液力变矩器仿生叶片压降性能试验

为了提高液力变矩器的性能和效率,在改变叶轮和叶片常规参数的基础上,将仿生学技术融入到叶片设计和试验当中.首先介绍了仿生植物叶片表面和仿生动物皮肤表面设计叶片的思想,然后给出了仿生叶片的制造过程,最后利用研制的试验台对设计的仿生叶片进行了压降性能测试.试验表明,该仿生叶片的减阻特性优于光滑叶片,进而可减小液力变矩器的内部流动损失,提高液力变矩器的整体效率.该试验设计思路和实施过程还可为如何利用仿生学的思想解决工程实践中遇到的问题提供借鉴.     

具有前置诱导轮的低比转速复合叶轮的数值模拟

选用Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型分析诱导轮对复合叶轮内部流动的影响,采用Numeca软件对具有前置诱导轮及无诱导轮两种工况下的低比转速复合叶轮进行了数值模拟研究。对比分析结果表明:与无诱导轮的叶轮相比,前置诱导轮复合叶轮叶片进口前端和叶片流道间回流区域减小,叶片进口处压力增加,叶轮内部液体流动更加均匀并提高了叶轮的抗汽蚀性能,有效改善了叶轮的水力性能。     

步行机械与水田步行机耕船

在松软地面上,仿生步行机械的越野性能显著优于常规人工车辆,本文纵观了目前国内外对步行机械的研究状况,结合我国水田行走机械——机耕船驱动叶轮存在滚动阻力大、效率低的问题,提出了一种新的水田非常规行走机构——步行机耕船。并对它作了运动学和动力学分析,列出了牵引平衡和功率平衡方程式,由于它可保证叶片型脚完全地垂直入出土,预计动力性能将会有所改善。在其它性能指标方面亦作了广泛的分析比较。     

常规立方晶格点阵轮的设计与静力学分析

为实现压气机叶轮在刚度和强度具有可调性的同时降低叶轮质量,基于常规立方晶格结构设计出一种新型轻量化压气机叶轮。通过3种模型悬臂梁比较计算,证明渐进均匀化(asymptotic homogenization,AH)方法在大规模点阵计算问题上具有较好的计算精度。在此基础上,采用AH方法对不同单胞填充率的点阵轮在仅考虑80 000 r/min的惯性荷载时的静力学性能进行了数值计算。研究结果表明,对于所研究路径,点阵轮的变形和应力介于无填充轮和实心轮之间,大叶片外缘的周向变形最大与最小变形差值(极差)在所有研究工况下均小于无填充轮和实心轮。对于填充率为0.4的情况,其周向变形极差值比实心轮约低23.25%,比无填充轮约低55.46%,其质量相对于实心轮可降低17.08%。这意味着点阵轮相对于传统压气机叶轮除了能较大降低叶轮质量,还将具有更好的周向抗畸变能力和更高的工作效率。同时,点阵轮相对于无填充轮和实心轮叶片边缘具有更小的轴向应力,因此可为设计更高转速的压气机叶轮提供强度保证,同时也为叶轮结构的轻量化设计提供了一种新的设计思路。     

小型水平轴风力机叶片仿生设计

为了提高风力机叶片性能,基于家燕翅膀翼型良好的气动特性进行了风力机叶片的仿生设计。采用计算流体动力学,对仿家燕翼型和标准叶片翼型的性能进行模拟和对比,结果表明,仿家燕翼型具有较高升力系数和升阻比。基于家燕翼型进行100 W风力机叶片的仿生设计,并对标准100 W风力机叶片和仿生设计叶片进行数值模拟和风力机效率实验。结果表明:相比于标准叶片,仿家燕风力机叶片展向位置翼型上下表面压力差有较大提高,能有效提高风力机叶片效率,效率比标准叶片提高25%以上。     

基于典型鸟类翅膀特征的小型轴流风机叶片仿生设计与试验

基于提取的雀鹰、长耳鸮翅膀的表面特征对小型轴流风机的叶片进行仿生优化,以求提高风机的气动性能。设计出8种仿生风机模型,通过CFD计算选出最优的仿生风机模型进行性能试验验证,并与原型风机进行了对比。对比试验流量-静压曲线发现,仿生风机气动性能明显好于原型风机,最大质量流量提高了6.1%,最大静压提高了7.0%,并发现V型截面好于圆弧型截面。本研究为叶片仿生参数的进一步优化提供了前期基础。     

