混流式水轮机叶道空化涡诱发高振幅压力脉动特性     

孙龙刚  郭鹏程  郑小波  吴罗长 《农业工程学报》2021,37(21):62-70

混流式水轮机部分负荷叶道空化涡不稳定特性已成为制约水电与其他可再生能源多能互补发展、扩大水轮机稳定运行范围急需研究的技术难题。该研究以HL702低水头混流式模型水轮机为研究对象,通过非稳态数值模拟技术及涡流可视化试验,对部分负荷工况下的叶道空化涡不稳定涡流演化及压力脉动特性展开研究。结果表明,叶道空化涡在水轮机转轮内为一个体积周期性变化的动态过程,其涡结构脉动主频为转轮转频的1.1倍。叶道空化涡诱发时,水轮机转轮叶片压力面和吸力面均捕捉到与涡结构频率相同的压力脉动信号。叶道空化涡体积的变化主要发生在转轮叶片背面出水边与下环交界附近,引起压力脉动幅值的局部放大。进一步分析发现,叶道空化涡发生工况下水轮机内部的瞬时压力脉动信号与空泡体积加速度成正比,表明涡流演化是引起压力脉动幅值上升的重要原因。研究进一步阐明了部分负荷工况叶道空化涡的演化特征,揭示了涡流诱发不稳定高振幅压力脉动的内在机制。  相似文献   

基于PIV技术的圆形循环水养殖池流场     

朱放  胡佳俊  孔剑桥  桂福坤  潘训然  冯德军 《农业工程学报》2021,37(23):296-300

为研究进水管的设置距离和角度对双管进水式圆形循环水养殖池水动力特性的影响,该研究通过模型试验的方法,利用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）测量了不同进水管设置方式下养殖池内的流场。试验设计了3组进水管距池壁距离（进水管与池壁的最近距离,即进水管设置距离d）,每组距离工况下设计了8组进水角度（出水方向与养殖池切线形成的锐角,即进水管设置角度α）。利用PIV技术测量了不同工况下距离池底1 cm水层的流场,从水动力特征量（平均流速vavg和速度均匀系数U）分析进水管设置方式对养殖池水动力特性的影响。试验结果表明进水管设置方式明显影响养殖池的水动力特性：d=0时,随着α的增加,平均流速整体呈现先增大后下降的规律,在α=45°时取得最大值,但流场均匀系数随角度的增加而逐渐增加;d=1/4 r（r为养殖池半径）时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数都先缓慢增加然后再下降,分别在α=40°和30°时取得最大值;d=1/2 r时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数整体都呈现逐渐下降的趋势。综合比较24个试验工况的平均流速vavg和速度均匀系数U,建议将进水管设置为d=1/4 r,α=30°～40°,以期使养殖池内水动力特征有利于固体颗粒物的运动汇集,提升养殖池的集排污能力。本文研究成果可以为工厂化循环水圆形养殖池进水管设置方式提供参考。  相似文献   

火龙果周年液流特征及其对环境因子的响应     

李莉婕  赵泽英  岳延滨  聂克艳  王虎  袁玲 《农业工程学报》2021,37(8):242-250

为探明火龙果蒸腾规律,采用田间大棚试验,研究了4 a生火龙果树主茎的液流速率,并同步监测相关环境因子,分析其液流特征及其与各因子间的关系。结果表明:火龙果单日液流以春季(3—5月)最高(平均值11.95 g/h),其次是冬季,最小是夏季,呈显著性季节变化;单日液流主要呈单峰曲线,峰值出现频率最多的时段是在10:00-13:00,谷值主要出现在17:00-20:00,随后至24:00液流呈增长趋势,零点到日出前液流速率变化平缓;白天(日出-日落期间)的液流量占全天的49.60%～71.51%,夜间则降低。伴随春季火龙果新梢的大量生长,白天的液流峰值和日液流总量为四季中最高,说明生育期起主导作用,但春季的夜间液流占比(平均31.05%)显著低于其他季节(P0.01);夏季峰值出现的时间分散在上午或者下午,且液流量较低,说明高温和强光产生了抑制作用;其余季节峰值则集中在中午。白天与夜间液流总量呈显著正相关,相关系数为0.917(R~2=0.841,n=84)。瞬时尺度下液流速率与光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation,PAR)呈正相关(P0.01),但与饱和水汽压差(Vapor Pressure Deficit,VPD)等呈负相关(P0.01)。昼夜间液流对空气相对湿度(Relative Humidity,RH)和气温的响应相反。研究结果为火龙果水分及营养管理提供科学依据,在火龙果大棚生产的周年水肥管理中,满足春季需求是重中之重。  相似文献   

