为解决当前农业灌区普遍存在的水资源浪费及灌溉排水规划设计单一问题,切实推动农业灌区灌溉排水规划规范设计流程,以双向流道泵站为例,结合江苏省镇江市姚桥镇稻作灌区实际情况进行农业适配的理论研究.探讨主要应用于大中型水利设施的双向流道泵站在农业方面的可行性与效果,提出适合此灌区稻作农业的给水排水规划设计模式,给出适合的灌溉排水设计规划方案.设计选取2块相邻稻田进行实际种植对比,分别使用普通水泵和双向流道泵站进行灌排作业.灌排试验研究结果表明在稻田进行双向流道泵站规划可使水稻每个生长周期下的产量提高4.76%,泵站对比普通水泵电力节能7.2%,综合节水效果达到12.2%,所服务的稻田每hm²综合效益平均增加3 420元以上.强调了灌排水规划设计前准备工作的重要性,结合项目区概况,科学合理地对灌溉和排水工程进行了设计分析.

以甘肃省酒泉市丰乐河灌区为研究区域,在选取典型水文年、概化灌区配水工程、精细识别灌区种植结构和确定不同渠道灌溉控制面积作物需水量的基础之上,以灌溉需水缺水量最小为目标函数,构建了基于WEAP模型的精细时空尺度灌区渠系配水优化模型.在考虑了作物空间分布和各生育期需水的基础上,选取并对比了6种不同的渠道配水优先次序方案下灌区的配水过程以及产生的灌溉效益.研究结果表明:在极端干旱的典型水文年,灌区渠系经验配水方式与作物实际需水不匹配的问题十分突出,会造成配水次序靠后区域的作物减产;在保障河道内生态流量的前提下,给偏好作物优先配水的配水次序与对应作物需水的耦合度更高,配水结果更合理;考虑优先供给灌区玉米种植区域的配水次序方案能在保证灌区灌溉效益公平性的同时获取更高的作物产量和经济效益,产量高出其他方案均值的6.9%,经济效益高出其他方案均值的10.5%;考虑优先次序相同的方案渠道缺水率的偏差仅为0.067,优于灌区习惯配水单年次序的0.163和双年次序的0.164.研究结果为提高灌区水资源利用效率和效益等提供重要技术依据.

为研究来流条件对灯泡贯流泵装置水力性能的影响,采用计算流体动力学方法对均匀和非均匀来流条件下的灯泡贯流泵装置内部非定常流动特性进行数值计算.从泵站进水前池出口断面提取速度分布数据作为模型泵非均匀来流条件,并与均匀来流进行对比.基于N-S方程和SST湍流模型模拟灯泡贯流泵装置内部的多工况非定常流动,并通过熵产方法和压力脉动对比分析了不同来流条件下模型泵装置水力损失和流场特性.研究结果表明:给定的非均匀来流条件会造成叶轮域和导叶域流动的非均匀性,降低了泵装置的水力性能;基于总压损失和熵产损失的对比分析,发现熵产分析方法能够评估过流部件的水力性能,其中起主导作用的是脉动熵产和壁面熵产;考虑单个网格体积的影响,进行熵产损失可视化并量化了局部高损失区域;通过压力脉动的幅频特性发现非均匀来流不会改变贯流泵装置原有的幅频特性,但会增大脉动幅值,不利于泵装置的稳定运行.

针对某电厂的运行需求,采用优化设计、三维流场仿真及试验验证相结合的方法,系统研究了大型两级双吸卧式凝结水泵在不同工况下的受力特性.首先,通过数值计算与试验测试对比,验证了数值分析方法的可靠性以及优化设计方案的准确性.其次,通过非定常数值计算,详细分析了该两级双吸卧式凝结水泵在常规、瞬态及启动工况下的流场变化及受力特性.结果表明:首级叶轮流道的最低压力点位于叶片入口背面位置,且低压区分布区域很窄,这表明叶轮具有良好的抗汽蚀性能.对首级叶轮、次级叶轮在瞬态工况、启动工况下进行了轴向力、径向力的计算分析,发现首级叶轮最大轴向力和最大径向力分别为3 148.546和4 642.354 N;次级叶轮最大轴向力和最大径向力分别为2 132.887和5 906.412 N,所有受力值均符合设计要求,表明该凝结水泵在各工况下均能够满足安全、稳定的运行需求,达到了预期的设计目标.

