基于驻波与ZigBee实时监测雾滴蒸发系统设计与试验

雾滴在叶面上蒸发时间长短,会改变叶面对农药的吸收效率.为了阐述药液在叶面的蒸发情况,该文设计了基于驻波与Zig Bee无线传输的雾滴蒸发实时监测装置.该装置以STM32为核心搭建Zig Bee网络,雾滴采集传感器信号由RS232串口传至基于Lab View2014设计的远程终端,并通过波形图实时在线监测雾滴蒸发状况.试验证明该装置能够准确测量药液在叶面的蒸发散失量并显示雾滴面积铺展的波动曲线,较图像处理方法误差小,易操作,更具实用性.试验还表明:1)蒸发时间与粒径大小呈正相关,随粒径增大而增长,但当粒径超过242.3μm时,蒸发时间随粒径增大而增长的趋势更为明显.2)蒸发时间与面积铺展率呈负相关,随面积铺展率的变大而减少.当有机硅体积分数由0.025%增到0.050%时,雾滴面积铺展率呈变大趋势,但当由0.050%增到0.100%时,雾滴铺展率增长幅度相对缩小.3)该装置不仅能够实现远程检测,避免接触药液,而且实时分析雾滴在叶面的蒸发时间与面积铺展率,合理选择有机硅体积分数与雾滴粒径,有助于改善叶面对药液的吸收效率.     

反求根系吸水速率方法的探讨

植物生长条件下土壤水分运动方程的逆问题具有强烈的非线性性与不适定性，该文探讨分析了两种现有的模拟根系吸水速率的反求方法，并提出了一种新的数值迭代反求方法。数值实验结果表明：含水率（或基质势）剖面实测值与模拟值的对比不足以论证根系吸水模型的正确与否；当初始剖面土壤水分变化较为剧烈时，提出的新的数值迭代反求方法可以较好地模拟根系吸水速率在土壤剖面上的分布，在任意两次“实测”时间间隔内，当根系吸水速率变化不大时，选用时间间隔分别为1、2、5、10和15 d的“实测”土壤水分剖面均可以获得与理论吸水分布较为一致的结果，模拟所得的“实际”蒸腾强度与理论值的相对误差均在3%以内。     

输变电工程水土保持“天地一体化”监管实践

随着全国大电网系统的快速建设发展，由此引发的水土流失问题日益严重。输变电工程线路长、跨越范围广，工程区地形陡峭且复杂，水土流失问题严重，且水土保持监管工作难度高，水土保持“天地一体化”监管可大幅提高监管精度和效率。以南方某220 kV输变电工程为例，基于水土保持“天地一体化”监管分析输变电工程山丘区塔基和平原区塔基实际扰动范围和设计扰动范围的差异性，结果表明：山丘区塔基和平原区塔基设计扰动面积相差较小，但平原区塔基实际扰动面积远大于山丘区塔基；山丘区塔基和平原区塔基设计扰动面积均远小于实际扰动面积，且设计扰动范围通常呈较为规则的矩形，而实际扰动范围呈不规则的多边形。设计单位未充分考虑施工现场实际情况和地形特点、施工单位随意施工等都是造成实际扰动范围远大于设计扰动范围的原因。     

开发渭北旱塬农田蒸发水新技术

分析总结了开发农田蒸发水的可行性、可能性，调查了降雨量、蒸发水对旱区作物产量的影响及试验研究，提出了“留茬免耕秸秆全程覆盖”耕作新技术。在我们试验条件下，“留茬免耕秸秆全程覆盖”技术较传统耕作技术，小麦增产56．4％，玉米增产87％，夏闲期土壤含水量增加4．4％。多年试验、示范结果表明：“留茬免耕秸秆全程覆盖”是减少农田蒸发水、解决旱地农田干旱、增产增收、保护生态、培肥地力、投资少、易操作的一项先进实用技术。     

