尾水管深度对轴流定桨式水轮机性能的影响

尾水管深度对水轮机的效率及稳定性都有重要影响。为解决某电站水轮机效率及出力不足的问题,采用数值模拟的方法,分析了尾水管深度变化对水轮机性能的影响。通过几个不同尾水管加深方案的比较分析,得出尾水管深度在一定范围内增加能有效提高尾水管回能系数,降低扩散损失。但由于沿程摩擦损失会随深度增加而增大,因而综合考虑损失、效率及经济性因素,最终选定尾水管深度为3.0D1的尾水管深度方案。同时,为保证水轮机的运行稳定性,也比较了该方案对流场稳定性的影响,分析了湍动能及脉动的变化。结果表明尾水管与转轮内流场存在相互作用,直锥段加高后不但会降低直锥段出口的湍动能,也会减轻转轮出口的湍动能。即尾水管内流动的改善也会降低转轮出口附近流场的紊乱程度,显著降低了转轮所受到的径向力及压力脉动峰峰值,提升了转轮内流场的稳定性。此外尾水管深度改变方案对转轮空化性能的影响不大,转轮叶片背面的最低压力范围基本没有变化。     

开放式奶牛舍扰流风机扩散器性能参数优化

为了提高奶牛舍夏季扰流风机的降温效果,在不改变扰流风机外形尺寸以及叶片形状的条件下,通过数值模拟以及现场实验的方法,优化扰流风机扩散器性能参数来提高风机性能。选取扩散器的开合角为90°、120°、150°和180°,以及扩散器的长度为150、250、350、450、550、650 mm,利用CFD数值模拟建立了24种扩散器扰流风机的几何模型,以扰流风机性能、距扰流风机轴心0.5~1.0 m处的流场速度分布以及气流不均匀系数为评价指标,优化了扰流风机扩散器开合角和长度。结果表明,150°/250 mm扩散器使得扰流风机的风量提高了3.80%,能效比增加11%,轴心速度较大,且气流均匀性较好。     

变速流操作调控循环水养殖系统水质效果研究

为了避免循环水养殖排氨高峰期氨氮和亚硝酸盐积累对养殖动物的毒害,提高生产效率,降低成本,提出了一种循环水养殖系统变速流调控技术。实验分别研究了罗非鱼群排氨规律、生物滤池硝化能力与流量关系以及循环率对循环系统水质的影响,设计了变速流参数并进行验证。研究结果表明,罗非鱼群摄食后12 h内4~8 h达到最大排氨速率(0.21~0.23 g/h),其他时间排氨速率为0.08~0.09 g/h;生物滤池的硝化速率基本不受流量的影响,但流量越高出水氨氮和亚硝酸盐质量浓度越低,并且最大氨氧化速率(7.72 g/(m3·h))高于最大亚硝酸盐氧化速率(7.21 g/(m3·h));在实验循环水系统中,375 L/h循环流量下氨氮和亚硝酸盐质量浓度高于750 L/h循环流量下质量浓度,且12 h内峰值超过限制质量浓度。根据以上结果设计的4~8 h内增加循环流量的变速流操作将高峰期氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度分别降至2.03~2.24 mg/L和0.56~0.62 mg/L,低于罗非鱼限制质量浓度,并且变速流易于实现,在提高养殖水质的同时降低成本,为水质调控和低成本循环水养殖技术提供了参考。     

双流道泵叶轮边界涡量流分析与水力优化

为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流(BVF)、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性地调整影响双流道泵叶轮内流状态的结构参数,得到优化后的双流道泵叶轮。联合CFD计算和边界涡量动力学流动诊断方法,对比分析了优化前后的双流道泵叶轮,结果表明:优化后叶轮表面的BVF、摩擦力线以及涡线分布得到明显改善,BVF峰值和均值均显著降低,均匀性指数更接近于1,流动分离被抑制,叶轮受力状况得到改善,扬程和效率等水力性能明显提高。研究结果证明了基于边界涡量动力学理论的流动诊断和优化方法在流道式叶轮机械中应用的可行性。     

不同面积比射流混药器的混药特性试验

建立射流混药器模型函数特性方程,理论分析不同结构参数的射流混药器混药状态下的压力比h与混药比q的函数关系,对面积比m∈(0.86,12.76)内25种面积比的射流混药器在工作压力范围0.4~1.2MPa内5个工作压力水平下进行在线混药特性试验,分析不同面积比射流混药器的压力比与混药比的变化规律。试验结果表明:射流混药器的h-q特性曲线斜率只与面积比m有关,与工作压力无关;不同面积比的射流混药器的压力比h和混药比q都呈线性递减,小面积比的射流混药器具有小混药比及高压力比的特点。定压力比h=0.35时,只有面积比m4.34的射流混药器处于混药工作状态(q0),其他面积比的射流混药器均处于回流状态(q0)。面积比m对射流混药器的混药区间hj影响显著,面积比m从1.34增大到4.13,混药区间hj从0.68衰减到0.35,降幅48.5%。以最大混药比q0.1、混药区间hj0.3 5为设计需求,射流混药器的面积比m范围为1.7 3~4.1 3。     

