基于群论方法的粘性流动的相似性解

用群论方法求出了平板边界层、二维射流、涡丝扩散3种情况下粘性流动的相似性解,回避了一般教科书中求解该问题时所使用的大量的物理推理和逻辑试探,从而使求解过程显得简单明了.     

射流搅拌提高牛粪中温厌氧发酵产沼气性能

现有中温沼气工程的搅拌方式以机械搅拌和沼液回流搅拌为主,存在产气率低、设备难以维护、长期运行不稳定等问题。该研究设计了一种射流搅拌技术,集沼液回流搅拌和沼气搅拌于一体,试验用于牛粪中温厌氧发酵产沼气。通过沼气产率、营养基质消耗、微生物种类和数量的变化等方面分析射流搅拌强化牛粪中温厌氧发酵产气的效果及机理。结果表明:发酵期30 d内,无搅拌、机械搅拌、沼液回流搅拌和射流搅拌的总产气量分别为52.34、64.30、61.97和71.22 L;原料产气量分别为0.238、0.292、0.282和0.324 L/g,射流搅拌厌氧反应器的原料产气量比无搅拌、机械搅拌、沼液回流搅拌分别提高了36.1%、22.9%、18.4%;射流搅拌方式中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)降解率最高达到60.8%;在产甲烷高峰期发酵第10天左右,射流搅拌反应器内产甲烷菌最大值达2.0×108个/m L;挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)浓度的降速较其他有搅拌方式快,VFA无积累,不受高浓度VFA的产物反馈抑制或底物抑制。     

喷射蒸煮技术在制备易消化玉米浓缩蛋白中的应用

为了提供一种具有良好消化性的玉米蛋白,该研究以玉米黄粉(corn gluten meal,CGM)为原料,利用亚临界脱脂及酶解超滤技术制备了一种蛋白纯度较高的玉米浓缩蛋白(corn protein concentrates,CPC),并重点考察了制备过程中喷射蒸煮对玉米浓缩蛋白功能性质及消化性的影响。研究结果表明,经喷射蒸煮处理后的玉米浓缩蛋白(jet cooking corn protein concentrates,JC-CPC),普通高温处理的玉米浓缩蛋白(heat treatment corn protein concentrates,HT-CPC)以及未经高温处理的玉米浓缩蛋白(CPC),三者在蛋白质质量分数及氨基酸组成上无明显差异(P0.05)。但JC-CPC的溶解性及功能性质(持水性、起泡性及泡沫稳定性)均显著高于CPC和HT-CPC(P0.05)。体外模拟消化试验结果表明,JC-CPC的水解度(24.02%±0.49%)明显高于CPC和HT-CPC(分别为9.23%±0.45%和14.52%±1.26%)(P0.05),其可溶性氮释放量(62.05%±0.75%)亦高于HT-CPC(40.25%±0.19%)、JC-CPC(21.02%±0.72%)(P0.05)。同时,JC-CPC消化产物的抗氧化试验结果表明,其消化产物具有较高的还原力及1,1-二苯基-2-苦基肼(1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基的清除能力。因此,利用喷射蒸煮技术,结合亚临界及超滤除杂技术能够为食品工业提供一种具有良好消化性的玉米浓缩蛋白,有望为玉米黄粉的利用提供一条有效途径。     