以农业灌溉用水量最小、粮食作物产量最大、作物经济效益最大和区域分水差异最小为目标,根据灌区未来不同节水措施程度,在支渠尺度上分别构建现状水平、渠道防渗、管道输水、节水灌溉4种灌溉情景的农业水土资源多目标优化配置模型,采用NSGA-Ⅲ算法对河西走廊典型绿洲灌区—丰乐河灌区的作物种植面积和灌溉水量进行联合优化配置.研究结果表明:支渠层次上的农业水土资源优化配置包含更多的地域特征和时空约束,可以为决策过程提供基于Pareto解集不同偏好的精细化配水和种植结构调整方案;农业灌溉用水量与粮食作物产量和作物经济效益呈正相关关系,灌溉水量每增加10 000 m³,优化筛选过程中倾向于粮食产量平均增加6 954 kg或经济收益平均提高27 400元;随着不同程度节水措施的实行,管道输水和节水灌溉分别节省7.8×10⁶ m³和1.1×10⁷ m³的农业灌溉用水,每年节水收益分别可达135元/hm²和190元/hm²,同时在粮食作物产量目标上均呈现约8.1%的增长,区域分水差异减少了1 500 m³/hm²以上.研究结果可为优化干旱绿洲灌区种植结构、提高水土资源利用效率和效益等提供理论依据和技术支撑.

为了研究立式潜水泵在轴承磨损情况下的故障特征,以井用潜水泵为研究对象,构建多源状态监测系统,加工与选取轴承故障件,开展故障试验,采集潜水泵多工况下的电压、电流、振动与温度信号,分析信号的时域与频域特征.通过定制游隙增大轴承与选取服役失效轴承构建典型故障样本,搭建包含井上电气信号监测系统与井下机械信号采集装置的综合测试平台,试验系统同步采集三相电压与电流、径向与轴向振动、电动机温度及出口压力等多源信号,覆盖20%~160%额定流量工况范围.结果表明:定制故障轴承与服役失效轴承在各类信号上的特征相近;振动信号特征表现显著,振动峰峰值增大,径向振动的转频幅值显著增大,轴向振动表现为转频倍频的增大,在电流信号上则表现为对4倍频的转频调制.

为探究不同氮肥施用模式对春茶产量与品质的影响,以“茂绿”茶树为栽培对象,将秋春夏三阶段氮肥分配比例T1,T2与T3及施氮总量N1,N2,N3与N4分别设定为5∶3∶2,6∶2∶2和4∶3∶3,以及300,375,450和525 kg/hm²,组合成12个处理并以茶园常规处理为对照(CK)进行施肥效果试验,分析不同处理对春茶产量(百芽质量)与品质(茶多酚、氨基酸与酚氨比)的影响.结果表明:当秋季施氮占比不低于施氮总量的50%时,百芽质量在施氮总量增加到N3(450 kg/hm²)时,达到最大为13.04 g,继续增加施氮总量反而导致百芽质量降低;与此同时,随着施氮总量增加,茶多酚含量有所降低,氨基酸含量有所提升,增至N3时,茶多酚质量比降至最低为176.49 mg/g,氨基酸质量比升至最高为25.22 mg/g.当分配比例一定时,百芽质量随着施氮总量增加而先增后减;当施氮总量一定时,分配比例T2水平下产量和品质的综合效果均达到最佳,茶叶酚氨比最小为7.00.推荐最优施肥方案:秋春夏三阶段氮肥分配比例为6∶2∶2,施氮总量为450 kg/hm².

