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分流对冲与多级扩容组合式集沙仪内风沙分离规律研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为揭示风沙在集沙仪内部的分离规律,以分流对冲与多级扩容组合式集沙仪风沙分离器为研究模型,通过Fluent数值模拟和微型风洞试验,对风沙分离器内单相流场和气固两相流场进行了分析。在阐释气流降速机理的基础上,进一步分析了气流降速和入口气流中沙尘所占体积分数对风沙分离的影响,并通过分析沙尘的运动规律,阐述了不同粒径沙尘受流场影响的情况。结果表明,气流大幅降速是实现风沙分离的最有效方法,而引起气流速度大幅降低的主要原因是较大值的湍动能场的大范围形成;对于风沙流,当沙尘含量增高时,降速效果变好,风沙分离效果也变好;当沙尘含量进一步增高时,降速及风沙分离效果则变化不大;对于分流对冲与多级扩容组合式集沙仪,当沙尘受强风以下风力影响时,粒径小于0.032 41 mm的沙尘较易受到流场的诱导,受惯性运动的影响较小,从排气口排出的可能性较大,是影响风沙分离效率和集沙效率的主要粒子。 相似文献
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针对强风时自动集沙仪测量精度和集沙效率受扰动问题,提出了分流对冲与多级扩容组合降速法,设计了分流对冲与多级扩容组合式自动集沙仪,阐述了风沙分离器和数据无线采集系统的设计原理,并对风沙分离器降速及分离性能、集沙仪抗强风干扰性能和集沙效率等进行了试验分析。结果表明,分流对冲与多级扩容组合式自动集沙仪具备了抗强风干扰性能,可实时、连续和远距离无线采集数据,自由旋转的起动风速为4.23 m/s,等动力性为92.94%,平均集沙效率为90.42%,当风速低于18 m/s时,粒径55.36μm以上的土样只要进入集沙仪,就可被完全收集;数据无线采集系统的供电续航能力达31 h以上,无障碍时信号传输距离为208.51 m,可较好地满足土壤风蚀量的自动观测需求。 相似文献
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《中国农机化学报》2018,(12)
研究和防治农田或草地的土壤风蚀,必须掌握风蚀地表的风沙流结构,集沙仪是观测风沙流结构和获取风蚀量的关键仪器。自动集沙仪虽然可以得到实时、连续的风蚀量,但是当排沙口气流速度过大时,气流容易冲击集沙盒底部的称重传感器,影响测量数据的正确性。以分流对冲与多级扩容式自动集沙仪的风沙分离器和集沙盒为研究模型,将集沙盒简化为排沙口气流的下行空间,下行空间与风沙分离器组成连通体,再利用Gambit软件和Ansys Workbench软件的联合仿真,对不同参数的连通体的速度场进行分析,最后进行试验验证。结论表明:分流对冲与多级扩容式自动集沙仪的集沙盒设计参数的变化既不会影响风沙分离器内部流场的分布特征,也不会影响风沙在风沙分离器内部的分离,但对排沙口气流的影响较大,当集沙盒的设计参数满足L≥0.5 D1且D2≥2 D1或L≥D1且D2≥D1时,排沙口气流的部分高速气流会收缩至排沙口附近,不会冲击集沙盒下面的称重传感器,确保自动称重数据的可靠性。 相似文献
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分流对冲式集沙仪设计与性能试验 总被引：1，自引：0，他引：1
集沙仪是观测风沙流结构和研究风沙移动规律的必备仪器。针对强风环境下集沙仪内部风沙的有效分离问题,提出了分流气体对冲法,设计了分流对冲式集沙仪,阐述了分流气体对冲法的设计原理和分流对冲式集沙仪的参数分析理论,并在利用Fluent软件对其风沙分离器进行数值模拟的基础上进行了风洞试验验证和性能分析。结果表明,采用该方法的分流对冲式集沙仪具备了较高的降速性能和抗强风性能,排气口风速降幅达88.44%,排沙口风速降幅达90%,保证了集沙仪内部风沙的有效分离,平均集沙效率达90.15%,等动力性达93.27%,符合集沙仪设计的基本原则,制作成本低,能较好地满足风洞试验和风蚀观测要求。 相似文献
