面向流固耦合缩比模型的相似性规律及其验证

针对大规模流固耦合数值模拟计算量大等问题,以柔性片状颗粒风分数值模拟为例,在分析实际模型的基础上,基于量纲相似原理建立了柔性片状颗粒风分仓缩比模型。在CFD中采用k-ε标准湍流模型进行流场仿真,通过分析不同截面的流场分布以及各个进出风口的截面速度验证了缩比模型内流场相似性;采用CFD-DEM耦合方法对柔性片状颗粒风分过程进行仿真,通过分析柔性片状颗粒位移与速度验证了颗粒运动轨迹的相似性。结果表明,在使用CFD-DEM耦合方法对柔性片状颗粒进行仿真分析时,使用缩比模型可以缩减仿真时间65%,提高仿真效率,且缩比模型的仿真结果在误差可控范围内。     

应用遥感信息模型理论建立融雪径流模型的初步研究

在遥感信息模型建模理论基础上,结合该领域较为成熟的SRM模型,提出融雪径流信息模型,进行了初步评价和分析.该模型的提出,体现量纲分析/相似准则在地理现象中的应用;模型的价值只有在实践中才能得到体现,笔者在今后的研究中将继续深入,通过实际数据检验模型精度.     

低碳农业评估数学模型的研究

为系统了解各种农业生产过程中不同农艺措施与温室气体排放的定量关系,对农业生产过程中涉及温室气体排放和固碳的环节进行了详细梳理分析,并采用量纲分析法建立了低碳农业评估数学模型。利用模型可计算得到各种农业生产过程中的具体碳消耗量、温室气体排放量、温室气体回收利用量以及碳储存量,并可综合评估区域农业温室气体排放水平。     

均质土微润灌湿润体模型构建及验证

为探明微润灌土壤湿润体运移的影响因素和变化规律,设置了56种微润灌情景(8种土壤质地、3种土壤基质势和10种微润管比流量的不同组合),利用HYDRUS-2D软件,模拟研究土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体的影响。综合考虑单位长度总渗水量、土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量等影响因素,基于量纲分析方法,建立了一种均质土微润灌湿润体尺寸估算模型,并利用数值模拟结果,定量获取了所建模型的待定参数,最后,采用试验资料评价了估算模型的可靠性。结果表明,土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体形状影响较小,且在湿润锋未到达地表前,湿润体形状均为以线源为轴线的近似"椭圆柱体";相同土壤饱和导水率条件下,土壤湿润体水平、垂直向下和垂直向上方向上的湿润锋运移速率均随土壤基质势和微润管比流量增大而增大;当土壤基质势和微润管比流量恒定时,随土壤饱和导水率数值的增大,垂直向上和水平方向的湿润锋运移速率逐渐减小,而垂直向下的湿润锋运移速率存在先减小后增大的现象;所建模型的统计指标平均绝对误差、均方根误差均趋近于0,纳什效率接近1,说明模型估算效果良好,可为微润灌工程的运行及管理提供科学依据。     

虹吸管道坡度对气液两相流动特性影响的试验研究

为了探明坡度对中行管段倾斜布置的正虹吸管路水力特性的影响,设置11个不同坡度(0、±1/60、±1/30、±1/20、±1/15、±1/10)和2个安装高度(4、6 m)在不同水位差下量测了虹吸管内的气液两相流动现象、含气率、气泡的运动速度、过流能力及总水头损失等水力特性。通过试验得到了正坡和逆坡管路坡度变化对管路水气流动现象的影响规律,揭示了坡度改变对管内含气率和气泡运动速度、虹吸管路流量及管路水头损失的影响规律,并结合理论分析探讨了气体存在对流量和总水头损失的影响。结果表明,随着坡度逐渐增大,管内伪空化现象逐渐减弱,气体的体积逐渐减小,含气率逐渐减小,气泡运动速度逐渐加快,虹吸管路的输水流量逐渐增大,总水头损失也逐渐增大。通过量纲分析的方法,推导出适用于倾斜布置的不同坡度下正虹吸管路输水流量的计算公式;经验证,公式计算值与实测值相接近,逆坡管路中相对误差控制在±6%,正坡管路控制在±7%。以上探究结果为实际工程中管路布置形式提供了参考依据。     

基于量纲分析的畦灌灌水质量评价模型

灌水质量评价是提高灌溉管理水平、改善畦灌质量的重要依据。针对畦灌灌水质量影响因素较多造成分析和评价困难的问题,该文以畦灌试验资料为基础,采用量纲分析和数值模拟相结合的方法,构建了估算畦尾闭合条件下的畦灌灌水质量指标(灌水效率、灌水均匀度和储水效率)计算模型,其所建模型对各灌水技术要素有效组合下的灌水质量指标进行计算,结果表明估算值与采用零惯量模型的模拟值具有较高一致性,两者相对误差的绝对值均值分别为6.72%、6.57%和4.93%,其相关系数R2分别为0.987、0.969和0.990,并采用SPSS软件对估算值和零惯量模型的模拟值进行显著性检验(显著性水平P0.05),其灌水效率、灌水均匀度和储水效率估算值和模拟值的显著性指标分别为0.226、0.142和0.271,结果表明两者无显著性差异。结合已有文献资料,对文中所建畦灌灌水质量指标计算模型的可靠性进行了验证,结果表明灌水效率、灌水均匀度和储水效率的估算值与实测值具有较高的一致性,两者相对误差的绝对值均值分别为7.76%、9.15%和7.08%。由此说明,该文所建立的畦灌灌水质量指标计算模型具有高的可靠性,且具有较强的普适性。研究结果可为畦灌灌水质量评价和灌水方案设计提供科学依据和技术支持。     

水平管内油气两相流型转变的实验研究

通过进行水平管内油气两相流型实验，对影响管内油气两相流型转换的各种因素进行了综合的分析，并根据所作的油气两相流型试验结果，用量纳分析的方法得出了各流型间转换的准则关系式，以期达到准确定量地预报水平及倾斜管中油气两相流型的目的。     

基于水量平衡原理的畦灌下渗水形状系数变化规律研究

以往水量平衡模型应用中,通常认为在同一次灌水过程中的下渗水形状系数为恒定值,使模型精度受到一定影响。基于此,本试验以水量平衡原理为基础,结合量纲分析,研究了畦灌过程中的下渗水形状系数变化规律并提出了估算其值的经验计算式。结果表明,同一次畦灌过程中下渗水形状系数并非恒定值,而是随灌水时间和水流推进距离等因素变化的。结合已有文献资料验证,结果表明采用水量平衡模型模拟畦灌水流运动过程,同时考虑动态的地表储水形状系数和下渗水形状系数取值,可有效提高模型的计算精度。同时也表明采用本文所建经验计算式估算畦灌下渗水形状系数值是可靠的。     

不同坡度下摆杆式测流仪量水特性的研究

灌区精准量水是实现水资源可持续发展的关键所在,针对明渠测流技术提出了一种基于摆杆摆动角度与渠道过水断面瞬时流量之间关系的明渠测流方法。为了研究不同坡度下摆杆式明渠测流装置的测流特性,利用摆杆式测流仪器在D50 U型渠道上进行测流试验,并结合量纲分析法对试验结果进行处理,研究表明:摆杆式明渠测流仪摆动角度θ与渠道过水断面瞬时流量Q之间关系为:Q=K(L sinθ)5/2,在坡度为1/500、1/1 000、1/2 000、1/5 000与1/10 000的D50 U型渠道中线性相关性良好,测量精度可以满足明渠测流要求。