轻型水田除草机的设计及试验

结合我国水稻生产实际设计了一种行走与除草相结合的轻型水田除草机。该机采用汽油发动机提供动力,通过齿轮减速和锥齿轮换向系统驱动除草轮行走并除草。运用ANSYS有限元流固耦合仿真技术对除草齿与水田土壤的作用过程进行分析,设计出一种防下陷和入土性能较好的耙压式除草轮。在田间性能测试中,以土壤泥脚深度、水层厚度和除草轮转速为因素,以主轴平均扭矩、除草率和伤苗率为指标对轻型水田除草机进行试验,结果表明:各因素对平均扭矩和除草率两者的影响程度从大到小排列均为:水层厚度、土壤泥脚深度、除草轮转速。各因素对伤苗率影响均不显著。轻型除草机在泥脚深度为300mm时,主轴平均扭矩较小,除草率较高。随着水层厚度的增大,平均扭矩呈下降趋势,而除草率则呈上升趋势。随着除草轮转速的增大,平均扭矩呈先上升后下降趋势,除草率则呈上升趋势。轻型除草机在泥脚深度为300mm、水层厚度为60mm和除草轮转速为160r/min时工作性能较佳,主轴平均扭矩为20.84N·m,除草率为93.2%,伤苗率为1.2%。     

进口导叶/叶轮/扩压器非定常相干的数值研究

在非零进口导叶预旋角度下,采用非定常的方法对进口导叶/叶轮/扩压器三部件之间非定常相干进行了数值模拟,研究了进口导叶/叶轮/扩压器三部件之间动静相干的机理。结果表明,叶轮由于受进口导叶尾流和扩压器势反冲效应的双重非定常影响,叶轮受非定常影响最小的区域出现在叶片50%弧长附近,最大的非定常影响出现在叶轮和扩压器之间的动静交界面上。当离心压缩机前带有进口导叶预旋时,扩压器受前面两部件的同时影响,扩压器叶片上的非定常变化沿流向比较均匀。     

粒子群算法在带导叶离心泵性能优化中的应用

为了提高带导叶离心泵运行效率和解决泵性能优化过程中优化目标与设计变量间强非线性问题,文中提出了一种基于粒子群算法的叶轮多参数智能优化方法.在Workbench软件平台搭建了叶轮造型、网格划分和性能计算的数值仿真流程.以泵设计流量效率为优化目标,定义扬程为约束条件,通过Bézier曲线控制叶片安放角、叶片进口边位置和叶片厚度的分布,以Bézier曲线控制点坐标的为优化变量.编写泵性能优化程序,调用粒子群优化算法和数值仿真软件,在粒子群算法迭代中计算中每个粒子(叶轮方案)的适应值(效率).在粒子群算法迭代初期泵设计工况效率为74.91%,迭代末期泵效率为78.50%,较原始方案的效率高2.1%,优化后扬程为72.5 m,仍满足设计要求.对比优化过程中的叶轮和导叶内速度流线分布,可以发现叶轮和导叶叶片工作面流动分离现象得到改善,叶轮欧拉扬程上升减缓.所提出的泵性能优化方法为其他泵的性能改善提供了一定的参考价值.     

深海矿产矿浆泵矿石颗粒回流性能

针对深海采矿矿浆泵回流较差的问题,本文使用CFD-DEM方法,计算球形颗粒在某型矿浆泵单级和两级叶轮导叶内的回流,混合粒径颗粒回流以及非球形颗粒的回流情况。颗粒群在单级叶轮导叶回流时,由于不同导叶叶片与叶轮叶片之间的相对位置差异,不同导叶流道内颗粒群的回流情况不同;颗粒群的回流情况与叶轮导叶的形状有关,高比转速小包角叶片的设计更有利于颗粒回流。颗粒群在两级叶轮导叶内回流时,次级叶轮导叶内颗粒流动情况与单级基本相同,但首级不同导叶流道内的颗粒分布既受到首级叶轮导叶叶片相对位置的影响,还与首级导叶叶片和次级叶轮叶片的相对位置有关。混合粒径颗粒群的回流能力要弱于单一粒径,不同粒径颗粒在不同级叶轮导叶内通过时间也有所差异。相对于球形颗粒,非球形颗粒回流性能要差很多,增大了可回流矿浆泵的设计难度。     