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有效预防农田土壤风蚀,防止耕地退化,需要研究农田土壤风蚀机理。集沙仪作为研究农田土壤风蚀的关键仪器,其核心部件风沙分离器的结构设计会影响集沙仪的测试精度。针对分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器,利用微型风洞对其等动力性、降速性能和气固分离效率进行对比试验分析,选用性能更好的风沙分离器以实现农田集沙仪的全自动采集风蚀数据功能,进一步提高其测试精度。试验结果表明:在5种风速条件下,分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器的等动力性分别为91.99%、92.04%、92.31%、92.06%、92.14%和92.90%、92.78%、93.06%、92.99%、92.84%;在13.8m/s试验风速下,分流对冲式风沙分离器排气口风速降低83.84%,排沙口风速降低88.99%;而循环摩擦式风沙分离器排气口风速降低92.54%,排沙口风速降低90.41%。分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器气固分离效率分别为99.8%,98.9%。 相似文献
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集沙仪是观测风沙流结构和研究风沙运动规律的必需仪器,设计排气管可以显著缓减进气口处的阻滞气流,消除气流在集沙仪两侧的分离,以提高进气口的等动力性,确保集沙仪具备较高的集沙效率。首先利用数值模拟方法分析排气管形状、排气管参数和排气口位置对内外流场的影响,提出排气管参数优化方案,然后基于该方案设计改进型风沙分离器,并进行流场模拟和风洞试验。结论认为:对于分流对冲与多级扩容式集沙仪之类的圆柱形集沙仪,当其排气管设计成直角状、垂直段长度取L1≤1.5 D1、水平段长度取L2≥2 D1和外漏尺寸取L3≥0.6 D2时,更有利于集沙仪排气性能和进气口等动力性能的提高;对于基于参数优化方案设计的改进型风沙分离器,其等动力性约94.74%,符合集沙仪设计的等动力性要求,而且当入口气流受强风影响时,粒径大于0.028 7mm的沙尘只要进入该分离器,就可被收集,平均集沙效率约91.25%。 相似文献
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农田土壤风蚀会导致土壤质量退化,甚至出现荒漠化。防止农田土壤退化,研究其风蚀机理是关键,而集沙仪是研究土壤风蚀的必需仪器。随着自动控制理论在各行业的广泛应用,为集沙仪配备自动采集系统是一个发展趋势。由于集沙仪排沙口气流对称重天平的冲击是引起数据波动的主要来源,所以降低集沙仪排沙口气流速度是很关键的。为此,提出了设计一台新型农田风蚀集沙仪以解决排沙口降速问题的新思路。首先,阐述了新型农田集沙仪的设计原理;随后,通过数值模拟方法对其关键部件风沙分离器进行了数值模拟,得出了其内部速度矢量场模拟图;最后,通过烟流试验和风洞试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明:数值模拟结果是可靠的;当新型农田集沙仪受强风环境影响时,其排沙口气流的降速幅度达84%,可较好地缓解排沙口气流对称重天平的冲击。该研究也可为新型农田集沙仪的后续研究提供理论支持。 相似文献
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全自动多通道农田无线集沙仪研究 总被引：1，自引：0，他引：1
针对用于研究农田土壤风蚀的集沙仪自动化程度较低,不能实时记录集沙量数据且不具有无线传输和组网功能,给研究土壤风蚀起沙过程中不同阶段的沙粒运移特性带来诸多困难等问题,基于无线传感网络技术,以气流对冲式风沙分离器为基础,设计了研究农业土壤风蚀专用的全自动多通道无线集沙仪,实现了土壤风蚀量的自动采集、无线传输和实时数据处理等功能。实验表明,系统可实现对最多6个测点,每个测点8通道风蚀数据的循环自动采集,传感器最大响应时间为2 s;集沙仪每个集沙盒最大集沙量为180 g,旋转启动风速为3.4 m/s,平均集沙效率达到85%以上,称重传感器10 h连续测量误差在±0.04 g以内且测量精度达0.01 g;在射频功率最大、空中传输速率为1 kb/s时,32字节的数据包有效传输距离在1 000 m左右,通信建立时间小于5 s。该系统具有低功耗、使用方便、操作简单、自动数据采集等优点,能够满足研究农田土壤风蚀的需要。 相似文献
