复杂潮流条件下导管涡轮机的水动力学性能研究

为了探究导管涡轮机在复杂潮流条件下的非定常性能,依据斋堂岛海域的潮流条件,采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法分析了浸没深度和偏流角对导管涡轮机水动力学性能及尾流场流态的影响.研究结果表明:不同浸没深度和偏流角下的导管涡轮机水动力学性能均表现出与波浪频率一致的时间周期性行为;在波流作用下,随着浸没深度的减小,水流将发生强烈的跃迁,由波流引起的水动力学性能波动幅值增大;在波流与偏流共同作用下,随着偏流角的增大,导管涡轮机的平均功率系数及推力系数逐渐减小.此外,水动力学性能在叶轮旋转周期内将出现额外的周期性波动,该波动频率由叶轮转速和叶片数决定,且波动幅值随着偏流角的增加而增大,导管涡轮机后方的尾流场结构也将变得相当不稳定和复杂.     

基于数值试验的微型管道式涡轮机设计及性能预测

管道式涡轮机在远距离输油、输水管道系统中具有实际应用价值,但由于其出力小,用处独特,尚未引起业界重视.结合管道式涡轮机的工作特性,在限制条件下采用一元理论和数值积分方法进行了涡轮机转轮的水力设计,利用UG软件对涡轮机转轮及流道建立了三维几何模型.在此基础上,通过CFD技术对其进行了内部流动分析、性能预测和效率估算,从而实现了微型管道式涡轮机的数值试验.经比较,给出了推荐方案.这是在流体机械研发中一个研究成本低、开发周期短的有效技术途径.     

排涝闸站高喷防渗墙在复杂地质条件下的应用

在施工过程中发现地质条件复杂多变,出现不同部位岩层厚度、颗粒级配变化大等特殊情况,采取多种高喷防渗墙施工方案确保实施效果。结合富春江干堤加固工程排涝闸站基础高喷防渗墙施工实例,在含大粒径砂卵石层复杂地质条件下,采取施工工艺和技术参数的优化比选、施工过程严格工序控制、第三方多指标质量检测和检测指标对比分析等方法,结果表明含大粒径砂卵石层高喷防渗墙各项指标满足设计要求,但粉质黏土层或淤泥质黏土层成墙质量优于含大粒径砂卵石层。     

回归水模拟的系统动力学模型

以水量平衡原理为基础,运用系统动力学方法,并以Vensim软件包为工具,建立了稻田田间尺度水平衡转化过程的模拟模型,同时将此模型应用于稻田回归水量的模拟分析。通过对漳河灌区稻田田间尺度水量平衡转化过程的检验表明,模拟的地表出流过程与实测值吻合;模拟的田面水位的涨落趋势也与实测过程一致,田间水位动态模拟峰值最大误差为10%;模型能反映稻田水量平衡转化过程。对田间尺度回归水量的动态模拟表明:地表回归水与来水量的变化趋势一致,地下回归水变化比较平稳,逐日回归水量动态变化随着来水量的增加表现出增加的趋势,同样累积回归水量随累积来水量的增加而增加。     

基于水动力学模型的渠道流量控制系统研究

针对渠道流量较大、水流条件复杂的流量测量问题,提出一种水动力学模型的渠道流量计算方法,并以此搭建基于水动力学模型的渠道流量控制系统。首先建立水动力学数学模型,采用两点水位量水法计算渠道流量,即在闸门上、下游选择两个断面,利用水位传感器实时测量断面水位数据,通过上位机求解水流控制方程得到两处断面的流量,取均值作为渠道的流量值,其次结合PLC搭建渠道流量控制系统,根据调度要求控制闸门的启闭,实现渠道流量的精准控制。在加大供水流量、水流条件复杂条件下,流量计算结果与多声道超声波流量计所测数据相比,平均偏差率小于5%。通过试验研究表明：控制系统流量控制误差为0.514%,系统响应时间小于200 ms,平均无故障运行时间大于10 000 h。控制系统的研究为后续渠道流量调度工程建设提供理论依据和案例支撑,具有较强的应用价值。     

