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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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《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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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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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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集沙仪是研究和防治土壤风蚀所必需的仪器,其主要作用是捕获风蚀地域近地表空气中的沙尘。风沙分离器是分流对冲与多级扩容式集沙仪的关键部件,是基于气流的分流对冲降速与多级扩容降速的组合原理设计,具备较高的降速效果,并呈现出了一定降速规律。该文以风沙分离器为研究对象,利用数值模拟和试验验证相结合的方法,分别对气流、气固两相流的降速规律进行分析,结果表明:(1)气流的湍动能越大,湍动能损失就越大,气流速度的降速幅度也就越大,这种变化关系通常出现在结构突变的位置。(2)通过结构的突变设计,使气流形成大范围、较高值的湍动能场,可以大幅度降低气流速度,集沙仪可以采用此降速方法收集沙尘。(3)从数值模拟结果看,随着固相颗粒所占体积分数的逐渐增大,气流速度有所降低,但降低幅度不大;当固相颗粒所占体积分数一定时,气流速度越高,降速效果越好;就分流对冲与多级扩容式集沙仪而言,对较高浓度、较高运动速度的风沙流具有更好的降速效果,其集沙效果也更好。 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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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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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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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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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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针对农田沙害,用移动式风蚀风洞及相关配套设备对莜麦留茬、砾石覆盖和传统旱作农田地表进行原位测试,研究它们的近地表风沙运动规律,探索莜麦留茬和砾石覆盖对旱作农田土壤风蚀的作用机理和防护效果,从而为农田风蚀防治提供技术依据。研究表明,莜麦留茬、砾石覆盖近地表风沙运动与对照秋翻地明显不同;受莜麦残茬和砾石覆盖的阻挡、疏散作用,风沙活动层提升,近地表风速不同程度削弱;输沙量小于对照秋翻地并且在近地表一定高度处出现极大值。抗风蚀效率分析证明,莜麦留茬和砾石覆盖对旱作农田防治风蚀都有重要的作用,但砾石覆盖不如莜麦留茬的防风蚀效果好。 相似文献
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作物残茬覆盖农田地表土壤抗风蚀效应试验 总被引：5，自引：0，他引：5
采用野外移动式风蚀风洞原位测试方法,对阴山北麓农牧交错区不同作物残茬覆盖的农田土壤抗风蚀效应进行了试验研究.结果表明:农田地表的风蚀量随地表作物残茬盖度的增大而减小;在高风速下随残茬盖度的增大,其抑制风蚀效果愈加显著.农田土壤的风蚀模数随风速的增大而增加,在12～18 m/s风速时保护性耕作农田风蚀模数比传统耕作农田降低40.42％～77.42％.风蚀模数随地表空气动力学粗糙度的增大而减小.保护性耕作带宽度达到5.25 m以后,具有更加显著的抗风蚀效果. 相似文献
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针对中国阴山北麓旱作农田风蚀比较严重的现实,将旱作农田地表铺设不同覆盖度和粒径的砾石后进行风洞试验,旨在探索砾石覆盖度和粒径在抑制旱作农田土壤风蚀效果方面的作用,为采取合理的防风蚀措施提供技术依据。利用野外风洞原位测试方法,完成了6种风速下对应净风和挟沙风时的不同砾石粒径和覆盖度下的旱作农田土壤风蚀测试。结果表明：无论净风还是挟沙风,增加砾石覆盖度,旱作农田抗风蚀效率均提高,但当砾石覆盖度超过28%后,其对提升抗风蚀效率作用不大;在相同覆盖度下,随砾石粒径的增加,输沙量、抗风蚀效率略有变化,但不明显;将耕 相似文献