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旋风分离式集沙仪设计与试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
根据旋风分离原理,以集沙仪的关键参数(本体直径、入口截面宽度和锥体段高度)为结构参数进行了设计.为了提高集沙效率,本体直径设计为50mm,入口截面宽度和锥体段高度均按旋风分离性能指标和比例要求设计.在风蚀风洞内的沙尘采集试验表明,该集沙仪对0.3～0.076mm的土样进行收集,不同风速下其集沙效率均在83%以上.旋风分离式集沙仪可用于保护性耕作抗风蚀效果的测试,为其有效实施提供科学依据. 相似文献
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集沙仪的研究现状与思考 总被引：2，自引：0，他引：2
简要叙述了国内外集沙仪的研究现状,结合目前在土壤风蚀研究中使用的多种不同形式的集沙仪无采样性能的标定,对采集数据的影响很大,由此造成根据采样数据研究得出的土壤风蚀规律不一定能够反映真实情况。为此,针对近床面区集沙效率是研究集沙仪性能的关键,探讨了影响集沙仪采集性能的主要因素：排气口面积、排气口位置、进沙口的高宽比和进沙通道的长度参数。 相似文献
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射流泵液固两相流特性三维大涡模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究射流泵的三维液固两相流动特性,应用计算流体动力学（CFD）方法模拟其内部流动特征.采用LES方法和混合模型对射流泵在输送固体颗粒时的三维流场进行了数值模拟,分析了不同的固体颗粒直径、固相初始体积分数及流量比等参数对射流泵液固两相射流的湍射流场及射流泵基本特性的影响.结果表明：在较小的流量比条件下,固液两相流射流泵的压力比和效率与清水时的差别不大;但是在较大的流量比条件下,随着固相初始体积分数的增大,基本性能曲线与效率均下降,且流量比和固相初始体积分数越大时,其下降幅度越大;在固相初始体积分数和固相颗粒直径一定时,流量比越大,充分混合后的含砂体积分数将随之增大.固体颗粒直径越大,则越容易产生局部体积分布集中的现象,易在射流泵内形成堵塞.研究结果为工程实际应用提供了一定的技术支持. 相似文献
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基于CFD的循环生物絮团系统涡旋分离器结构参数优化 总被引：1，自引：0，他引：1
为提高循环生物絮团系统涡旋分离器分离效率,以欧拉-欧拉多相湍流模型为理论框架,运用计算流体力学技术,对3种不同筒径比α涡旋分离器内固液两相三维流动进行了数值模拟,并分析了相关速度云图、速度矢量云图、流体迹线云图、内部固相分布以及出口处固相体积分数变化等。模拟结果表明:在进水口进水速度为0.36 m/s时,随着筒径比α的增大,3种涡旋分离器套筒外侧以及进水口以下部分速度流场差别较小,但套筒内流场湍流逐渐加剧,同时,套筒外侧附近和套筒内部,涡旋逐渐加剧,增加能耗,且不利于固体颗粒的沉积,总体而言,涡旋分离器在α为1.5之后分离效率下降,并保持相对稳定,具体表现为,当涡旋分离器α为1.5时,内部固相体积分数相对较高,而出口处固相体积分数较低,随着α增大,其分离效率由α为1.5时的27%降至α为2.0时的17%,并随着α再次增至2.5时,分离效率保持基本不变。涡旋分离器流场速度的实测结果与模拟结果基本一致,而分离效率存在一定差异,但是变化规律相同,表明数值模拟在优化涡旋分离器结构方面是可行的。 相似文献
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齿型迷宫灌水器抗堵塞性能分析与结构优化模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
《灌溉排水学报》2019,(8)