为改善铁精矿矿浆输送管线隔膜泵入口单向阀端盖的螺栓连接问题,建立单向阀三维模型及矿浆固液两相流模型,采用流固耦合方法,分析阀芯不同开度下端盖受力载荷谱及螺栓的受力情况.在此基础上,应用遗传优化算法对单向阀端盖螺栓进行布局优化设计,获取不同性能等级螺栓的优化布局,并验证优化结果的有效性.研究结果表明:保持螺栓性能等级为12.9级的情况下,可将原有8颗螺栓增加为10颗,单颗螺栓的直径减小6 mm,螺栓总体积降低8.2%,实现了轻量化设计,并降低了单颗螺栓的受力;若保持现有螺栓数量及直径不变,螺栓性能等级可降低为10.9级,从而有效降低生产成本,也是最容易实现的技改方案.研究结果可为单向阀的升级和改进提供一定依据,并且在轻量化和成本控制方面具有重要的工程应用价值.

为了探究预腐蚀时间对空蚀性能的影响,基于ASTM G32标准并采用超声空蚀试验装置开展预腐蚀后铅黄铜的空蚀试验.对不同预腐蚀时间条件下铅黄铜表面形成的氧化膜的微观形貌和成分进行综合分析.结果表明:随着腐蚀时间延长,氧化产物发生变化.预腐蚀240 h后形成以Cu₂O和ZnO为主要成分的氧化膜,预腐蚀480 h后部分Cu₂O转化为Cu₂(OH)₃Cl,预腐蚀720 h后的氧化膜主要由Cu₂O和NaZn₄Cl(OH)₆SO₄·6H₂O组成.腐蚀时间的延长使膜的连续性加强,削弱了试样与海水之间交换离子的能力,从而提高了铅黄铜的耐腐蚀性.预先形成的氧化膜可以减轻空化泡溃灭对试样表面的冲击作用.随着预腐蚀时间延长,试样经相同时间空蚀后的质量损失减少.预腐蚀720 h的试样在海水中经空蚀1 h后的质量损失是未经预腐蚀试样的约1/2,即预腐蚀可提升铅黄铜的抗空蚀能力.

为了阐明不同施氮水平下旱后复水对小麦叶片光合特性和产量的影响机制,开展测坑试验研究充分灌水(W₀,灌水下限为田间持水率的75%)和旱后复水(W₁,灌水下限为田间持水率的55%)下,3种施氮量(N₁:100 kg/hm²,N₂:200 kg/hm²,N₃:300 kg/hm²)对冬小麦净光合速率、光响应特性参数及产量的影响.结果表明:充分灌水条件下,净光合速率Pn、光响应曲线及相关光响应特性参数均随施氮水平的上升而上升;旱后复水条件下,Pn、光响应曲线及相关光响应特性参数均随着施氮水平的上升而呈先上升后下降的趋势,其中拔节期旱后复水处理产量在N₂氮素水平下较充分灌水处理提升了5%,表明拔节期旱后复水耦合200 kg/hm²氮肥处理可以较快地恢复叶片光合系统并提升冬小麦叶片光合潜力.因此,施氮量200 kg/hm²时,拔节期旱后复水对冬小麦叶片光合特性和产量的影响较小,研究可为干旱半干旱地区实现冬小麦水氮优化管理策略提供理论依据和技术支撑.

为探究不同灌溉水量对沙棘品质的影响,在新疆生产建设兵团第九师170团进行大田试验.试验以当地主栽品种为研究对象,设置5个水分梯度.通过测定果实品质指标,结合主成分分析法探究灌溉水量对沙棘品质的影响,并且构建综合评价模型,从而筛选最优灌溉方案.结果表明:5个水分梯度下10项品质指标中,灌溉水量对沙棘维生素C影响显著;开花期、结果期增加灌水量显著提高了百果质量及果实纵横径;果实膨大期、果实成熟期适当减少灌水量并未对沙棘营养品质造成负面影响;随着灌水量的减小,总糖、维生素C及可溶性固形物增加,而总酸降低;主成分分析提取的3个主成分的累计贡献率达98.573%;综合评价模型计算得分表明,处理W3(灌溉定额450 mm)为最优水分处理.研究结果可为规模化种植沙棘提供参考依据.

