学综合评价方法,构建综合考虑灌溉含沙水、叠片过滤器和滴灌灌水器的多目标评价模型。结果表明：基于叠片孔径可调的过滤器可以实现拦截不同粒径范围泥沙的目标,5种孔径过滤器拦截泥沙粒径(拦截率大于90%的沙粒段中最小粒径级配的中值粒径)分别为49、82、100、127和150 μm;随着过滤器孔径减小,粒径越细小的含沙水对水头损失增大作用越显著。不同级配含沙水和灌水器类型条件下叠片过滤器性能综合评价结果与试验结果相符,通过对综合评价指标值排序,筛选出灌溉含沙水、过滤器、灌水器三者最优的匹配方式,能够同时实现灌水器堵塞程度轻微和过滤器性能稳定。提出的叠片过滤器结构参数配置决策方案,可为叠片过滤器的合理配置和使用提供参考。     

气隙非浸油式电机叶片泵的主泵吸油配流设计

为保证气隙非浸油式电机叶片泵中主泵在高转速下吸油充足,针对孔板离心泵输出液流在主泵配流窗孔外侧与内侧压差大、旋转液流向主泵配流时流动阻力大的问题,提出了在主泵配流窗孔增设平衡槽和导流槽的结构。流场计算表明:平衡槽将外侧的引油窗孔与内侧的辅助窗孔沟通,控制两窗孔出口的压力差为一较小的定值;导流槽避免了旋转液流在引油窗孔中产生旋涡及其流动阻力,显著地增大了引油窗孔的入口流量,窗孔出口的静压随导流槽包角增大而增大,当导流槽包角大于80°时,引油窗孔出口静压提升了10%,辅助窗孔出口静压相应提升了15.4%。该研究为电机泵的主泵配流设计提供了参考。     

一种新型多槽被动采样器的实用性评价

美国新研制出一种新型监测农业径流的低成本的多槽被动采样器（顶部分水装置采样器）.以目前常用的HS水槽做为对比,新型采样器在实验室具有较高的精准度,田间试验在一个0.41 hm2的试验地上进行.在几次降雨事件中,进行精准度评估试验,评估取样器测量的径流体积和水槽测量的体积之间的差异;一系列的已知体积的模拟降雨事件评估水槽和顶部分水器测量的精准度,结果显示,两个装置之间并没有显著差异.     

利用瞬态剖面法测定宽级配砾石土水力参数试验研究

土—水特征曲线和渗透函数是土体渗流分析和稳定性研究的重要参数。基于瞬态剖面法原理,加工制作30 cm×30 cm×30 cm(长×宽×高)正方体和30 cm×60 cm(直径×高)的渗透柱,针对宽级配砾石土进行时域反射法标定试验和渗透柱试验。此渗透柱装置可以同时测定不同断面基质吸力和体积含水率变化,试验经进水饱和与排水蒸发阶段,得到宽级配砾石土体积含水率与基质吸力的关系,并根据瞬态剖面法得到非饱和渗透系数随基质吸力的变化关系;同时,采用van Genuchten和Brooks-Corey土—水特征曲线模型和渗透系数函数对其进行分析。结果表明:该渗透柱适用于宽级配砾石土水力参数测定;van Genuchten和Brooks-Corey土—水特征曲线模型都能很好地描述宽级配砾石土土—水特征曲线;Brooks-Corey渗透系数函数在描述宽级配砾石土渗透系数与基质吸力关系要优于van Genuchten渗透系数函数。这种试验方法为宽级配砾石土水力参数的测定提供了参考。     

复式光滑或粗糙渠槽的流量比

复式渠槽和河道的过流能力还没有一个完全令人满意的估算方法,但已有大量的实验资料,包括复式渠槽小比例尺和大比例尺的试验资料、河道原型实测资料。现提出了两个关键的比率,即总流量比满槽流量、槽流量比滩流量,并从理论上分析了它的重要性,其适用性也在不同比例尺各种形状的光滑或均匀粗糙复式渠槽中得到了验证。复合断面总流至与满槽流量的比值,仅是断面几何形状的函数,而与底坡、比例尺的大小无关,槽流量与滩流量的比值,也与底坡、比例尺无关,但受滩地洪水横向坡降的影响。文中还对公式中与水深比有关的系数和指数作了估计。建议利用比值来预报复式均匀糙率渠糟流量的简单方法,随着相关资料的积累,对其它的情况,也可能适用。     

大型剪切型混合罐的流场仿真与分析

为了考察大型混合罐内的液体流动特征,该文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法、利用ANSYS13.0软件,选用标准k-ε模型和多重参考系法,研究大型剪切型混合罐内的流体力学特性,获取大尺度混合罐内的压力、速度、湍流耗散率等参数及液体流动特征,并通过可视化试验验证了混合罐内流体的流动情况。研究结果表明,随着叶轮转速的增加,混合罐内的负压区扩大且压差增大,液体流速增大,使混合罐内的湍流作用增强,高剪切装置内及附近区域的能量耗散率非常高且集中,说明在这些区域内的混合效果显著。研究结果可为此类工业用混合罐的优化设计提供参考。     

