滴灌系统叠片过滤器离散型流道结构水力性能试验及内部流场模拟

为获得叠片流道内部水流流动特性,解决叠片过滤器水头损失较大的弊端,通过室内试验对比了传统叠片过滤器和具有离散型流道结构的叠片过滤器在不同流量下的水头损失,并采用Fluent19.0对清水条件下2种不同流道结构叠片过滤器内部流场分布规律进行数值模拟。结果表明:流道内部流量模拟值与试验设定值最大相对误差为4.8%;随着流量的增大,传统叠片过滤器产生的水头损失更为明显,与传统叠片过滤器相比,离散型流道叠片过滤器产生的水头损失在最大流量下降幅为20.8%;对不同流道进行内部流场分析,得出同一流量下离散型流道的平均过流断面面积大于直线型流道,过流断面面积越大,则流速越小,水头损失也越小,离散型流道内部局部水头损失占主导地位,凸台的离散排列降低了沿程水头损失。研究结果可为叠片流道的设计和结构优化提供参考。     

基于大涡模型的床面形态与水流相互作用过程模拟研究

为判断动床弯道中二次流和涡结构模型的模拟精度,基于Barbhuiya的90°水平弯道冲刷水槽试验,比较了大涡模型（LES）和RNG k-ε模型对弯道冲淤过程中床面形态模拟的精确程度,发现LES模型结果更加精确。基于LES模型模拟结果,通过使用Q准则识别二次流产生的底部涡结构,分析了涡结构对床面冲刷淤积的定量影响。结果表明：在清水冲刷动床弯道的过程中,Q值介于30~50之间时底部涡趋于稳定存在,Q值大于50时会明显影响床面冲淤;强大稳定的涡结构会使床面形态逐渐稳定,床面冲刷和淤积速率趋于一个定值,床面冲刷和淤积速率不超过2×10^-6 m/s。进一步分析弯道内剪切流速与床面形态的关系,发现弯道内存在两类高剪切流速区域,当第一类区域剪切流速值大于第二类时,床面会出现深度大于0.10 m的明显冲刷坑。研究结果可为弯道中冲淤平衡和床面形态模拟提供参考。     

凸台类型对离散型流道叠片过滤器水头损失的影响

离散型流道叠片过滤器是一种水头损失相对较小的新型叠片过滤器,其叠片表面均匀分布的凸台结构是影响叠片过滤器水头损失的主要因素之一。为探明凸台类型对内部流场的影响并进一步降低离散型流道叠片过滤器的水头损失,通过物理试验与数值仿真,对比分析了初始的右三角形和优化新增的菱形、椭圆形、上三角形、下三角形等共5种凸台类型的离散型流道叠片过滤器的水头损失及流场分布特征。结果表明：将离散型流道叠片过滤器凸台类型设置为下三角形有利于减小水流主流区与凸台边壁的接触长度和凸台间湍动能强度,降低离散型流道叠片过滤器的水头损失;与初始右三角形凸台相比,4种优化的凸台与主流区接触长度的降幅为9.61%~36.73%,最大湍动能的降幅为25.87%~49.96%,其中下三角形凸台降幅分别为29.99%和49.96%;根据模拟计算可得右三角形凸台流道间水头损失系数最大,下三角形凸台流道间水头损失系数最小,其能量转换效率最高;清水条件下,下三角形凸台离散型流道叠片过滤器水头损失相比初始离散型流道叠片过滤器降低了14.89%~21.93%。研究结果可为离散型流道叠片过滤器的结构优化提供参考。     

塔里木河流域水资源脆弱性演变趋势及适应性对策研究

塔里木河流域受自然因素和人为因素的影响,局部地区生态退化严重。人类对水资源的不合理利用,加剧了水资源脆弱性的演变过程,影响了干旱区的生态安全。以塔里木河流域水资源脆弱性为主线,首先分析国内外水资源脆弱性研究进展,研究塔里木河流域从20世纪60年代至21世纪初水量和水质两个方面的源脆弱性成因和表现,并对其变化趋势进行了分析,提出了适应性对策。从分析结果来看,塔里木河流域经过近50年的变化,水量沿程逐渐锐减,造成了下游水量减少,地下水位逐渐减低,水质逐年恶化,引起了一系列生态环境问题。     

软岩的旋转触探参数与力学参数的内在关系研究

 为实现软岩原位旋转触探,以达到连续、快速、准确地确定软岩力学参数的目的,必须清楚软岩的力学参数与触探时荷载参数的内在关系。以砌块、特级石膏A、特级石膏B和模具石膏试样来模拟单轴抗压强度不超过15 MPa的软岩,采用成孔直径相同的角片式探头及锥柄式标准麻花探头,在相同运行参数下,对这几种类型试样进行旋转触探及单轴抗压和抗剪试验,获得探头上的轴向压力和扭矩及试样的抗压强度、弹性模量和抗剪强度值。并根据探头上切刀对试样加载方式与试样的单轴抗压和抗剪试验中的加压板加载方式的相似性,从理论上建立触探时轴向压力、扭矩与试样的抗压强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角的数学模型,即2套参数间的内在理论关系：触探时试样局部处于体积破坏阶段时,轴向压力、扭矩和试样的抗压强度、黏聚力及内摩擦角有关,但与弹性模量无关,且轴向压力、扭矩随着抗压强度、黏聚力的增加而呈线性增加;而处于研磨阶段时,轴向压力、扭矩和试样弹性模量、黏聚力及内摩擦角有关,与抗压强度无关。     