中温和高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵产气动力学的研究

研究以餐厨垃圾为原料,在中温(37℃)和高温(55℃)条件下开展批次试验。通过测定各项产气指标探究不同温度对餐厨垃圾厌氧发酵产气性能的影响,并采用Gompertz模型和一级动力学模型对中温和高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵累计产甲烷量进行拟合。结果表明,高温厌氧发酵最大产甲烷潜能为398.33 mL·g^-1VS,高出中温发酵32.37%,高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵累积沼气产量和甲烷产量分别为665.89和399.41 mL·g^-1VS,显著高于中温条件下的累积沼气产量及甲烷产量。餐厨垃圾高温发酵甲烷生成速率常数k为0.43558 d^-1,高于中温发酵动力学常数(k=0.31367 d^-1),餐厨垃圾高温厌氧发酵产甲烷速率高于中温发酵。综上所述,相较于中温条件,高温条件下餐厨垃圾批次厌氧发酵产气性能更优异。     

湖泊水文计算的水文水动力学模型研究

研究了一类丘陵与平原过渡地带的湖泊水文计算问题,建立了水文与水动力学模型相结合的湖泊水文计算模型,模型对湖泊上游丘陵区采用新安江模型和湖泊周围的平原区采用SCS模型进行降雨径流计算,对入湖河道、湖泊及其周围涵闸与泵站采用以湖泊为蓄水汊点、以调控涵闸为内边界、以外排泵站和涵闸为外边界的河网水动力学模型。以湖北省四湖流域上区长湖的入湖洪水计算为实例,计算结果表明模拟长湖水位、刘岭闸下水位和田关闸上水位均取得较好计算效果,长湖最高水位的绝对误差除1996年外均小于0.1m。     

新安江模型与水动力学模型结合的

将一维圣维南方程组与新安江模型结合构成河口地区水位模拟模型,结合区间入流对模型模拟结果影响的试验,提出了采用断面实测信息动态修正区间入流的方法,并对其中的参数进行了分析。将该模型应用于曹娥江感潮河段,结果分析表明,动态修正区间入流能取得很好的修正效果,模型精度高。     

加压条件下气力轮式精密排种器性能分

针对研制的气力轮式精密排种器,采用均匀设计法设计试验,运用均匀设计软件UST 1.0建立了大豆排种性能指标数学模型,分析气力条件下排种器设计参数对排种性能的影响规律.分析表明:气力条件下,排种性能指标主要受气压和作业速度影响,气压范围为1.4～1.8 kPa时粒距合格率达到85%以上,满足8 km/h速度以上大豆精密播种;充种角和清种角变化对排种性能影响不显著,充种角和清种角优化区域与常压条件下排种试验优化结果一致:充种角为46.35°、清种角为55°;气流方向对排种性能没有显著影响.     

基于耦合动力学的拖拉机传动装置性能提升

为进一步提升我国农用拖拉机的综合作业效率,选定其传动装置展开性能优化分析。以耦合动力学理论为改善原则,结合拖拉机传动装置的工作机理与效率传递特点,建立耦合动力学数学模型,并通过传动结构分析与性能提升方案设计,进行整机作业试验。试验结果表明：基于耦合动力学的拖拉机传动装置性能优化效果明显,传动系统的传动效率与动力输出效率分别相对提高了5.09%和7.40%;此思路将传动系统的机械元件与电控模块的内部力学关系进行耦合处理,改善了整机的系统稳定性与振动舒适度,综合作业效率相对提升了6.90%,是耦合思维在拖拉机转型升级的创新应用,具有重要的借鉴意义。     

蓄水坑灌条件下复水对水氮运移规律的影响

为了明确灌后复水(降水)对土壤中水氮分布的影响以及选择合理的灌施方式,通过室内模型试验,研究了在蓄水多坑肥灌条件下不同降水量(30.624,37.334,43.56 mm)所对应单坑不同复水量(140.1,228.7,400.5 mm)和不同复水时间(灌后1,5,10 d)对土壤水氮运移的影响.研究结果表明:复水后土壤含水率增大,复水量为228.7 mm及以上时,30~80 cm深度范围内土壤含水率均达到田间持水率的80%以上,且复水量越大或复水时间间隔越短,复水后水分分布越均匀;硝态氮在湿润锋处积累明显,复水后坑壁附近土壤硝态氮质量浓度降低,硝态氮质量浓度峰值向远处推进,复水量越大或复水时间间隔越短,硝态氮推进越远且向深处迁移越明显;复水后铵态氮质量分数在近坑处降低,在距坑较远处增加,但变化幅度均不大,复水量越大,或复水时间间隔越短,对铵态氮质量浓度影响越大,复水后土壤铵态氮分布越均匀.     

