摘要：为研究叶轮叶片包角对离心泵空化诱导振动噪声的影响,以1台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他几何参数不变,将叶片包角从115°改为110°,120°和125°.在离心泵闭式试验台上测量了不同叶片包角模型泵在不同装置空化余量时的振动和噪声信号,并对信号进行处理和分析.试验结果表明:叶片包角变化对离心泵设计工况下空化性能的影响无明显规律,存在1个最优值;随着叶片包角的增大,各测点加速度传感器测得振动强度的变化规律各不相同,出口法兰测点的振动强度相对最小,振动强度均在1.0 m/s2以下;随着叶片包角的增大,模型泵在无空化状态下运行时,噪声信号轴频峰值减小,叶频峰值变化复杂;空化初生和发展时,轴频峰值均呈先增加后降低的趋势,1 750～2 250 Hz频段的能量峰值随空化程度的加剧先增大后减小.

摘要：基于Rayleigh-Plesset方程的空化模型和剪切应力输运湍流模型(SST),应用计算流体动力学技术,对比转数n s为449的蜗壳式混流泵设计工况下的流场进行空化数值模拟分析.根据模拟结果获取了该泵的空化特性曲线,对开始发生空化、临界空化和空化严重3种工况下叶轮内的空化现象进行分析,并找到混流泵空化断裂和扬程下降的原因.数值模拟结果和试验结果一致,误差在5%以内.模拟分析结果表明:流道内的空泡增多到一定程度后会使液体发生边界层分离,产生旋涡,通过叶轮流道内空泡体积分数和叶片背面流线分布图可以看出,旋涡是导致该混流泵空化断裂工况下扬程下降的最主要原因,初步揭示了混流泵内空化流场的分布规律.

摘要：在旋流泵流场计算及流场测试基础上 ,就旋流泵的结构参数对泵性能的影响进行了一系列试验研究 ,总结了以蜗壳无叶腔体积 V0 与叶轮体积 VI 之比 ZV 来设计旋流泵的方法 ,并由大量试验数据统计得到 ,当ZV=V0 /VI=3～ 5时可获得较好的水力性能。设计的几种旋流泵的效率比国内外同类产品提高了 3%～ 5 %

摘要：为了研究立式轴流泵装置出水流道的流动特性,以一立式轴流泵装置为研究对象,基于全流场非定常计算,结合湍动能和流线分布以及压力分布,分析出水流道内非定常流动特性;基于Q准则,在小流量工况下对流道内涡旋结构进行可视化分析;基于特征值法和涡量法,对不同工况下1个非定常旋转周期内的出水流道里的涡核进行提取.结果表明:小流量工况下,出水流道的入口处产生的涡旋结构数量最多,流道内提取到的涡核数量也最多;出水流道内的涡核强度从流道入口处往后逐渐减弱; 2种方法均在额定工况下提取到的涡核数量最少,并且额定工况下流道中后部均未出现涡核.掌握出水流道内流特性及涡核分布,有助于今后优化设计出低水力损失的出水流道.

摘要：为了保证双向轴流泵叶片安放角的可调节性,在叶轮结构设计时,叶片与轮毂之间均会保留一定的间隙,并且该间隙也会随着叶片安装角的调节而发生改变。根据工程经验,叶轮叶根间隙设计不合理会对轴流泵水力性能产生显著影响。为了探究叶根间隙在不同流量下对双向轴流泵正、反运行工况下水力性能的影响,设计了5种叶根径向间隙半径(0、1、3、5、8 mm),基于CFX对5种方案在不同运行工况下的水力性能与内部流态进行预测模拟,并将计算结果与试验测量值进行了验证对比。研究结果表明:当叶根径向间隙大于一定数值时,双向轴流泵在正、反运行工况下的扬程与扭矩会出现明显下降。在大流量条件下,泵效率由于叶根径向间隙半径增加而产生的下降幅度较大,正、反运行工况下泵效率最大下降5.72个百分点和3.48个百分点。在研究叶轮流道内部的流场时发现,正、反运行工况下的间隙泄漏量均随着叶根径向间隙半径的增大而上升。对于叶轮出口处的速度分布而言,轮毂附近的轴向速度与绝对速度环量受叶根径向间隙半径影响较为明显,均随着间隙增大而呈现显著的下降趋势。

摘要：为了探索离心泵运行工况与电机定子电流之间的关系,通过数值模拟分析了不同运行工况下的离心泵水力负载转矩特性,可知水力矩呈周期性变化,均值随着流量的增大而增大,水力矩脉动强度均方根随着运行工况偏离设计工况而增大。通过理论分析可知,转矩特征将以工频调制方式反映在电机定子电流中。通过试验测得了电机定子电流,计算了定子电流均方根,并用奇异值分解法(singular value decomposition,简称SVD)消去电网工频信号,实现反映离心泵运行状态的电流特征提取。结果表明:定子电流均方根(root mean square,简称RMS)与水力负载转矩的均方根变化特征一致。根据计算处理后的定子电流总谐波失真(total harmonic distortion,简称THD)可知,THD呈现出随离心泵运行工况偏离设计工况而增大的趋势。

