针对离心泵运行过程中泵体振动信号随流量变化的特点,提出一种基于注意力机制优化的CEEMD-CNN-BiGRU偏工况诊断模型,用于比较不同测点位置采集的振动信号对偏工况诊断准确率的影响.首先,通过互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)对离心泵在不同工况下的振动信号进行分解得到本征模态函数(intrinsic mode functions,IMF),并计算IMF能量矩作为特征指标.然后,将特征向量输入基于注意力机制优化的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)-双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent unit,BiGRU)并行的混合网络结构(CNN-BiGRU)进行训练,同时捕捉振动数据集的多尺度空间特征与全局时序特征,并进行特征融合,从而实现高精度偏工况诊断.最后,引入其他算法模型进行对比分析,验证所提模型的诊断性能.研究结果表明:该模型在蜗壳径向测点的表现最佳,能够有效表征离心泵偏工况特征,测试准确率达99.4%;基于注意力机制优化的CEEMD-CNN-BiGRU模型诊断效果优于其他模型,其中互补集合经验模态分解在提取偏工况特征向量方面表现突出,引入注意力机制后模型性能提升显著.研究结果可为离心泵偏工况诊断提供一种新的有效解决方案.

为揭示变速调节对水泵水轮机间隙流动特性的影响机理,以某变速水泵水轮机真机为研究对象,建立包含上冠和下环间隙的三维流体域模型,分析了最高扬程最小流量、最低扬程最大流量2个典型抽水工况及变速增负荷过程的间隙流动特性.结果表明:低扬程大流量工况下蜗壳、上冠间隙和泄水锥处旋涡更为明显,转轮上冠面和下环面压力呈周向分布并沿半径方向逐渐增大,间隙内流体呈高速度梯度和高压力梯度下的湍流状态,且迷宫密封处存在明显回流;变速增负荷过程中,随着转速和活动导叶开度同步增大,功率近似线性增大,固定导叶和活动导叶流道内旋涡逐渐减少,流道内流态逐渐平稳,且下环间隙内流态优于上冠间隙内流态,但未呈现与负荷相关的规律;转轮上的轴向水推力方向向上,最大值和最小值分别为1.912 02×10⁶ N和1.700 16×10⁶ N,且未呈现与转速的线性相关性.研究结果可为变速水泵水轮机的优化设计和安全运行提供理论支撑.

针对离心泵空化状态识别中存在的模型网络结构复杂、参数量大而导致计算效率低和识别准确性差等问题,提出一种基于CNN-Transformer(convolutional neural networks-Transformer,CNN-Transformer)的离心泵空化状态识别方法.首先,构建CNN-Transformer模型,通过3种不同大小的卷积核对不同空化状态下的压力脉动信号进行多通道特征提取,并对特征进行通道合并;然后,通过Transformer编码器的自注意力机制提取深层全局特征,将通道合并特征与编码器提取的全局特征按1∶1比例融合,形成信息更为全面的特征向量;最后,通过全连接层和Softmax分类器完成分类识别,并与Transformer,CNN-LSTM,CNN和LSTM模型进行比对.研究结果表明:CNN-Transformer模型能够准确识别无空化、初生空化、空化发展和临界空化等4种空化状态,其平均识别准确率为99.14%,比其他模型分别提高2.11%,2.79%,5.09%和7.21%.研究结果可为离心泵空化状态识别提供新的思路.

为使机械采油举升装置满足在不同井深和产液量条件下对压力和流量等工作参数的需求,设计一种能够在50~300 m³/d的流量内实现1~15 MPa的压力调节阀.利用计算流体动力学(CFD)技术对带有三角-直线型节流槽的压力调节阀进行仿真分析,获得了不同流量下调节压力随阀芯行程的变化规律,结果发现在小流量时压力调节性能较差.将三角-直线型节流槽优化成三角螺旋型节流槽后,分析了不同螺距对压力调节性能的影响,结果表明螺距越小,小流量的调节性能越好,结合油田常用流量范围,选择80 mm螺距为最优值.针对调节阀在调节初期压力变化速率过快、有效调节行程较短的问题,通过增加阀芯入口端的辅助螺旋槽、增大出口端螺旋槽的尺寸,最终使调节阀在不同流量下的压力调节性能趋于一致,调节压力1~15 MPa时阀芯行程均在40 mm以上,平均灵敏度为0.327 MPa/mm,较优化前提高了32.6%.