灌渠流速下的仿鱼尾双驱叶轮水动力性能分析

针对低流速灌渠中水轮机能量利用率低的问题,提出一种仿鱼尾双驱式垂直轴叶轮来提高发电功率,并采用CFD数值模拟与实物模型试验相结合的方法,对该叶轮的水动力性能和功率进行了局部和整体的分析。研究结果表明：对于应用在灌渠中的导流罩式的微水流水轮机,双驱设计可以提高垂直轴叶轮的能量利用率;仿鱼尾可以优化叶轮的旋转性能;仿鱼尾双驱垂直轴叶轮在微水流渠道中有着比普通水平叶轮更好的水动力性能。     

含约束支链的冗余驱动并联机构动力学性能优化

全驱动并联机构可以通过增加约束支链或关节实现机构驱动冗余。为了研究约束支链与关节对冗余驱动并联机构动力学性能的优化问题,分析对比了冗余驱动并联机构6P-US+UPU与非冗余驱动并联机构6P-US机构的动力学特性,研究了约束支链对冗余驱动并联机构动力学性能的优化机理。基于虚功原理建立了6P-US机构和6P-US+UPU机构的动力学模型,提出具有明确物理意义的冗余驱动并联机构动力学性能指标,分析了约束分支对机构动力学性能的影响,并结合数值算例对两种机构动力学性能进行了对比分析。结果显示,支链约束提高了机构动力学性能,而支链质量会降低机构动力学性能。     

泵水润滑轴承—转子系统的动力学特性研究

针对当前泵水润滑轴承-转子系统模态分析与稳定性等动力学特性研究相对薄弱等问题,以设计的某高压多级泵为例,通过合理简化,建立研究该泵轴承-转子系统动力学特性的三维实体模型与数学模型;利用ANSYS进行的考虑惯性效应、不同角速度的多载荷模态分析生成了刚性支承坎贝尔图,计算得到了考虑陀螺效应的前4阶固有频率、3000 r/min载荷下的正进动涡动转速(即临界转速);分析得出了系统在工作转速与非工作转速下的轴系不平衡响应曲线;恒定转速下突加激励时转子系统的瞬态特性分析表明,虽然突加激励力后转子系统会出现较大振动,但随后振幅逐渐减小并趋于稳定,说明该水润滑轴承-转子系统是稳定的刚性系统.     

温度及矿化度对土壤持水性能的影响

采用离心机法测定了不同矿化度(1、3、5、10g/L)的NaCl和Na2SO4溶液在不同温度条件下(5、10、20、30℃)对土壤水分特征曲线及其van Genuchten方程参数的影响。结果表明,温度与θs、α均呈现显著的负相关,相关系数分别为-0.83、-0.99;θs与α呈极显著的正相关关系,与n呈极显著的负相关关系,α与n呈极显著的负相关关系。溶液的盐分类型对土壤水分特征曲线的影响在不同的吸力段影响不同,在近饱和段影响比较明显,且对参数α值也有显著影响,其中Na2SO4的影响较NaCl明显。溶液矿化度对土壤水分特征曲线参数(θs,α,n)的影响均不显著。     

不同水氮条件下生物炭对夏玉米水氮耦合效应的影响

【目的】提高水氮亏缺下夏玉米籽粒产量并促进水氮耦合效应,实现夏玉米节水增产。【方法】采用田间小区试验,设定4个生物炭施用水平(0、5、10、15t/hm²,分别记为C0、C1、C2、C3)、2种灌溉方式(正常灌溉I1、亏缺灌溉I2)和2个施氮水平(常规施氮N1、亏缺施氮N2),正常、亏缺灌溉灌水量分别为100%和50%作物需水量,常规、亏缺施氮量分别为200 kg/hm²和100 kg/hm²,探究了不同水氮条件下生物炭对砂壤土持水保肥效果以及夏玉米水氮耦合效应的影响。【结果】添加5 t/hm²和10 t/hm²生物炭处理明显提高了土壤总孔隙度和持水能力,并减少了土壤铵态氮和硝态氮的淋洗,10 t/hm²下效果最佳。同时,5 t/hm²和10 t/hm²生物炭可促进夏玉米根系生长,提高籽粒产量及水氮利用效率,在10 t/hm²下产量,水分利用效率和氮素偏生产力显著增加(P<0.05),...     