压力式谷物产量监测系统优化与试验验证     

耿端阳  谭德蕾  苏国粱  王宗源  王志伟  纪晓琦 《农业工程学报》2021,37(9):245-252

为了提高谷物收获作业过程中谷物产量在线监测的精度,研制了基于谷物流压力原理的车载谷物产量在线监测系统,该系统包括谷物流量监测装置、定位装置、割台高度控制开关、核心处理器以及人机交互装置。以谷物产量与谷物流压力间的谷物产量监测数学模型为指导,搭建了谷物产量监测试验台,采用Box-Behnken试验设计方法优化谷物流量监测装置结构参数,研究了传感器数量、传感器安装位置和监测装置水平倾角对谷物产量监测系统测产误差的影响,确定了最优参数组合为传感器数量5、传感器安装位置0.24 cm、监测装置水平倾角5°,并对最优参数组合进行了验证试验,结果表明,谷物产量监测系统测产误差为3.27%,满足谷物产量监测的精度要求。对谷物产量监测系统田间实际效果进行了试验验证,试验结果表明,田间测产误差为5.28%,生成的产量分布图为后续田间作业管理提供了决策依据。  相似文献   

基于智能体和元胞自动机的鱼道内鱼类行为模拟   总被引：1，自引：1，他引：0  

汪靖阳  郄志红  孙双科  张超 《农业工程学报》2021,37(11):239-248

为建立基于智能体和元胞自动机(Agent-CA)的鱼道内鱼类行为模型,该研究以计算流体力学软件得到的水流流场数据为基础,根据过鱼试验研究认识到的鱼上溯行为特征和规律,定义了不同场景下鱼的避开障碍、寻找主流、逆流向前、逆流后退、冲刺、随机6种行为和行为规则,将鱼道划分成多个二维元胞空间,将元胞空间中元胞状态为"鱼"的网格看作是一个智能体(Agent)。在3种体型的竖缝式鱼道中应用该模型对草鱼幼鱼的上溯行为进行模拟,并将模拟结果与实际过鱼轨迹进行对比。结果表明:该研究构建的模型能够较好地描述实际过鱼的主要上溯轨迹,针对3种体型竖缝式鱼道的模拟特征轨迹范围相对误差分别为23.5%、7.7%和2.3%。本研究提出的基于智能体和元胞自动机的鱼道内鱼类行为模型具有较好的适用性,可为鱼类行为模拟研究提供重要基础数据。  相似文献   

红河干热河谷林草地红壤中优先流的形态分布特征   总被引：1，自引：0，他引：1  

朱梦雪  赵洋毅  段旭  王克勤  万艳萍  卢华兴  邱砚海  杜云祥 《水土保持通报》2021,41(4):9-16

[目的] 在红河干热河谷地区开展优先流形态分布特征及与红壤特性关系的研究,为区域水资源管理和防治水土流失等工作提供理论依据。[方法] 以干热河谷地区典型植被林地和荒草地为研究对象,采用野外染色示踪法并结合图像处理技术研究优先流的形态分布特征及对红壤特性响应。[结果] ①林草地上层剖面平均染色面积分别为87.20%和91.97%,染色面积随土层的增加而减小,局部深度内染色面积出现反弹现象;林草地优先流长度指数分别为766.8%和730.0%,林地土壤优先流较荒草地发达;林草地的最大染色深度分别为40 cm和35 cm;②染色路径宽度随土层的增加而减小,0—20 cm土层内以大于250 mm的路径为主,20—40 cm内的染色路径在20—250 mm,而在40 cm以下的土层染色路径集中在20 mm以内;③优先流染色面积比、长度指数、染色路径宽度与土壤因子存在显著相关性,总孔隙度、有机质、含水率等对染色面积比（D_A）、长度指数（LI）、染色路径宽度（SPW）累积贡献率分别为97.80%,86.95%,87.45%;含水率、有机质、容重、总孔隙度和Al³⁺等因子与染色面积比、染色路径宽度呈最优线性关系。[结论] 土壤的孔隙特性、盐基离子和土壤质地等的共同作用最终导致红河干热河谷林草地优先流的差异。  相似文献   