为研究消能锥形阀的能量耗散特性并提升其消能效果,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟、响应面分析和非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)算法相结合的研究方法,探讨锥形阀的能量耗散特性,解析结构参数的耦合影响特性.研究针对锥形阀孔套直径、阀芯角度和孔径等参数,以流场熵产作为目标值进行响应面分析,采用拉丁超立方方法抽取样本,通过神经网络的LM算法拟合数据,并利用NSGA-Ⅱ算法预测最高熵产值时的结构参数组合,最终实现锥形阀消能效果的优化.研究结果表明:阀芯角度和孔径对能量耗散的熵产值影响显著,孔套直径影响较小,但孔套直径和孔径间存在明显的耦合影响特性;优化后的结构参数组合为孔套直径109 mm、阀芯角度42°和孔径4 mm,优化模型在不同水头下均实现了明显的熵产率提升,其中高水头工况下的提升率达21.5%,消能系数提高12%;优化后阀芯尾部的熵产率显著增加,阀芯尾部区域的高速扰动和涡流的能量耗散显著提升,是改进后消能锥形阀性能提升的重要原因.

针对以乙醇为离散相液体,大豆油为连续相液体的液-液系统,基于界面波不稳定理论,建立针-板电极作用下的量纲一色散方程并进行数值计算,结合试验测量结果,分析在摆动滴模式下,主导离散相液体变形破碎的界面波特性及摆动角的变化规律.研究结果表明:在摆动滴模式下,轴对称界面波与非轴对称界面波同时存在.其中,轴对称界面波主导离散相液体的变形与破碎,随着荷电电压由1.34 kV增大至2.88 kV,其界面波最大增长率从0.326 10增至0.602 50,最优波数从0.758 60增至1.361 60;非轴对称界面波影响荷电液滴运动轨迹,使先后生成的液滴分布在毛细管轴线左右两侧,其界面波最大增长率在同一荷电电压范围内由0.020 27增至0.493 50,最优波数从0.065 80增至0.937 50.液滴中心连线夹角,即液滴摆动角,随着荷电电压的增大而增大. 采用波倾角来表征液滴摆动角,并以比值法和代入法计算结果的均值作为摆动角的理论值,计算结果与试验值之间的误差小于6%,能较准确地反映液滴的实际运动轨迹.

在详细探究底泥基矿物组成、粒径分布等理化特征的基础上,借助自制水化硅酸钙晶种粉微吸附效应,采用覆裹技术对内蒙古段乌海湖底泥进行自胶凝性激发处理,制备自胶凝性底泥基材料,通过不同掺量的自胶凝性底泥基砂浆试件性能测试,探究掺量对自胶凝性底泥基砂浆工作性能、流动特性和力学性能的影响规律;借助XRD及孔结构等微观分析,揭示自胶凝性底泥砂浆胶凝体水化产物微观形貌发育规律和内部孔隙结构时效变化历程.结果表明:在自胶凝性底泥掺量为15%时最优,底泥消耗量与砂浆强度损失量相对适宜.自胶凝性底泥基材料的掺入优化了砂浆界面区水化产物组成,降低了水化产物成核势垒,增强了水化程度,提升砂浆内部结构致密性;孔隙结构中胶凝孔占比的增加有利于形成相互交错的致密网状结构,提高砂浆的抗压强度.研究结果在一定程度上说明自制水化硅酸钙晶种粉激发处理后的底泥基材料可有效替代水泥,从而为矿区生态修复等工程构件应用提供新的思路.

为了了解库水位的变化对坝基岩体稳定性的影响,借助核磁共振技术和水压控制系统对取自金沙江某高拱坝坝基灰岩在循环水压力条件下的孔隙参数进行研究,通过分析试验前后岩体T₂谱并结合相关公式研究了初始饱和、干燥试件孔隙度、孔隙分布和渗透率变化规律.结果表明:灰岩微孔含量最多,且随孔隙直径增大含量逐渐减小,孔隙连通性好;水压力试验后,灰岩孔隙连通性增强;灰岩孔隙度下降0.01%~0.08%,初始状态相同时干燥岩体下降量更大;初始孔隙度大小与可动流体孔隙度增长量成正比,灰岩初始孔隙度存在界限值,试验值为1.04%~1.08%,大于此范围则可动流体孔隙度增大,反之减小;渗透率与可动流体孔隙度变化规律相似;孔隙水压力会导致试件孔隙膨胀,而外部水压力使孔隙收缩,二者分别对孔隙直径大于和小于0.1μm的孔隙影响大.