三峡库区紫色土干缩裂隙形态几何尺寸效应

紫色土是一种广泛分布于三峡库区的农业土壤，易在降雨-蒸发循环作用下产生干缩裂隙，严重影响土壤的水力和力学性能，并加剧水土流失等自然灾害的发生。几何尺寸是影响紫色土裂隙发育的主要因素，基于响应面设计对13组不同厚度和直径的紫色土泥浆试样开展室内干燥试验，利用数字图像处理技术和形态学算法进行裂隙形态参数的定量表征。结果表明：1）几何尺寸对干缩裂隙的面积率、长度密度、平均宽度密度和分形维数影响极显著。厚度是影响裂隙面积和形态不规则性的主要因素，而直径对裂隙长度和宽度发育的影响较厚度更加明显。并且直径和厚度对裂隙率、平均宽度密度及分形维数存在交互影响作用；2）裂隙形态主要呈“T”型，含少量“I”和“Y”型，厚度越小，裂隙分布越密集，裂隙网络越不规则。直径越小，裂隙网络越单一，裂隙朝着土体边缘分布。单根裂隙面积占比的概率密度随着裂隙面积的增大呈指数型衰减，频率分布符合Expdec函数曲线形式；3）裂隙发育存在明显的几何尺寸效应，其平均开裂应力随着直径的增大以幂函数曲线形式减少，厚度的增大将削弱直径对平均开裂应力的几何尺寸效应。研究结果对三峡库区紫色土裂隙形态和发育机制的认识具有一定参考意义。     

高压静电场对蒸馏水蒸发的影响

研究了高压静电场对蒸馏水蒸发过程的影响。把盛放在烧杯中的蒸馏水放入针-盘组成的电场中，在同样环境条件下进行了蒸发对比实验。实验结果表明：在实验条件下，施加电场后的蒸发速度是不施加电场的1.4倍左右，当针状电极至蒸馏水液面的距离不变时，蒸发速度随施加电压的增高而增高，但不是线性关系；当施加电压保持不变时，蒸发速度随针状电极至液面距离的增加而呈现“M”形变化，即此时存在最佳距离，在此距离下，蒸发速度最大。施加电场后的蒸发效果是不施加电场时蒸发效果与电场单独作用时蒸发效果的线性叠加。     

两种农用高吸水树脂的制备工艺及其土壤保水效果

针对中国目前农用高吸水树脂的研制和应用相对落后的现状，通过自行设计的工艺流程合成了两种淀粉接枝型高吸水树脂(SA和SAM)，利用正交试验设计优化了反应条件。用红外光谱和扫描电镜对接枝共聚物进行了表征，光谱分析证实了接枝共聚物的存在，扫描电镜显示了其多孔网状结构。两种接枝产物在蒸馏水及0.9%氯化钠湿基水溶液中均表现出较高的吸水能力。土壤蒸发试验结果表明，两种吸水树脂能够显著抑制土壤表面的水分蒸发，抑制蒸发作用随着树脂施用量的增加而增强，三元吸水树脂SAM优于二元SA的抑制效果。     

一种确定原状土样非饱和水力传导度的方法

提出了一种新的求参方法－“同定参数法”,按该方法求原状土样参数的原理设计制作了在装置,在求参过程中,通过迭代法修正水分特征曲线,求得原状土样非饱和水力传导度。     

山西省2006年度水土保持工作任务

2006年。全省水土保持的任务是：完成水土流失综合治理面积38万hm^2，生态修复面积76万hm^2，建设淤地坝282座，小型水保工程3120座。围绕完成治理任务。还要重点抓好“12236”：“1”是落实好资金扶持民营水保大户一项政策。要严格把关，把资金切实用于扶持一批扎实苦干、效果明显、急需支持、具有示范带动作用的治理大户；“2”是全力以赴开好两个会议。一个是两年一次的全省第11次小流域治理工作会，另一个是全国水土保持生态修复现场会。要尽快着手准备会议的各项前期工作，     

农业活动对中国区域“蒸发悖论”规律的影响

1960－2001年间,中国范围内气温增加显著、蒸发皿蒸发量呈下降趋势,存在“蒸发悖论”现象。该文根据中国土地利用数据划分的251个受农业活动影响较小地区和165个受农业活动影响显著地区气象站的气象数据,计算了1960－2001年两类站点蒸发皿蒸发量和气温的变化趋势,分析了不同农业活动影响地区“蒸发悖论”规律的差异及影响因素。结果显示受农业活动影响显著地区的气象站气温升高的站点比例和平均趋势弱于受农业活动影响较小地区的气象站点,而蒸发皿蒸发量下降的站点比例和平均趋势明显强于受农业活动影响较小地区的气象站点,且在比较干旱的北方地区差异更为显著。由此可以推断灌溉等农业活动对区域“蒸发悖论”规律具有显著影响。     

水稻整株秸秆还田机埋草刀轴的模糊可靠性优化设计

为使IZT-210型水稻整株秸秆还田机埋草刀轴的设计更趋合理,充分考虑设计中的模糊因素,将可靠性与模糊优化设计方法相结合,以刀轴质量最轻和可靠度最高为目标函数,建立了刀轴的模糊可靠性优化设计模型.通过编写MATLAB程序,获得了埋草刀轴的模糊优化设计结果,与传统设计方法相比,刀轴横截面积减小了33.3%.试验证明,刀轴的寿命提高了38.5%,可靠度提高了0.8%;埋草刀的磨损量减小了40%.     