为研究不同水氮耦合方式对新疆吐哈地区滴灌葡萄生理生长的影响,以“无核白”为供试材料,设定灌溉量和施氮量2个因素:充分灌溉(D0)、新稍期轻度调亏灌溉(D1)和中度调亏灌溉(D2);常规施氮(N0)、减10%施氮量(N1)和减20%施氮量(N2),共9个试验处理,每个处理设置3个重复,CK处理为园区常规管理(D0N0),进行双因素完全随机区组灌溉试验.结果表明:相比常规水氮(CK)处理,轻度调亏灌溉耦合270 kg/hm²施氮量(D1N1)的处理降低了葡萄叶片的和胞间CO₂浓度,但增大了叶面积指数、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度;D1N1处理葡萄的产量为31 132 kg/hm²,较CK处理差异不具有统计学意义,但灌溉水利用效率较CK处理提高了10.25%,氮肥偏生产力提高了10.78%;通径分析可知,葡萄的叶面积指数、净光合速率和蒸腾速率是影响产量的直接因素,叶片的相对质量含水率、气孔导度和胞间CO₂浓度是影响产量的间接因素.综上,轻度调亏灌溉耦合270 kg/hm²施氮量的灌溉施肥模式是文中试验条件的最佳组合,稳定产量的同时节约了10%的水氮资源.

为了进一步提高无油涡旋压缩机风冷系统的散热性能,对散热翅片型线、截面、尺寸进行优化.以贝塞尔曲线为基础,构造新的散热翅片型线,并确定散热效果较好的散热翅片截面,然后利用正交试验进一步研究散热翅片各个尺寸对散热的影响并确定了最优的尺寸组合.结果表明:基于贝塞尔曲线构成的散热翅片型线换热性能更优;矩形截面在当前特殊的散热结构中具有更好的散热效果;影响涡旋盘平均温度的显著性顺序依次为散热翅片间距、散热翅片厚度,影响进出口压降的显著性顺序依次为散热翅片间距、散热翅片厚度;经正交试验选取的最优尺寸组合为散热翅片间距3.0 mm、散热翅片厚度3.5 mm;优化后涡旋盘平均温度下降了15.88%,有效提高了风冷系统的散热性能,为无油涡旋压缩机风冷系统散热翅片的研究提供了一定的参考.

为优化齿形迷宫流道灌水器的流道结构,应用CFD数值模拟方法,对背水面齿角度分别为0°,10°,19°,30°和45°的齿形迷宫流道灌水器进行固液两相流数值模拟计算,研究不同背水面齿角度流道内流速、湍动能、涡旋分布规律及颗粒运动轨迹等.结果表明:齿形迷宫流道灌水器流态指数和流量系数均与背水面齿角度呈正相关关系,背水面齿角度为0°时,水力性能最佳;随着背水面齿角度的增大,灌水器流道内流速整体呈减小趋势;流道内湍动能随背水面齿角度的增大而增强;通过Ω涡识别法发现随着背水面齿角度的增大,流道内涡旋运动区域面积减小且强度减弱;颗粒在5种背水面齿角度流道内最长停留时间分别为1.92,3.77,4.37,0.87,0.82 s,背水面齿角度为45° 时,灌水器抗堵塞性能相对较优.模拟结果证明适当改变背水面齿角度,采用不对称流道形式,有利于提高灌水器的性能.