流量对河水滴灌重力沉沙过滤池内流速分布的影响

为研究流量对河水滴灌重力沉沙过滤池流速分布规律的影响,该文对5种不同流量下的水沙两相流流场进行了数值模拟。通过对不同流量下流速沿程分布规律、流速沿水深方向分布规律及水沙分离效率的对比与分析,可知河水滴灌重力沉沙过滤池的适宜流量范围为0.05~0.2 m3/s,进水流量越小,流速变化幅度也就越小,越有利于泥沙沉降,水沙分离效率不小于72.5%。不同流量下沉淀池中流速沿程变化规律可分成3个阶段:流速迅速增加阶段、流速缓慢减小阶段和流速迅速减小阶段。清水池中流速方向与沉淀池的相反,流速沿程减小。受进水口、出水口和固体边界,以及侧向溢流堰的影响,不同流量下河水滴灌重力沉沙过滤池中的流速沿水深方向分布规律有差别。当流量为0.05和0.1 m3/s时,远离进水口、出水口及侧向溢流堰的位置,流速沿水深方向的分布规律包含流速迅速增加、流速缓慢减小和流速恒定3个阶段,而清水池则只包括流速迅速增加和流速恒定阶段。研究可对大首部的应用提供参考。     

Optimal design of single and multiple stage activated sludge processes

The present paper describes a rational approach to minimum cost design of an integrated activated sludge process which includes activated sludge reactor, secondary clarifier and sludge recycle. The cost of anaerobic digestion of excess sludge produced is also considered. Procedures for optimal design of both single and multiple stage activated sludge processes, considering construction and operational costs are developed. Biomass concentration in aeration tank and return sludge are utilized as the primary independent design variables to which system performance is related for single stage process. In the multiple stage process, additional design variables (flow and volume fractions for each stage) are included in design vector. Liquid-biomass separation is based on the batch solids flux theory. The optimization problem is framed as minimization of capital and operating cost subject to the constraints determined by effluent quality criteria and process variables affecting the performance. The interior penalty function method is used. Results definitely favor the application of multiple stage process over single stage. The major factor which appears to be contributing to reduction in cost is the biological solids retention time and hence the aeration tank volume.     

基于Visual Modflow的某油库地下水污染模拟

[目的]对陕西省黄陵县某油库地下水污染状况进行模拟,为油库区地下水污染的辅助预测和防治提供科学指导。[方法]通过野外调查试验获得初始参数,应用Visual Modflow软件建立了地下水水流模型,进行模型识别验证,获得最终水文地质参数。耦合水流方程与污染物迁移方程,得到地下水溶质运移模型。[结果]模拟了两种假设情形下运移情况:正常工况和油罐漏油。数值模拟预测了污染的范围和程度。到预测时间20a,污染物影响范围最大。[结论]污染物主要沿水流方向运移,对水环境的影响随时间逐渐增大,污染浓度随距离增大而减小;两种情况下,油罐漏油时对水环境造成的影响更加恶劣,污染范围远超出油库区。     

基于压差式施肥罐的均匀施肥方法

压差式施肥罐是水肥一体化中应用较为广泛的施肥装置,但它容易产生施肥不均匀的问题,会因局部过量施肥造成土壤污染,还会影响作物的产量和品质。为利用计算机控制压差式施肥罐进行田间作物的恒定浓度和流量施肥,该文基于肥料连续方程推导了解析解,由计算机控制流入施肥罐的流量和直接流过主管道进入灌溉系统的流量。在此基础上,该文通过试验数据验证了施肥罐内水肥流动数学模型,对解析解控制压差式施肥罐的恒定浓度和流量施肥进行了模拟,模拟结果与解析解的相对偏差小于15%,验证了该均匀施肥方法的合理性。结果表明以最优肥液浓度的±50%为界,传统压差式施肥罐使用过程中约有70%~80%的肥料处于过量施肥或不充分施肥范围内,通过均匀施肥方法,可以基本实现灌溉过程中基于压差式施肥罐的施肥均匀。     

2D25卧式柴油机冷却水套结构的CFD模拟优化

针对高效低污染卧式柴油机的技术要求,为了设计合理的冷却系统,结合冷却水流动试验,采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,分析了2D25卧式柴油机强制冷却闭式循环系统的冷却水套结构对冷却水流场的影响,优化了卧式两缸柴油机冷却水套结构。研究结果表明:合理布局缸体进水孔方案可以改善缸体水套内冷却水的流动和冷却效果,减少流动损失,降低水泵的功率损耗。合理设计和布置缸盖入水孔,可以大大提高缸盖水套内冷却水的整体流动速度,减小各缸冷却效果的差异,改善热负荷高的鼻梁区以及排气侧的冷却效果。对原冷却水套结构优化后,水套整体平均流速提高了40%,整体平均换热系数提高了41.7%,在公共水腔和缸体水套上方没有出现原方案的水流撞击和大漩涡,热负荷最高的缸盖底面和鼻梁区冷却水流速和换热明显增强,各缸均匀性变好。     