气吹式播种机气室结构对流场性能的影响分析

通过对国内外育苗播种机供种方式的研究,设计了一种基于气吹式供种的新方案,并对种箱气室进行了理论分析研究,包括种箱气室内部流场数学模型研究。同时,设计了3种结构形状的气室,运用Fluent软件平台,分别在不同高度,不同宽度、不同入口速度情况下进行正交数值模拟实验,找出各因素对种箱气室出口流场均匀性和出口速度的影响规律及结果,显示种箱气室的入口速度和气室宽度对实验结果有显著性影响,种箱气室结构形状是气室出口速度的大小及流场均匀性为主要影响因素。仿真实验结果为后期样机的制作及其试验提供了有效的理论基础。     

微联合收获机气流式清选装置嵌入式设计

微型联合收割机气流式清选装置作业过程中,由于其转速较高,容易产生籽粒损失问题,当风力不足时,还容易出现堵塞问题,影响了机器的正常收割作业。为此,提出了一种新型气流式清选装置。该装置利用嵌入式单片机和μC/OS-II实时操作系统增加了反馈监测设备,借助高速摄像拍摄不同籽粒和茎秆杂质在清选装置中的运动情况,对电机的最佳转速进行调节。为了实现装置的实时监控和反馈调节,将μC/OS-II实时系统在MC9S12XS128单片机上进行了移植,取得了良好效果。对清选装置进行了测试,结果表明:清选装置可在较低转速下完成对谷物籽粒和杂物的分离,损失率低,分离效率较高,符合高精度微型联合收割机的设计标准。     

流道结构对非旋转折射式喷头水力性能影响的试验研究

以非旋转折射式喷头为研究对象,设计散水盘的流道长度、流道个数和流道出口形状,通过正交试验测试了单喷头水量分布,采用线性插值法计算射程,通过直接叠加法得到组合水量分布,计算了2.5m喷头间距下的组合均匀性系数,并运用极差分析法研究了流道结构参数对喷头水力性能的影响。结果表明:不同流道长度、流道个数和流道出口形状非旋转折射式喷头的单喷头水量分布呈波浪形上下浮动,但波动的幅度有差异。流道结构参数对射程影响的主次顺序为流道长度、流道个数、流道出口形状,对喷灌强度峰值影响的主次顺序为流道个数、流道长度、流道出口形状,对组合喷洒均匀性系数影响的主次顺序为流道个数、流道长度、流道出口形状。     

涌泉灌双向流流道稳流器工作机理与水力性能分析

为了研究双向流稳流器流道结构的水力特性,以其内部双向流形成装置和结构参数为研究对象,取流道结构参数八字形分水件张角α,V字形挡水件张角β、八字形分水件中部过水孔宽度d为因素安排试验方案,利用激光精雕技术制作稳流器样机进行水力试验,测得0.05~0.21 MPa等9个不同压力对应的流量值,应用多元回归拟合其流态指数在0.476~0.501,其水力性能良好;同时采用水力学计算方法,计算当稳流器工作水头分别在5~15 m时,流道总局部损失系数为18.3~19.8,大约是1组传统流道形式局部损失系数的4~10倍,从水力学计算的角度表明双向流流道消能效果的优越性;采用Minitab软件的Gauss-Newton算法进行多元回归,迭代次数设为200次,建立流态指数与结构参数之间的回归方程,通过显著性检验和相关系数检验结论一致,均显示回归效果具有统计学意义,且各因子的系数均有意义,为其流道参数化设计、结构优化以及在农业工程中的研发与应用提供了理论依据.     

蜗壳断面形状及叶轮位置对蜗壳式轴流泵性能的影响

根据速度系数法设计了1种对称的“马蹄形”断面蜗壳和2种非对称的 “圆形”断面蜗壳与相同的轴流泵叶轮组合,并基于标准k-ε模型封闭的雷诺平均方程,应用 ANSYS CFX 14.5 软件,对设计的3个蜗壳式轴流泵内部的三维流动开展数值模拟.当采用“马蹄形”蜗壳时,设计流量点的扬程和效率最低,蜗壳内部压力分布不如非对称的圆形断面蜗壳均匀.选择水力效率相对较高的蜗壳,将4种轴向位置不同的叶轮与该蜗壳组合,并进行三维流动数值模拟,结果表明:叶轮出口与蜗壳进口中间平面距离40 mm时,轴流泵效率最高,叶轮出口与蜗壳进口中间平面距离80 mm时,轴流泵效率最低.此时,过流段和蜗壳内有明显回流和旋涡.轴流式叶轮与蜗壳的相对位置对蜗壳轴流泵的扬程-流量曲线和效率-流量曲线都有明显的影响.