摘要：通过课题4年的实施,完成高比转速多工况自吸喷灌机组开发,设计新型射流自吸结构,采用最新的多工况水力设计方法,突破了高比转速泵较难实现自吸功能的难题。采用喷头内部流道CFD数值模拟与外流场水滴运动力学计算的新方法,创新设计了特殊流道、异型喷嘴、散水齿等关键结构,首次研发成功新型低压均匀喷洒喷头,突破了现有喷头低压喷洒均匀性较差的行业难题,降低了喷灌系统能耗,进行了小批量生产和示范。开发出高均匀性射线喷头,发明了旋转射线喷头的角度调节装置,并开展了再生水灌溉性能考核,初步制定了再生水喷灌运行管理规程。成功研制出低压阻尼喷头,建立了关键部件的设计理论,继续扩大示范推广应用面积。研制出一种多功能轻小型灌溉机组和流量可调式喷头,并对产品进行了室内和大田试验。开发出文丘里施肥器、柱塞式注肥泵、注射喷嘴和精准施肥控制系统,完成了样机的加工和小批量生产,进行了性能考核试验和田间测试试验,并进行了水肥一体化示范应用。开发快速连接管件,构建出一种固定移动两用软管喷灌系统。针对现有泵不能满足喷滴灌两用机组各种组合模式的运行工况要求,成功研制出喷滴灌两用自吸泵,实现了喷灌、滴灌两种工况的系统需求。首次开发出喷滴灌两用灌溉机组,解决了作物轮作、间作所需的喷滴灌要求,满足了不同经济条件与灌溉条件地区的选择。一种多功能轻小型灌溉机组成型。首次建立了太阳能离心泵关死点功率预测技术,解决了太阳能离心泵关死点功率的控制问题,发明了离心泵多工况水力优化与设计技术以及匹配性更好地控制器算法,解决了太阳能灌溉系统在没有蓄电池的条件下高效运行的问题,成功开发出1 k W可移动式太阳能智能灌溉系统。开展了两年的大型喷灌机水肥运移特征与夏玉米水肥高效利用模式试验,并通过与作物模型的联合应用,明确了大型喷灌机喷灌水肥运移特征,确定了适用于集约化农田的低能耗精确喷灌水肥管理模式;完成了圆形喷灌机变量精准灌溉系统建设和变量施肥装置测试平台搭建,基于土壤可利用水量分布图进行了管理分区变量灌溉田间试验,明确了分区变量灌溉管理对作物生长、产量、深层渗漏量和作物耗水量的影响规律,提出了基于土壤可利用水量的分区变量灌溉水分管理模式。

摘要：完成高比转速多工况自吸喷灌机组的水力设计,通过预测泵内部流场,水力性能已达到要求,采用空气压缩原理设计新型自吸装置。采用间断式旋转碎水装置改善低压下喷头喷洒均匀性,研究其工作原理,完成了新型低压均匀喷洒喷头的设计和试制。采用异型喷嘴技术改进现有摇臂式喷头低压喷洒时的水力性能。完成高均匀性园林升降式射线喷头结构设计。基本建立低压阻尼喷头关键部件的设计理论,提出一种新的阻尼装置设计方案,初步完成数值模拟、样机制作及性能测试。一种流量可调式喷头产品成型。提出文丘里施肥器结构优化方法,开发出一种柱塞式注肥泵。开发快速连接管件,构建出1种固定移动两用软管喷灌系统。研制出喷滴灌两用自吸泵,开发出喷滴灌两用灌溉机组。研制出草坪喷头起落点精确定位装置,开发出基于开环控制策略的变域喷灌系统控制器。一种多功能轻小型灌溉机组成型。搭建太阳能水泵系统试验台,建立光伏水泵系统出水量预测模型,提出太阳能离心泵的水力优化方法并编写优化算法,研制出1 k W可移动式太阳能智能灌溉系统。初步明确了大型喷灌机喷灌水肥运移特征、产量空间变异与土壤特性之间的关系,初步确定了适用于集约化农田的低能耗精确喷灌水肥管理模式,完成了大型喷灌机变量灌溉设施建设。

摘要：为解决微流控芯片孢子检测复用率低的问题,提出一种基于气载微流控芯片的作物病害孢子流式动态检测方法。根据微尺度下作物病害孢子气体动力学特征设计平行双鞘流聚焦的微流控芯片,实现孢子的聚焦流动;利用光路聚焦原理和双向Mie散射原理设计光电检测结构;将微流控芯片和光电检测结构组合搭建光电检测系统,根据前向散射光强信息建立粒径与光强的检测模型,并融合前向和侧向散射光强信息,实现稻曲病孢子和聚苯乙烯微球的有效分类。仿真和实验结果表明:样品在芯片入口流速为2.5 mL/min、鞘流流速为12 mL/min时,粒子聚焦宽度为8μm,粒子富集率可达96.7%;稻曲病孢子和聚苯乙烯微球粒径与光强检测模型的决定系数为0.9666,平均检测误差为7.04%,芯片复用率提高约9倍。研究结果为作物病害检测传感器的研发提供了理论基础。

摘要：水稻真菌病害主要依赖真菌孢子在空气中进行传播。然而各种水稻病害孢子的形态相近,传统孢子捕捉仪和显微图像法难以对其进行区分。为了能够准确识别目标病害孢子并进行病害源定位,提出了一种水稻病害孢子多光谱衍射识别与病害源定位方法。为了解决传统衍射方法无法识别形态相似的缺点,设计了一种大视场、无透镜的多光谱衍射成像传感器。通过分析病害孢子衍射指纹图谱,解析稻瘟病菌、稻曲病菌孢子多光谱衍射成像特征规律。融合孢子的形态特征和吸收特性,提出指纹分离强度和相对峰差两个特征参数,建立孢子的多光谱衍射识别模型。通过仿真计算实验分析孢子传播规律,耦合环境信息建立孢子传播过程中的扩散模型。在无定向风及有定向风条件下分析孢子的空间分布情况,提出病害爆发源迭代质心定位算法。实验结果表明,本文方法对水稻病害孢子的识别率达到98.5%,对无定向风条件下的定位误差最低为4.9%,对有定向风条件下的定位误差最低为7.1%。