摇臂式喷头副喷嘴仰角及位置参数的优化

摇臂式喷头副喷嘴的主要作用是增加喷头近处的喷水量,从而提高喷头的喷灌均匀度,因此对摇臂式喷头副喷嘴的研究具有重要意义。该文采用流场模拟和试验相结合的方法对摇臂式喷头的副喷嘴结构参数进行了优化设计。首先采用逆向工程的设计方法,运用Pro/E建立了摇臂式喷头的三维结构,选择副喷嘴的仰角和位置为待优化参数,设计出9种副喷嘴结构的摇臂式喷头。运用Pro/E和Hyper Mesh软件建立了9种副喷嘴结构摇臂式喷头的三维内流道模型,利用CFD软件FLUENT对9种喷头的内流道进行三维模拟,运用快速成型技术加工出喷头样品进行试验验证,在矩形组合方式下运用4种插值方法(距离插值法、线性插值法、立方插值法和三次样条插值法)计算喷灌组合均匀度,并且利用Sprinkler3D软件通过二维插值的方法建立了9种喷头的压力水量分布模型,对喷头喷洒均匀性进行评价。结果表明,6号喷头(副喷嘴位置参数为19.8 mm、仰角参数为18°)的模拟流量和速率较大,试验水量分布在2~12 m之间能够保持较好均匀性,且射程达到14 m以上,喷灌均匀度在压力为250和300 k Pa下都达到80%以上。因此,副喷嘴位置参数19.8 mm、仰角参数18°为摇臂式喷头副喷嘴的最佳结构参数。该研究为摇臂式喷头结构设计和喷灌系统优化等提供参考。     

不同进风方案下隧道烘干窑热风流场CFD模拟和优化

隧道烘干窑内同一横截面的热风均匀性影响着物料干燥均匀性和产品质量,而烘干窑入口风速分布直接影响着窑内热风流场的均匀分布。为了解决单一风机直进风隧道烘干窑存在的风速不均匀问题,提出了多种进风结构设想,并利用计算流体力学方法对实际生产的隧道窑进风流场进行数值模拟,研究3种不同的进风方案(4风机、6风机和9风机)对隧道窑内热风流场均匀性的影响。模拟结果表明:6风机方案下隧道窑入口处进风均匀,热风扩散距离短,窑内热风流场整体均匀性较佳,综合性价比最高。研究结果为隧道窑入口进风的设计提供参考。     

微灌离心分离器内部流场分布数值模拟

在缺水地区,利用高含沙水作为微灌水源的条件下,低浓度混合多相流模型已不能适用于微灌用离心分离器的数值模拟。该文以高含沙水作为微灌水源,结合离心分离器的结构参数,在流体力学基本方程基础上,通过网格划分和边界条件设定,采用有限体积法进行离散和求解,控制方程采用k-ε模型模拟分析了离心分离器的内部流场特征,并通过试验验证数值模拟成果,模拟值与试验实测值相对误差在10%以内,说明数值模拟采用的算法和模型是合理的。在试验验证的基础上,模拟分析了高含沙水为微灌水源的条件下,离心分离器的速度、湍动能以及静压分布,结果表明:离心分离器内速度分布主要有切向速度、轴向速度和径向速度,沿径向方向具有一定的对称性;离心分离器内湍动能分布具有一定的对称性,由轴中间向器壁两侧逐渐变小;静压分布具有一定的对称性性,由器壁两侧向轴中心逐渐减少。结果可为微灌用离心分离器特性参数的优化提供依据。     

利用CFD模型研究日光温室内的空气流动

在温室内空气流动对室内环境具有重要调节作用,因此有必要研究日光温室内空气流动特性。基于计算流体动力学CFD(computational fluid dynamics)方法,运用大型计算流体动力学软件Fluent对日光温室建立模型,采用标准湍流模型对日光温室内气流分布进行了三维稳态求解。模拟时将日光温室内外空气作为研究对象,并且温室内空间连同其周围的一部分室外空间一起作为CFD模拟的计算领域。对日光温室内气流变化及分布进行了数值模拟,并在温室内进行了气流试验测试,对测量值和计算所得的风速值进行了比较,结果表明,二者最大误差小于9%,说明风速的实测值和模拟值吻合良好,CFD模型有效,且得到了日光温室内部流场速度分布。通过气流流场模拟结果分析表明,直观显示了日光温内的流场特性和流动状态,气流从窗户进入沿着底部通风口流出日光温室,并且气流在底部通风口速度分布较均匀,在温室下部形成了较为明显的涡流。该文模拟结果可为东北地区日光温室的优化设计以及温室环境调节等方面提供理论依据。