【目的】揭示齿型迷宫流道灌水器物理堵塞的内在流动特性成因,同步优化提出高抗堵型齿型灌水器流道结构。【方法】基于CFD数值模拟技术中的Workbench数值计算平台,对5种不同齿型流道结构(含改进后流道结构)的灌水器进行水砂两相流数值模拟计算,分析了不同齿型结构水流流速、流道内湍动能、湍动能耗散率分布规律及物理颗粒运动轨迹等。【结果】提出了齿型流道结构优化改进方案,优化后的流道结构增加了灌水器内低速区域面积和低速区域湍动能值,区间湍动能范围同比最高提升了52%～200%,同时提高了物理颗粒的运移速率,减少了颗粒运移路程和滞留时间,提升了齿型迷宫灌水器的抗堵塞性能。【结论】齿型流道灌水器的抗堵塞性能与流道内低速区的流体速度及流道内湍动能大小分布密切相关,流速和湍动能较大的区域不易造成堵塞;湍动能最大值均出现在主流区,并且在齿尖迎水区达到最大;湍流动能耗散率分布与湍动能分布具有十分相似的规律,湍动能耗散最严重的区域分布在齿尖处,齿尖结构对灌水器的消能效果起关键性作用。 相似文献
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喷孔出口断面湍流是喷雾破碎的重要因素,为研究柴油喷孔出口湍流特性,采用欧拉多相流模型同时计算了喷孔内外流场,重点研究了喷孔出口断面上的湍动能、湍流耗散率、湍流积分尺度和湍流积分时间尺度分布形态、随时间的变化规律。研究表明,在喷孔中心区,湍动能、湍流耗散率和湍流积分尺度随时间变化的幅度很小,因喷孔出口流动边界突变所形成的压力波导致孔外空气沿喷孔壁面间断性地向孔内回流,从而导致湍动能、湍流耗散率和湍流积分尺度发生明显的变化,在壁面附近区域值较大,湍动能、湍流耗散率和湍流积分尺度的峰值分别为104 m~2/s~2、4×10~6 m~2/s~3、12μm。湍流积分时间尺度变化规律与此相反,喷孔中心附近的时间积分尺度大在5～6μm之间,其余区域湍流积分时间尺度大致在1μm左右。 相似文献
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为探讨保护性耕作措施对农田土壤风蚀的影响,通过中国知网,以“免耕或保护性耕作并且土壤风蚀”为主题,检索至2020年底公开发表的中文期刊论文,对检索到的论文进行整理分析。结果表明,中国保护性耕作对土壤风蚀的田间试验均来自北方干旱半干旱农田,研究方法以集沙仪野外测量为主；保护性耕作研究中对土壤风蚀方面的研究占比较少,产量效应一直是保护性耕作的研究重点；综合相关研究分析,保护性耕作平均可减少农田土壤风蚀量71.2%；保护性耕作减少农田土壤风蚀具有普遍性,少量研究认为保护性耕作不能减少农田土壤风蚀量。 相似文献
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通过Gambit完成流域的三维造型和网格划分,应用计算流体力学Fluent软件,采用多重参考系（MRF）方法,基于RNG k-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法,对泵内三维单相流场进行数值模拟.提出一种新型结构的迷宫螺旋泵,探讨了环槽宽度、环槽深度对新型结构泵性能的影响,确定最优设计参数,结果表明：环槽宽度、环槽深度分别为4,3 mm时泵性能最佳.通过分析模型的压力分布、速度分布、湍动能分布,研究泵内流体的流动和能量交换,对比分析2种模型泵的水力性能.分析表明：与原模型泵相比,新模型泵增压幅度和增压速率明显较大,螺旋环进口处增压速率高于螺旋环内部增压速率;转子流域内流体速度明显高于定子流域,间隙中面上存在强烈的质量和动量交换;流体增压速率与湍动强度有关,流体湍动强度越大,增压速率越大;新模型泵性能优于原模型泵,在最高工况点,扬程同比增加约3.42 m,水力效率提高约0.85%;流量大于最高工况点流量,新模型泵的效率明显高于原模型泵. 相似文献
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植被盖度和灌木带状配置对近地表风速廓线的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
采用便携式风速廓线仪分别对不同植被覆盖度和灌木带状配置的退化草原进行实验研究,结果表明:地表植被盖度越大,其降风速和防风蚀效果越明显,地表盖度分别为85%、35%、20%和小于5%时,距离地表2 cm处的风速相较6 4 cm处的风速降低幅度分别为7 2.4%、6 7.1%、6 1.7%和4 4.9%;灌木带越高,对牧草带有效保护距离越宽,植株高度大于0.7m的灌草带状配置有效保护距离均大于6m。因此,提高地表植被盖度和增大灌木带高度对近地表的风速廓线有较大影响,具有显著的抗风蚀效果。 相似文献