工程堆积体坡面不同植被格局的控蚀效果研究     

杨树云  张铁钢  张展  孙贯芳  李永红  高照良  娄永才  齐星圆  赵莼  吴彤 《水土保持学报》2022,36(4):121-127

为探明不同植被格局对工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀的影响,采用10,20,30 L/min 3种放水流量,对黄土区不同格局（裸坡、坡顶、坡中、坡底、条带）下的高陡边坡（32°,20 m×1 m）进行模拟放水试验,选取径流率、产沙率、减流效益、减沙效益等因子对堆积体坡面植被的控蚀效果进行分析。结果表明：3种放水流量下,条带、坡顶、坡中、坡底的平均径流率较裸坡分别减小57.33%,61.17%,41.62%,24.78%,平均产沙率较裸坡分别减小74.99%,61.10%,55.01%,46.43%,且径流率与产沙率的线性关系（R²=0.57~0.80,p<0.01）整体上弱于裸坡（R²=0.71,p<0.01）。不同植被格局中,条带及坡顶格局的减流效益分别是65.97%,60.52%,减沙效益分别为71.44%,57.22%,二者的控蚀效果远高于其他格局。产沙率与径流功率的线性相关性（R²=0.61~0.83,p<0.01）高于径流剪切力（R²=0.29~0.76,p<0.01）,径流功率能更好地反映堆积体坡面土壤侵蚀机制。  相似文献   

不同种植间距对香根草植物边坡优先流发育特征的影响     

于师  李珍玉  王梦珂  江学良  欧阳淼 《水土保持通报》2022,42(3):49-56

[目的]分析优先流在香根草边坡中的发育特征,研究植物根系与优先流之间的关系,为进一步研究降雨条件下植物根系对边坡土体稳定性的影响提供理论依据。[方法]以种植间距为50 cm和10 cm的香根草为研究对象,模拟30 mm和50 mm两种不同的降雨量,采用示踪剂试验研究了香根草边坡土壤的优先流发育特征。[结果]香根草种植间距从50 cm减少到10 cm会增大边坡的水力响应。在50 mm的降雨量作用下,10 cm种植间距的香根草边坡土壤的染色面积比率和优先流比分别是50 cm的1.55,1.76倍。表层土0—10 cm土层深度范围内染色路径数量变化不明显,在10—35 cm深度土层范围,10 cm种植间距的染色路径数量多于50 cm种植间距的香根草边坡土壤。当降雨量由30 mm增加至50 mm时,水流会通过优势通道更迅速迁移到边坡土壤中。降雨量为30 mm土壤的染色面积比率(36.11%)和优先流比(67.25%)小于50 mm土壤的染色面积比率(49.68%)和优先流比(79.96%),并且染色路径数量随着降雨量的增加而增多。[结论]香根草根系特征与优先流关系密切。选择植物护坡时,应合理选...  相似文献   

基于粒子图像测速的坡面流水动力学特性     

杨坪坪  张会兰  王云琦  李瑞 《农业工程学报》2020,36(17):115-124

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术具有多点同时测量、对水流无干扰的优点,该研究利用高分辨率PIV(分辨率为64 pixels/mm),测量了7组坡面流(水深范围为0.5～1.1 cm,雷诺数范围为1 000～3 000),并测量1组深水明渠紊流作为对照,研究了流速轮廓线和修正系数、紊动强度和雷诺应力、偏态系数和峰度系数的变化规律。结果表明:1)PIV能够有效观测坡面流床面至水面的流速分布。当坡面流流态为过渡流时,流速修正系数随着雷诺数的增加呈对数增加,均值为0.77;2)对比深水明渠紊流的紊动强度,坡面流的流向紊动强度较大,而垂向紊动强度较小,且随着水深及雷诺数的增加,坡面流紊动强度逐渐与深水明渠紊流的特征吻合。深水明渠紊流中受雷诺应力影响的流体占比约80%,而坡面流中受雷诺应力影响的流体占比小于80%,随着雷诺数的增加坡面流中受雷诺应力影响的流体占比变大;3)对比深水明渠紊流的峰度系数,坡面流的峰度系数大部分大于3,表明坡面流较深水明渠紊流出现极端流速事件的概率小。PIV技术有利于实验室研究坡面水力侵蚀的力学机理机制问题。  相似文献   

坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验     

王照润  高建恩  周凡凡  王鹭  张元元  高哲  李兴华 《水土保持学报》2023,37(1):97-102,113

高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明：(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。  相似文献