黄土坡面细沟侵蚀及水动力学参数的时空变化特征

坡面细沟侵蚀速率和水动力学参数在坡面细沟发育过程中存在明显的时空变化。基于间歇性人工模拟降雨和三维激光扫描技术提取的高精度DEM,分析了黄土坡面细沟发育不同主导过程中细沟侵蚀和水动力学参数的时空分布规律。结果表明,细沟侵蚀速率和总侵蚀速率的最大值出现在以细沟沟底下切侵蚀为主的细沟发育活跃期,最小值出现在以沟头溯源侵蚀为主的细沟发育初期。细沟侵蚀速率与总侵蚀速率随降雨历时的变化皆呈先上升后趋于稳定,并在一定范围内波动的变化趋势,且总侵蚀速率早于细沟侵蚀速率达到稳定。细沟侵蚀量随单位斜坡长呈先上升后下降的抛物线形式分布,细沟侵蚀速率的最大值出现在坡面中下部。90 mm/h降雨强度下径流剪切力、径流功率和单位径流功率分别是60 mm/h降雨强度下的1.3、1.1、1.4倍。细沟间水流和细沟流的水动力学参数随降雨历时的增加呈不同的变化趋势。两种降雨强度下,径流剪切力、径流功率和单位径流功率随单位坡长的分布均呈波动上升趋势。单宽细沟侵蚀量与水动力学参数之间呈线性正相关关系,细沟发育初期坡面侵蚀发生的临界径流剪切力、临界径流功率和临界单位径流功率最大。     

基于改进YOLO v7的农田复杂环境下害虫识别算法研究

为使巡检机器人能够对体积小且密集、形态多变、数量多且分布不均的害虫进行高效精准识别,提出了一种基于改进YOLO v7的害虫识别方法。该方法将CSP Bottleneck与基于移位窗口Transformer(Swin Transformer)自注意力机制相结合,提高了模型获取密集害虫目标位置信息的能力;在路径聚合部分增加第4检测支路,提高模型对小目标的检测性能;将卷积注意力模块(CBAM)集成到YOLO v7模型中,使模型更加关注害虫区域,抑制背景等一般特征信息,提高被遮挡害虫的识别精确率;使用Focal EIoU Loss损失函数减少正负样本不平衡对检测结果的影响,提高识别精度。采用基于实际农田环境建立的数据集的实验结果表明,改进后算法的精确率、召回率及平均精度均值分别为91.6%、82.9%和88.2%,较原模型提升2.5、1.2、3个百分点。与其它主流模型的对比实验结果表明,本文方法对害虫的实际检测效果更优,对解决农田复杂环境下害虫的精准识别问题具有参考价值。     

EN—1对砒砂岩固化土坡面径流水动力学特征的影响

为探讨砒砂岩地区工程边坡径流的侵蚀规律,通过室内模拟冲刷试验,对添加EN-1固化剂后不同固化剂掺量、养护龄期和压实度的边坡径流水动力学特征进行了研究.结果表明:在试验设计的固化剂掺量、养护龄期和压实度处理条件下,砒砂岩固化土坡面径流流速随固化剂掺量、养护龄期和压实度的增大而增大,且径流流速随冲刷的进行呈现出波动减小的趋势.径流雷诺数Re随固化剂掺量、养护龄期和压实度的增大而减小,且Re有随冲刷的进行而逐渐增大的波动变化趋势,而弗劳德数Fr的变化趋势正好与Re相反.除压实度在较小处理冲刷后期时径流流态为紊流和缓流外,其他处理都是层流和急流.径流Darcy - Weisbach阻力系数f随固化剂掺量、养护龄期和压实度增大而减小,且f与输沙率有一定的正相关关系.