基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

干湿交替灌溉和施氮量对水稻内源激素及氮素利用的影响

为探讨干湿交替灌溉与施氮水平对水稻根系内源激素水平及氮肥利用的影响,以连粳7号为材料,采用防雨棚土培试验,研究3个灌溉方式:浅水层灌溉、轻度干湿交替灌溉、重度干湿交替灌溉与3个氮肥水平(0、240和360 kg/hm2)对水稻根系内源激素(玉米素及玉米素核苷(Z+ZR)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA))、叶片氮代谢酶活性(硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT))、植株氮素累积量及氮肥利用效率的影响及其耦合效应。研究结果表明:在相同施氮水平下,轻度干湿交替灌溉促进根系Z+ZR、IAA合成,提高叶片中NR、GS及GOGAT活性,氮肥吸收利用率显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉则抑制根系Z+ZR、IAA合成,降低叶片NR、GS及GOGAT活性,植株氮素累积量及氮肥利用效率显著降低(P0.05),而根系ABA含量则明显增加(P0.05);在相同灌溉方式下,根系Z+ZR、IAA含量、叶片氮代谢酶活性及氮肥累积量在保持水层及轻度干湿交替下随着施氮量的增加而增加,而在重度干湿交替灌溉下则随着施氮量的增加先增加后降低,中氮处理明显提高氮肥利用效率(P0.05)。相关分析表明:根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶活性与氮肥吸收利用率呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系,而脱落酸含量则与氮肥吸收利用率呈极显著的负相关关系(P0.01)。根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶供氮效应为正效应,抽穗后,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应为正效应,而重度干湿交替灌溉则为负效应。该研究对探索水氮耦合机理,为水稻高产高效栽培实践提供理论及科学依据。     

陕西省经济实力与环境承载力协调度的时空演变格局

[目的]研究陕西省10个地级市的经济实力与环境承载力的协调度,为未来城市经济发展提供一定的理论参考。[方法]运用熵值法构建经济实力和环境承载力的指标体系,结合耦合协调度模型对经济和环境之间协调度的发展趋势进行研究,并借助ArcGIS工具对二者的空间格局进行探讨。[结果](1)陕西省10个地市的经济发展和环境承载力发展趋势呈现总体上升且稳定发展的态势,各个城市的环境承载力水平较高,发展速度差别不大且波动幅度小。(2)2005—2014年10个城市经济实力与环境承载力的耦合度和耦合协调度变化趋势基本相同,呈缓慢上升趋势;耦合协调度的空间组合不同,陕西省北部和中部城市经济发展和环境承载力的耦合协调度较高,南部城市耦合协调度水平低。[结论]陕西省10个地市经济实力与环境承载力协调度总体差异大,省会西安市所处的关中地区发展好,陕北地区次之,陕南地区的安康市和商洛市经济实力较弱。     

长江经济带产业—碳排放—土地协同发展研究

[目的] 研究长江经济带产业发展、土地利用及碳排放指数间的内在响应关系及作用机理,为区域协同发展提供思路。[方法] 基于GM (1,1)预测模型对产业发展、土地利用及碳排放指数进行灰色预测后进行耦合协调度分析,并运用PVAR模型探讨三者间的响应关系。[结果] ①区域各要素间的耦合度高于协调度,耦合协调状态呈增长趋势,而区域内部则呈现自下游至上游的降低趋势。②土地利用强度对于产业发展于前两期呈正向冲击,产业发展对碳排放为滞后2期内的先负而后转正冲击的倒V型波动趋势,土地利用对碳排放呈现明显的正相关脉冲响应。③三要素主要依赖于自身的发展路径,但产业发展对碳排放强度的解释力高于土地利用强度对其的解释力,而随着期数的增加,二者对碳排放的影响趋势均呈现增长趋势。[结论] 经济发展过程中产业结构调整及土地利用的配置和保障不可或缺,而碳排放作为未来发展中的重要制约因素也不可忽视,探索三者间的响应关系,能够更好地为区域协调发展提供依据。     

“三生空间”视角下宜昌市景观生态安全评价及其耦合特征分析

为了探究典型生态脆弱区的景观生态安全格局变化规律,以湖北省宜昌市为研究对象,基于2000—2015年4期土地利用遥感监测数据和社会经济数据,从三生空间视角构建“三生空间”(生产空间、生活空间和生态空间)土地利用分类模型,对宜昌市近15年间景观生态安全时空演变特征及耦合协调度进行了系统分析。结果表明:(1)2000—2015年,宜昌市以林地为主的生态空间面积占比最大,且各时期占比均在71%以上;(2)2000—2015年,宜昌市景观生态安全整体呈现西北—西南高、东部低的空间分布特征,安全区集中分布在土家族自治县、夷陵区,不安全区主要分布在当阳市等低海拔地区;(3)2000—2015年宜昌市景观生态风险冷点、次冷点数量增加,次热点和热点均呈现先增加后减少态势。(4)宜昌市“三生空间”景观生态安全的耦合协调度水平不高,整体上呈现“东高西低”的空间分布特征,西北、西南山区景观生态安全耦合协调度明显优于东部地区。研究结果表明区域土地利用格局和人类社会经济活动影响以及制约区域景观生态安全及其耦合协调性,故需优化区域生态空间格局、提升土地资源集约利用效率,促进宜昌市生态环境可持续发展。     