基于数值模拟的射流式吸肥器结构尺寸优化及性能试验

为提高射流式吸肥器的吸肥性能,使其满足水肥一体化灌溉系统中的大吸肥量需求,该研究以大吸肥量和高吸肥效率为目标,对射流式吸肥器内部结构尺寸进行优化设计。选取表征吸肥器结构的4个参数即吸肥腔收缩角、吸肥腔直径、喉部直径比以及喉部收缩比作为结构优化参数,以吸肥量、进口流量比、吸肥浓度、吸肥效率作为评价吸肥器吸肥性能的4个指标,运用CFD数值模拟和试验相结合的方法,确定吸肥性能最优的结构组合参数,并利用3D打印技术制作最佳结构参数的吸肥器实体,对其在不同进口压力下的吸肥性能进行分析。结果表明:在相同进口压力下,吸肥性能评价指标随吸肥腔收缩角、吸肥腔直径和喉部直径比的增大呈先增大后减小的趋势,均存在吸肥性能峰值;而随喉部收缩比增大,吸肥量逐渐增加,进口流量比、吸肥效率、吸肥浓度值明显降低;根据模拟结果确定了吸肥器最佳结构参数组合为吸肥腔收缩角80°、吸肥腔直径22 mm、喉部直径比2.5、喉部收缩比0.2。在0.15～0.30 MPa压力范围内,吸肥器优化后相比优化前的吸肥量和吸肥效率分别增大76%～107%和22%～42%。优化后的射流式吸肥器吸肥性能得到显著提高,适用于大吸肥量需求的水肥灌溉系统。     

高低空急流在一次暴雨过程中的动力作用

利用常规台站降水资料和NCEP/NCAR一日四次的1°×1°再分析资料,使用天气动力学诊断方法,分析了高低空急流及其次级环流在辽宁2010年8月4至5日区域性暴雨过程中的动力作用。结果表此次暴雨过程发生在“东高西低”的大尺度环流形势下,强降水发生在584~588 dagpm 等值线之间,主要影响系统是高空槽、副热带高压外围西南气流和切变线。在暴雨过程中,高空急流的加强东移对低空急流加强和发展起着重要的作用,也是辽宁东部低空急流加强和发展的重要动力原因。辽宁东部的低空急流的北侧上升支刚好位于暴雨区上空,为暴雨过程提供了有利的动力条件。暴雨区出现在200hPa 高空急流入口区右侧、850hPa 西南低空急流左侧。高空急流入口区北侧上升,南侧下沉的次级环流圈是本次暴雨的独特特征。在高空急流强盛期间,影响暴雨区的次级环流是反环流圈,即在辽宁上升,在辽宁以南地区下沉;而在降水后期,随着高空急流减弱,快速东移,由辽宁东部低空急流北侧的上升支,与辽宁以北的西北风低空急流的南侧的下沉支形成正环流。本次过程中低空形成两支急流,且低空急流的次级环流恰好镶嵌在高空急流的次级环流中,次级环流的方向转变均是本次暴雨过程中的重要特征。     

射流自吸式液气两相流喷射泵引射性能试验

针对截面比的大小这一影响射流式喷射泵性能的最重要的因素,通过试验,对不同系统压力下截面比与喷射泵引射性能的关系进行研究.对不同喷嘴尺寸下,不同截面比的喷射泵随进口水压改变时的水流量、引射空气量、引射系数进行试验测试,获得了不同工况、不同结构参数的喷射泵的引射空气试验值.试验结果表明,喷嘴出口直径为5.5 mm的喷射泵在0.40 MPa的系统压力下,系统水流量最大为1 940 L/h,引射空气量最大为1 090 L/h;喷嘴出口直径为4.0 mm的喷射泵在0.60 MPa的系统压力下,系统水流量最大为1 240 L/h,引射空气量最大为1 280 L/h;引射系数随着压力的升高而增大,当增大到一定值后保持不变.在0.40 MPa的系统压力下,喷嘴出口直径为5.5 mm和4.0 mm的喷射泵引射系数分别为0.56和1.07.在射流自吸式液气两相流喷射泵的设计和实际应用中,不仅要提高引射空气量,更要提高引射系数.     