离心叶轮气动性能分析及其改进

研究了采用三次B样条曲线描述叶轮叶片几何型线的基本方法,对半开式离心叶轮的气动性能进行了分析;通过调整叶片角的分布,使离心叶轮最高效率提高了3．75％,再通过调整叶片前缘厚度使离心叶轮最高效率又提高了0．62％,对应工况下压比也有所提高,离心叶轮气动性能得到改善．     

混流泵叶片角对泵性能的影响

根据对已有试验成果的分析,提出了混流泵叶片角对效率、轴功率系数、叶轮出口液流角、阻力系数和摩擦系数等有关性能参数影响的表达式,为进一步研究混流泵性能提供了理论基础。     

CFD simulation of single-phase flow in flotation cells: Effect of impeller blade shape,clearance, and Reynolds number

A series of numerical simulations of turbulent single-phase flows are performed to understand the flow and mixing characteristics in a laboratory scale flotation tank. Four impeller blade shapes covering a wide range of surface areas and lip lengths are considered to highlight and contrast the flow behavior predicted in the impeller stream. The mean flow close to the impeller is fully characterized by considering velocity components along the axial direction at different radial locations. Normalized results suggest the development of a comparatively stronger axial velocity component for a blade design with the smallest lip length, called big-tip impeller here. Normalized turbulent kinetic energy profiles close to the impeller reveal the existence of an asymmetric trailing vortex pair. The highest turbulence kinetic energy dissipation rates are observed close to the impeller blades and stator walls where the radial jet strikes the stator walls periodically. Furthermore, liquid phase mixing in the flotation cell is studied using transient scalar tracing simulations providing mixing time data. Finally, pumping capacity and efficiency of different impeller designs are calculated based on which the impeller blade design with a rectangular blade design is found to perform most efficiently.     

添加碳源对不同pH水稻土中反硝化关键功能基因的影响

水稻是我国第一大粮食作物,稻田特有的淹水环境为反硝化作用的发生提供了必要条件,而反硝化作用造成的氮素平均利用率低、温室气体排放等问题日趋严重.反硝化作用作为微生物驱动的生物学过程,自身受到多种因素的影响.为揭示pH、有机碳源等关键限制因子对水稻土反硝化菌的影响,本研究以两种初始pH不同的碱性和酸性水稻土作为研究对象,通过室内泥浆厌氧培养试验,分别基于DNA和RNA水平分析了反硝化关键功能基因(nirK/S、nosZ)丰度变化规律,以期揭示外源添加有机碳源(葡萄糖)对不同pH水稻土中反硝化微生物功能活性及潜势的影响.结果表明:1)外源添加葡萄糖会降低土壤pH,且pH降低程度随添加葡萄糖浓度的增加而增加;2)碱性水稻土中添加葡萄糖增强了反硝化作用;酸性水稻土中添加葡萄糖对反硝化作用的影响不显著;3)不同pH水稻土中nirK和nirS的基因数量和表达量对添加葡萄糖的响应具有显著差异,其中nirK基因的响应程度相对更高;4)在酸性水稻土中,nosZ基因的数量和表达量随碳源浓度的升高而降低,而碱性水稻土添加低浓度葡萄糖后,碳源的刺激作用占主导地位,nosZ基因的数量和表达量均有所增加,添加高浓度葡萄糖后,碳源添加引起的土壤酸化对nosZ基因的数量和表达量均起到了抑制作用.本研究表明水稻土中外源有机碳的添加从碳源供应和酸化土壤两方面综合影响了反硝化微生物功能和活性,进而影响反硝化作用的发生和氧化亚氮的排放,研究结果为稻田外源有机物输入的环境效应分析提供理论依据.     