植物根系对土壤水力参数影响的定量研究综述

植物根系是土壤结构以及土壤水力参数变化的重要影响要素。目前不仅缺乏定量描述“根-孔隙-土壤水力参数”相互作用的研究方法,在更大尺度上根系作用的客观表达也尚不明确,由此导致降雨入渗、径流和蒸发等流域水文过程的精细刻画与模拟预测具有很大的不确定性。基于文献检索,本文对国内外相关研究进行了回顾与梳理,量化了植物根系对土壤水力参数的改变和影响,并提出其与植被、土壤类型的响应方式,总结了植物根系动态性生长下的土壤水力参数定量表述及其预测模型进展。同时分析了在定量研究根-土复合系统中存在的问题及未来研究的发展方向,指出目前根系影响土壤水力参数的研究主要集中在小尺度控制实验方面,忽略了大尺度下土壤空间异质性及外部环境因素的干扰,强调大尺度根系作用和根系参数纳入土壤结构的重要性和实际意义,进一步与水文模型的深度耦合逐渐成为未来研究的热点。     

不同仓型的粮堆温度场重现及对比分析

为了揭示不同仓型粮堆内温度场和水气分压场随季节的变化规律及其对储粮安全的影响,该文以天津地区的钢板浅圆仓和平房仓为研究对象,以小麦为储粮目标,采用阵列式分布的温度传感器监测粮堆温度,利用温度拟合算法和WU模型构建粮堆温度场模型,重现粮堆在冬末春初之际和夏季的温度场和水气分压场分布;根据温湿度场耦合理论分析其云图特征,并在此基础上比较2种仓储粮状态的差异。结果表明:夏季,浅圆仓和平房仓的小麦粮堆中均存在大体积的冷芯,使整个粮堆可以安全度夏;冬春交替之际,2种仓的粮堆中均存在多区域分层现象,但由于浅圆仓的表层粮堆水分吸收速率大于平房仓,致使次年春季浅圆仓的粮堆表层更易发生结露;根据平房仓小麦粮堆的等温曲线变化方向可推测有邻仓存在,且由2个毗邻的平房仓温度场融汇度可判定邻仓有储粮。研究结果将为粮堆结露研究提供新思路,为结露预测提供理论依据。     

水肥耦合大幅提高水肥利用率

土壤不仅是作物生长的载体,更为作物提供了必须的生活条件。土壤肥力是土壤的基本属性和本质特征,也就是供应与协调植物正常生长发育所需的水、肥、气、热条件的能力。在土壤肥力四大因子中,     

流固耦合作用对离心泵内外特性的影响

应用双向流固耦合方法对导叶式离心泵的外特性和内流场进行分析,研究流固耦合作用对外特性影响的内流机理。流场的定常数值模拟采用雷诺时均方法和标准k-ε湍流模型,非定常数值模拟采用大涡模拟方法,结构响应采用线性瞬态动力学方程。通过对流固耦合前后内部流场的对比,包括叶轮出口处的总压分布和相对速度分布,分析了流固耦合作用对外特性预测值影响的内流机理。同时,对叶轮出口处的压力脉动进行了分析。结果表明,流固耦合作用产生的叶轮变形,尤其是叶轮出口处的较大变形是导致离心泵外特性预测值变化的主要原因。考虑流固耦合作用后,叶轮出口处压力脉动周期性变化的总体趋势与非流固耦合结果基本一致,但振幅更大。考虑流固耦合作用后的最大压力脉动幅值提高了3.1%。研究结果为离心泵性能预测及流动诱导振动的研究提供参考。     

液氮充注气调保鲜运输厢内环境因素间耦合关系

为掌握液氮充注气调运输保鲜环境因素间的耦合关系,搭建了气调运输保鲜环境调控试验平台。通过试验分别研究了制冷、高压雾化加湿、液氮充注气调、换气等调节过程对保鲜环境中温度、相对湿度、氧气体积分数、二氧化碳体积分数等参数的影响。结果表明:液氮充注气调在快速降低氧气体积分数的同时,对温度和相对湿度影响均较大;制冷在降低温度的同时,对相对湿度影响较大;采用高压雾化加湿时,对温度影响较小,空气压缩机吸入外界空气将对氧气体积分数产生较大影响,而吸入厢体内气体对氧气体积分数影响均很小;换气对厢体内氧气体积分数和二氧化碳体积分数影响较大。研究结果可供气调运输保鲜环境综合调控提供参考。