小流域坝系相对稳定与布局优化规划模型研究

坝系相对稳定与优化布局规划是当前小流域坝系建设研究的热点领域。在对坝系规划及坝系相对稳定研究和应用现状综述的基础上,依据系统动力学的原理,采用经验法、动态仿真法和非线性规划法建立了基于拦泥库容、滞洪库容、溢洪道流量优化设计的坝系布局优化模型和建坝时序优化模型,编制了坝系规划计算机自动优化流程图,并以陕北黄土丘陵区韭园沟小流域坝系优化为例,对模型进行了实例验证,取得了较好的应用效果,对黄土高原丘陵沟壑区小流域坝系建设优化规划有借鉴和指导意义。     

离心泵径向导叶正叶片参数的优化设计

针对工业生产中常见的节段式多级泵径向导叶和叶轮匹配程度较低的问题,该文借鉴面积比原理,利用数学关系给出了径向导叶正叶片参数确定的新方法。基于FLUENT软件,采用标准k-ε模型、SIMPLEC算法对径向导叶式离心泵单级叶轮与导叶进行了数值验证。结果表明:导叶喉部面积对离心泵性能影响重大,Anderson的面积比系数对导叶式离心泵偏大;正导叶参数的优化设计能提高离心泵的效率,该文设计的最优模型相比传统方法设计的模型,设计工况下扬程提高2.3m,效率提高1.6%,优化设计有效。该研究可为节段式多级泵的水力优化提供参考。     

环量分布对基于反问题设计的混流泵优化结果的影响

为定量研究叶轮出口环量分布对导叶式混流泵优化结果的影响,该研究在试验验证数值模拟准确性的基础上,以反问题设计为基础,结合最优拉丁超立方抽样法,径向基神经网络模型和多岛遗传算法,以0.8Qdes、1.0Qdes和1.2Qdes处泵段加权效率为优化目标（Qdes表示设计流量）,以1.0Qdes处扬程变化小于3%为约束条件,在自由涡设计（叶轮出口环量恒定分布）和强迫涡设计（叶轮出口环量线性变化）两种不同方案下分别对比转速为511的导叶式混流泵叶轮进行参数化优化,并对优化结果进行对比分析。研究结果表明：以轮毂处环量值作为翼展方向环量分布控制参数,结合连续性方程、能量方程和径向平衡方程,对叶轮出口处环量分布进行计算是可行的;局部敏感性分析表明环量控制参数对优化结果具有较大影响,在优化设计中应该被考虑;自由涡设计优化结果的加权效率为84.14%,而在强迫涡设计中该加权效率为85.08%,且两者扬程均满足约束条件,内流分析表明强迫涡设计中效率的提升主要由叶轮出口附近流态的改善引起。研究结果可为同类型涡轮机械的优化设计提供参考。     

贯流式水轮机转轮叶片的多学科优化设计

为了变革传统的转轮优化设计方法,在缩短转轮研发周期的同时能确保转轮安全、高效的运行,有必要开展转轮的多学科优化设计方法研究。该文基于多学科可行性优化策略(multidisciplinary feasible method,MDF)提出了一种能兼顾水力性能和强度应力的贯流式转轮叶片多学科优化设计方法。该方法以转轮叶片的几何形状参数作为优化变量,以转轮叶片的水力效率以及叶片上的最大静应力值作为优化目标,并通过MDF策略构建整个多学科优化求解系统,同时引入NSGA-II算法作为寻优算法开展了贯流式叶片的多学科优化设计。优化过程中,采用弱耦合方法完成每个优化个体的多学科性能分析以缩减整个优化流程的计算时间,提升了该方法的工程实用性。采用该方法对某电站的贯流式水轮机模型转轮进行优化,优化后水轮机的水力效率提高了0.3%,转轮叶片的最大应力值降低了16.3%,表明该方法是有效的,并具有实际的工程应用价值。     

保鲜运输用高压雾化加湿系统湿度调节特性的试验研究

为解决果蔬保鲜运输用高压雾化加湿系统的设计问题,建立了高压雾化加湿系统试验平台。通过改变保鲜厢体中回风道风速、开孔隔板开孔率、回风道长度等,研究各因素对加湿效率和湿度分布的影响,分析高压雾化加湿系统的湿度调节特性。结果表明：设计的保鲜厢体结构有利于加速液滴雾化,防止果蔬包装箱强度降低;高压雾化加湿系统加湿效率与风速、开孔率呈非线性关系;在风速和开孔率相同的情况下,回风道越长,保鲜室内湿度分布越均匀;确定开孔率为7.56%,风速为8m/s,回风通道长度为1.5m为本试验平台的最优的工作参数组合。研究结果对保鲜运输用高压雾化加湿系统的设计具有一定的参考价值。     