为解决橡胶表面疏水导致橡胶混凝土界面过渡区弱化问题,采用覆裹改性方法,探究水玻璃和粉煤灰对橡胶与混凝土界面的协同增强作用.借助扫描电子显微镜(SEM-EDS)和激光粒度仪,对覆裹改性橡胶颗粒(PRP)表面形貌及元素构成进行表征分析.此外,从宏观力学性能与微观结构两方面研究覆裹涂层对橡胶-水泥浆体界面强化机制.结果显示,改性后橡胶颗粒表面形成含有64.28%活性物质,厚度为143~175 μm的覆裹层,覆裹改性橡胶混凝土(PRC)28 d的抗压强度和劈裂抗拉强度分别提高了32%和55%.在水泥浆体中氢氧化钙作用下,涂层中无定形氧化硅、氧化铝迅速参与二次水化,以C-S-H,C-A-S-H凝胶形式进一步填充界面区,消除了原状橡胶的疏水间隙,提升了界面密实性.研究结果可为扩大橡胶混凝土在实际工程中的应用提供一种高效、可靠的方法.

针对含分叉管低扬程多起伏长距离输水系统事故停泵工况下需维持全线正压的水锤防护问题,以广东省某输水系统为例,分别建立高位水池、分叉管、变频泵运行等边界条件计算模型,采用特征线法进行求解分析泵后蝶阀与单向调压塔联合防护与高位水池、末端调流阀及支线分水阀联合防护的水锤防护效果,探讨该联合防护方案的优势,进而基于多目标灰狼优化算法进行优化高位水池直径以及泵后蝶阀、分水阀与调流阀的关闭规律.结果表明:对于低扬程多起伏管线,高位水池能够在有压管段形成水力隔断,有效解决有压管段落差较小、管线高点出现负压等问题;高位水池直径与管道最大压力呈负相关,延长末端调流阀与分水阀的关闭时间可以减小最大压力;优化方案与初始方案相比,全线最大压力减少了17.69 m,最小压力降低了0.27 m,高位水池体积减小了21.39%,不仅满足水锤防护要求,同时提升了水锤防护措施的经济性.

为加快建设农业强国、推进农业农村现代化并实现高质量发展,立足于新质生产力的赋能作用,运用理论、历史和现实三维视角分析,系统揭示了新质生产力赋能农业现代化的内在机理,明确了其与农业发展的深刻契合关系.同时,对农业发展中面临的“赋而未能”困境进行了检视反思与归纳分析,指出当前存在科技创新能力不足、人才供需矛盾突出、产业转型受制约及政策体系不完善等关键问题.研究表明,实现新质生产力高效赋能需要在科技、人才、产业和政策4个方面持续优化机制设计,突破瓶颈从而推动农业高质量发展.本研究通过这些机制的优化和落实,能够有效激活新质生产力潜力,为农业现代化注入持续动能,推动乡村全面振兴,助力实现中华民族伟大复兴.

针对当前各类喷嘴存在低压条件下雾化范围小、雾化均匀度低等问题,利用响应面法对喷头结构参数与雾化效果之间的关系进行了深入分析,并据此进行了组合优化设计.在工作压力p为0.10~0.30 MPa时,以喷嘴出口直径d、顶针锥角θ、顶针距喷嘴出口距离h为自变量,以雾滴索特尔直径和雾滴谱宽为响应值进行单因素试验,结果发现,各因素对雾滴索特尔平均直径的影响程度由大到小依次为p,d,h,θ.各因素对雾滴谱宽的影响程度由大到小依次为θ,h,p,d.采用Box-Behnken响应面法通过多响应优化求解,得到优化后喷嘴的参数组合p=0.30 MPa,d=1.42 mm,h=1.02 mm,θ=120.31°.研究结果对于雾化喷头在中低压工况下的组合优化应用具有重要的理论意义和实用价值.

针对磁通切换永磁(flux-switching permanent magnet, FSPM)电动机扩速范围受限问题,提出星-三角切换宽域调速方案,通过重构电枢绕组连接方式,使电动机具备双模式运行能力,兼顾电动拖拉机低速大转矩和宽调速高效运行需求.基于理论分析,推导了星-三角切换调速原理,给出了所提出方案实现扩速运行的参数条件.采用有限元方法,对不同连接方式时的电动机性能进行了计算分析.结果表明,星形接法时,电动机的转矩输出能力约为三角形接法的3^1/2倍,而三角形接法时,电动机恒转矩和恒功率区的最大转速分别增加83.3%和26.9%.试验结果验证了理论分析和仿真计算的正确性.