水环泵叶轮强度计算

水环泵叶轮的强度计算 ,是为山东淄博水泵厂改进水环泵设计的一项实际工作。水环泵在实际工作过程中 ,有时叶轮上的叶片会在根部突然发生断裂。经过本论文的研究 ,为水环泵的叶轮强度校核提供了可靠的理论依据     

基于CFD技术的部分流泵几何参数对其性能的影响研究

根据叶片泵基本方程,推导出考虑叶片滑移时叶轮外径及叶片数与部分流泵扬程的关系式,并对部分流泵进行水力设计。首先建立部分流泵的三维模型,再利用CFD技术,基于RANS方程,采用标准k-ε湍流模型,对其内部三维流动进行数值模拟。模拟结果显示,部分流泵随着叶轮外径从279 mm到287 mm变化,其扬程和效率都有所增大,但增大的幅度较小;当叶轮外径从287 mm到289 mm变化时,其效率出现下降。部分流泵静压分布均匀合理;改变叶轮的叶片数,随着叶片数从8、10、12变化,部分流泵的扬程和效率也相应增加。通过数值试验,模拟结果与理论推导相符。     

稻谷薄层干燥及其颗粒内部传质过程的试验研究

将稻谷颗粒视为圆柱体 ,利用Fick第二定律 ,建立了稻谷干燥过程中水分扩散模型 ,分析了稻谷干燥特性和介质温度与含水率对扩散系数的影响 ,并进行了薄层干燥试验 .结果表明 :稻谷干燥过程中水分比呈指数曲线变化 ,风温越高 ,曲线越陡 .稻谷在干燥的初始和最后阶段 ,水分比对水分扩散系数影响较大 .     

Assessment on soil fertility of Dongting Lake wetland area （China） based on GIS and fuzzy evaluation

Using soil data of the Second National Field Survey, the soil fertility of wetland ecosystem of Dongting Lake was evaluated by using the technology of GIS and method of fuzzy evaluation. Integrated with the wetland actuality of Dongting Lake and particularity of paddy, seven factors (including soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, total potassium, available phosphorus, available potassium, and pH value), closely related with soil fertility, were chosen to establish the index system of synthetical evaluation. Based on the effect degree of each selected index on soil fertility, a judgment matrix was built, and the weight coefficient was determined by the method of correlation coefficient. Finally, under the support of the spatial analysis module of GIS (Geographic Information System), the spatial distribution properties of soil fertility in wetland ecosystem of Dongting Lake were studied. The results show that the soil fertility of Dongting Lake wetland ecosystem is not very good, and the area of type III and type IV achieves 69.8%. As a result, many countermeasures should be taken to improve the soil fertility. As for the spatial properties, the soil fertility level of central and west Dongting Lake is much higher than that of north and south part. The soil fertility of paddy field surpasses that of red soil, and the contents of soil organic matter and total nitrogen in paddy field are large.     

平衡施肥对稻田产量和土壤养分的影响

分析了水稻田土壤营养状况,土壤中N、P、K、Zn、Mn、Si等对沈农606超级稻的营养特性、吸肥规律、以及产量、质量的影响。对平衡施肥和生物肥技术进行了实验研究。试验区土壤有机质含量处于一般水平,土壤速效N、P、K、Zn及Mn普遍缺乏;N、K、Mn、Zn、Si均为产量限制因子。应用高产优质平衡施肥技术可以显著增加作物产量,多点平均产量为12.58t/hm2,较习惯施肥区产量增加1.46t/hm2,增产13.13%。     

放射性核素~(60)Co在土壤中吸附和解吸的动力学研究

应用同位素示踪技术,研究了60Co在小粉土、黄红壤、青紫泥和海泥中的吸附和解吸。结果表明,60Co进入淹水土壤之后,迅速地被土壤吸附而达到吸附平衡,不易解吸。吸附率和分配系数大小排列顺序均为:海泥>青紫泥>黄红壤>小粉土;解吸因数的大小排列顺序为:黄红壤>小粉土>青紫泥>海泥6。0Co在土壤中的动态变化可用封闭二分室进行描述,其动态变化规律为,小粉土C1=1 382.6(1-e-3.609 5t),黄红壤C2=1 570.6(1-e-5.510 4t),青紫泥C3=1 594.9(1-e-7.554 1t),海泥C4=1 643.9(1-e-13.092 1t)。