基于CFD的离心泵优化设计与试验

为了提高离心泵的效率,以叶轮效率最大为优化目标进行优化设计。对叶轮进行参数化设计,以实现叶轮几何形状的自动控制以及为优化计算提供优化变量。选择控制叶片积叠线周向定位的2个参数作为优化变量,以?3°～3°作为优化变量的约束范围。利用人工神经网络的学习功能,建立了目标函数与优化变量之间的映射关系。采用遗传算法寻找目标函数的最优值,得到优化变量约束范围内的最优叶轮模型。数值计算结果表明：在设计流量点1 200 m3/h时,优化后叶轮的效率较优化前提高了4.02个百分点,离心泵的效率提高了4.41个百分点,扬程提升了2.63 m。针对非设计工况点性能改善不明显这一问题,对原始蜗壳进行重新设计并与优化叶轮组合进行数值计算。在设计工况点效率提高了1.59%,在1.2倍设计工况点处效率提升了9.93%,在1.4倍设计工况点处效率提升了8.83%;较原始叶轮与原始蜗壳的组合,在设计工况点泵的效率提高了6%,在1.2倍设计工况点点效率提高了9.2%,在1.4倍设计工况点点效率提高了8.59%。优化拓宽了水泵运行的高效区,增强了泵的运行稳定性,离心泵的性能得到了优化,叶轮与蜗壳之间的匹配更合理。该研究对离心泵的优化设计提供了参考。     

轴流泵叶片设计协同优化算法

为满足轴流泵叶片的水力和结构性能,对轴流泵叶片采用基于i S I G H T的多学科设计优化。在确立叶栅稠密度及其沿展向变化规律、轮毂比和厚度比作为设计变量的基础上,建立了轴流泵叶片多学科协同优化模型,提出了协同优化算法在轴流泵叶片多学科设计优化过程中的改进方法,系统级采用约束松弛法,子系统级采用响应面法。经实例运行,证实了基于约束松弛的协同优化算法能够很好地解决轴流泵泵叶片设计中2个学科的耦合以及数据量大和数据关系复杂的问题。同时约束松弛法的引入又使得协同优化的计算收敛更快,可靠性更高。通过模型泵试验证实了多学科设计优化提高了轴流泵叶片的综合性能,可有效兼顾高效、轻量化的要求。     

低风速适用型水平轴风力机气动性能优化与试验

为开发低风资源适用型风力机,以100 W水平轴风力机为研究对象,分析不同设计叶尖速比和设计攻角对风轮变风况气动性能的影响;考虑低风速地区风资源数据统计特点,以提高年发电量和降低启动风速为目标,以设计叶尖速比、设计攻角、叶片弦长和扭角为变量,采用NSGA-II算法进行全局多目标气动寻优;开展风力机性能测试试验。结果表明,优化后年发电量提高了9.14%,风轮启动转矩提高了9.62%;在不同负载条件下,优化叶片功率输出均有明显提高,启动风速由3.84 m/s降低到3.03 m/s;该方法避免设计陷入局部优化,提供一种低启动风速与高功率输出矛盾解决方案,为低风速水平轴风力机设计与应用提供重要参考。     

轴流泵多工况优化设计及效果分析

为了提高轴流泵非设计工况的运行效率,拓宽轴流泵高效区范围,对轴流泵进行多工况优化设计。结合轴流泵段的模型试验,采用数值模拟手段和数值优化技术,改变叶轮的几何设计参数。对轴流泵叶片进行参数化建模,再对轴流泵叶轮结果进行泵段数值模拟。最后以轴流泵段3个流量工况点的加权平均效率最高,扬程为约束条件,改变轴流泵叶轮的设计参数,对轴流泵段进行多工况优化设计。研究结果表明:优化后轴流泵段效率曲线较初始泵段明显变宽,其中小流量工况点效率提高约2.6%,设计工况点效率提高约0.5%,大流量工况点效率提高最多,约7.4%,而对于扬程变化范围较小,各工况点扬程均能满足运行要求,大大降低了运行成本,缩短了优化设计的周期。同时采用CFD计算的学科分析方式,结合试验研究的手段取代人工凭经验的优化方式,证实了轴流泵段多工况优化设计的可靠性、高效性。该研究将为泵站的高效运行和轴流泵的多工况优化设计提供参考。