射流控制水翼空化流动的多工况适应性研究

空化时常会使船舶推进器、泵、水轮机等水力机械部件产生噪声、振动和腐蚀,导致设备总体性能的大幅下降,甚至破坏,因此开展空化流动控制具有重要意义。借助高速全流场测试技术,获得NACA66（MOD）原始水翼及射流水翼表面的空化形态,研究射流控制参数对空化抑制的影响规律,分析主动射流在变工况下对空化流动控制的适应性。研究发现：在不同工况下,主动射流均可以取得明显的空化抑制效果,当射流流量及射流位置不同时,空化流动控制效果不同。在云空化阶段,射流水孔与水翼前缘距离与弦长比值为0.19（H1模型）可以收到较好的空化抑制效果,且始终优于H2模型;而在片空化阶段,射流水孔与水翼前缘距离与弦长比值为0.45（H2模型）空化抑制效果更优。不同的射流流量系数可以实现对空化流场的主动控制,且存在最佳射流流量系数,使空化抑制效果最优。在给定射流位置（H1模型）和射流流量（流量系数为0.0245）时,在空化不断发展过程中（0.83≤σ≤1.46）,空化抑制效果较为稳定,与实验获得最佳空化抑制有效性参数的偏差均在0.06以内,H1模型表现出良好的工况适应性,可实现多工况下空化的流动控制。     

农药液滴撞击移动液膜和非对称冠状水花形成机理分析

研究农药液滴在植物表面的撞击规律对于提高农药喷雾效率、促进农业病虫害治理具有重要意义。采用CLSVOF（Coupled level set and volume of fluid）方法建立单液滴撞击水平运动液膜的数值模型,通过分析撞击后液体内部的压力分布、速度分布和涡量云图,验证了运动间断、射流形成和射流顶部末端飞溅机制,揭示了非对称水花形成机理。由计算结果可知,液膜流动产生冠状水花主要体现在两侧射流发展行为不一致、冠基厚度不均匀和两侧射流末端飞溅现象不对称,并且受液膜流动惯性的影响,冠基随着液膜流动发生迁移,当无量纲速度U=0.8、无量纲时间T=3.47时,冠基完全迁移至撞击点右侧;颈部压差机制导致射流形成,射流的发展由液滴的径向运动和射流端部的旋涡共同决定,随着液膜流速的增大(0～0.8),上游的射流沿水平方向快速生长,下游射流则倾向于垂直向上延伸,两侧射流末端运动速度均增大;液滴径向运动速度和铺展速度之间的速度差决定了射流末端飞溅状态,上游液膜流动方向与液滴铺展方向相反,故上游末端飞溅行为比下游显著。     

射流三通连接滴灌带的水力性能沿程变化规律

为了探究滴灌带沿程水力性能的变化规律,在射流三通进口流量为0.1~1.2 m³/h的范围内,开展射流三通进口流量与出口水头振幅的水力性能试验,发现射流三通连接脉冲滴灌系统的流量阈值为0.2~0.8 m³/h;在脉冲滴灌系统流量阈值的范围内,开展射流三通连接滴灌带沿程脉冲参数试验,研究射流三通连接60 m滴灌带沿程脉冲性能的变化规律,发现当滴灌带进口水头振幅大于1 m时,沿程水头振幅的衰减速率存在突变点,沿程脉冲频率先增大后减小,射流三通在整条滴灌带上均能产生脉冲水流的进口流量设计范围是0.5~0.8 m³/h.在射流三通进口流量的设计范围内,开展稳压滴灌和脉冲滴灌的同台对比试验,结果表明,射流三通连接滴灌带内的水头损失比普通三通连接滴灌带内的降低62.5%~83.3%,灌水均匀系数提高了0.6%~0.9%,流量偏差率降低了1.2%~4.1%;进口流量为0.7 m³/h时,射流三通连接滴灌带灌水均匀度最高.     

应用1-辛烯涂层与常压等离子体处理的苎麻纤维疏水性能改性

为提高苎麻纤维与聚丙烯(PP)之间的界面相容性,采用1-辛烯涂层结合常压等离子体射流(APPJ)技术对苎麻纤维表面进行疏水性改性,并研究了改变2种方法的处理顺序对改性效果的影响.通过改性前后苎麻纤维的表面形态、润湿性、表面化学成分及苎麻纤维/PP界面剪切强度的变化分析改性效果.实验结果显示,经等离子体处理后再进行1-辛烯涂层处理的苎麻纤维表面的C元素含量提高最明显,且该组苎麻纤维/PP界面剪切强度与未处理组相比提高了近40.0％,而改变处理顺序后得到的苎麻纤维与PP的界面剪切强度仅提高了18.2％.