节水条件下玛纳斯河流域绿洲变化及适宜规模分析

干旱区节水灌溉技术的大面积推广,有效的推动了绿洲化进程,使绿洲规模不断扩大。针对节水条件下流域尺度绿洲适度规模问题,以膜下滴灌技术的发源地玛纳斯河流域为例,利用1976-2015年五期卫星遥感影像,分析了节水条件下流域绿洲面积变化过程,基于水热平衡理论构建了绿洲适宜规模计算模型,确定了节水条件下流域绿洲适宜发展规模。结果表明:1976-2015年玛纳斯河流域绿洲总面积扩张388.3km~2,人工绿洲面积扩张3 873.3km~2,天然绿洲面积缩减3 485.0km~2;计算得出玛纳斯河流域绿洲适宜规模为4 025.9～4 499.8km~2,目前绿洲实际规模超出绿洲适宜规模的3.4倍,且绿洲稳定指数H0为0.46,表明绿洲处于亚稳定状态;为了进一步保证绿洲稳定性,玛纳斯河流域适宜耕地面积应为1 801.6～2 013.7km~2。研究结果说明,不合理的绿洲开发,威胁到整个绿洲的稳定,确定绿洲适宜规模,可以为绿洲的稳定和可持续发展提供基础科学依据。     

离散型流道结构叠片过滤器性能试验研究

在叠片过滤器中,叠片流道的结构决定着其工作性能。为提高叠片过滤器的水力性能和过滤性能,设计了一种离散型流道新型叠片过滤器,并与直线型流道传统叠片过滤器进行对比。通过室内模型试验,研究了两种叠片过滤器的水头损失、除沙率、拦沙量、拦截泥沙粒径分布等指标。结果表明：清水条件下离散型流道新型叠片过滤器最大水头损失为2.34 m,传统叠片过滤器为3.46 m,前者比后者小32.3%～50.0%;含沙水条件下,两种叠片过滤器拦沙量与流量呈负相关关系,随着流量的增加,过滤器拦截泥沙量逐渐减少,前者平均除沙率为18.94%,后者为15.15%;离散型流道新型叠片过滤器的有效过滤周期长、水头损失峰值低,且对细粒径泥沙的拦截效果较好。综上所述,离散型流道新型叠片过滤器与直线型流道传统叠片过滤器相比,具有较好的水力性能和过滤性能。     

微灌系统泵前无压网式过滤器过滤效率研究

泵前无压过滤器可以有效解决传统泵后过滤器能耗高、压损大等问题,为更加准确和全面评价其过滤效果,以新疆地区常用的泵前网式过滤器为研究对象,分别在实验室和工程现场开展观测试验,并提出有效过滤效率概念,对过滤效率进行了计算。结果表明：过滤前含沙量越大,全沙平均过滤效率就会越大,但某一时刻全沙过滤效率并不一定随着过滤前含沙量的增大而变大,反映出过滤效率除了与泥沙含量有关外,还与滤网孔径大小、泥沙粒径大小和粒组组成等有很大关系;过滤前后细沙的粒组变化不明显,而粗沙变化明显,说明滤网主要对粒径大于网孔直径(本文为0.180 mm)的泥沙过滤有效;根据提出的有效过滤效率概念,计算得到粗沙和细沙平均有效过滤效率分别为95.5%和98.1%;随着粒组直径的增大,粒组的有效过滤效率也逐渐增大,说明同一种滤网在相同条件下对较大粒组的过滤效率要明显大于较小粒组,这充分证明了本文提出的有效过滤效率的合理性。研究结果可补充网式过滤器现有规范中缺乏过滤效率计算方法的不足,为更加准确和全面地评价过滤器的过滤效果提供计算依据。     

基于回转切削的岩石力学参数获取新思路

 基于回转钻探和静力触探试验的综合优势,开发并进行系统地旋进式触探试验,在室内试验和理论推导的基础上进一步验证。从旋进式触探机制入手,根据切削、静压及钻压作用过程建立旋进式触探试验参数钻压、扭矩与每转进给量之间的关系曲线,结合室内试验成果进而以曲线斜率和钻削理论为依托推导出岩石的抗压强度、弹性模量、内摩擦角及黏聚力的计算公式。以粉煤灰砌块旋进式触探试验成果为例,按上述方法计算试样4大基本力学参数,与试验实测值进行验证。结果表明计算值与室内实测的基本力学参数值比较接近,论证了该方法的可行性和后续研究的可期待性。