为了研究不同叶片偏角协同影响下倒伞曝气机的充氧性能,制作了叶片数量、形状等相同,但具有不同径向偏角和轴向偏角(迎水角)的曝气机叶轮,并对这4种不同型号的倒伞曝气机叶轮充氧性能进行了对比试验.结果表明:测试工况下,曝气机的电动机功率、标准充氧量SOC、动力效率E_S与叶轮转速呈正相关关系.不同叶轮径向偏角和迎水角的倒伞曝气机叶轮标准充氧量和动力效率不同,在75 r/min电动机负荷较低时,无径向偏角和迎水角的1#叶轮标准充氧量和动力效率最大,分别为3.81 kgO₂/h和1.51 kgO₂/(kW·h).电动机几乎满负荷运行的情况下,带有一定径向偏角的2#叶轮标准充氧量和动力效率最佳,分别为5.27 kgO₂/h和1.82 kgO₂/(kW·h).实际污水厂一般配置1台恒速和数台变频调速曝气机,为实现节能降耗的目标建议恒速曝气机选用具有一定径向偏角的2#类型叶轮,变频调速曝气机选用不设置径向偏角和迎水角的1#直叶片叶轮.

针对现有仿生集水方法成本高与环境适应性差等问题,受沙漠甲虫背部亲水/疏水复合微结构启发,研制了一种具有超亲水/超疏水复合微结构的集水仿生表面及其低成本制备方法.该方法通过涂覆改性SiO₂层、掩模磁控溅射Ti膜、化学刻蚀转化Ti膜为TiO₂阵列等步骤,在玻璃基底上形成超亲水/超疏水复合微结构表面.该表面借助超亲水性TiO₂阵列捕获雾滴,同时通过阵列周围超疏水性SiO₂涂层通道加速所捕获液滴脱落,提升集水速率.试验研究表明,随着掩膜板目数的增加,集水速率显著提升,当掩膜目数达到500时,集水速率可达3.455 g/(cm²·h);表面在酸性环境下易被腐蚀,导致集水性能下降,在碱性环境中,表面具有较好的耐碱性,可保持良好的集水效果.该方法成本较低、环境适应性强,为集水仿生表面应用推广提供了理论基础和试验依据.

为探究不同灌水量和矿化度的微咸水灌溉对枸杞根层土壤水盐分布及枸杞产量的影响,在河套灌区下游三湖河灌域开展为期2年的双因素田间含水率试验,设置3个灌水水平(210,300,390 mm,分别以W1,W2,W3表示)和4个矿化度水平(2,3,4,5 g/L,分别以S1,S2,S3,S4表示),以淡水灌溉为对照(0.608 g/L).结果表明:相同灌水量时,土壤含水率随矿化度增大而先增后减,S2时达到最大值;各微咸水灌溉处理均积盐,剖面土壤在灌水量少时出现盐分表聚现象,随灌水量增加,深层土壤盐分积累呈增加趋势;在微咸水灌溉处理中,W2S1的产量最高,2年平均鲜果产量为16 593.85 kg/hm²,干果产量为4 448.38 kg/hm²;模拟结果显示,河套灌区下游适宜的微咸水灌水量为334.90 mm,矿化度为2 g/L.

为了研究近壁面单空泡形态变化及其引发的能量效应,建立了近壁面单空泡的数值模型,分析了无因次距离、空泡初始半径以及空泡内容物对近壁面空泡溃灭形态变化的影响,通过推导并求解空泡溃灭能量方程,得到了不同条件下水域动能及空泡势能随时间变化规律.结果表明:不同无因次距离、空泡初始半径以及空泡内容物下的近壁面空泡形态变化不同,无因次距离越小,空泡达到最大半径所需时间越长,而空泡初始半径对二者的影响呈相反规律.此外,空泡内容物气体的种类根据其不同的物理性质(溶解度、分子体积等)对空泡溃灭总时长有不同程度影响.水域动能随时间的变化规律基本相同,均呈现三段开口向下的抛物线;除空泡增长初阶段有微小波动外,空泡势能变化的总体趋势为先增大再减小,其中无因次距离的影响最小.文中研究方法将为近壁面空泡能量特性研究提供理论参考.

为实现“双碳”目标,积极推动清洁能源发展,抽水蓄能技术作为保障电网安全的重要手段得到广泛应用.针对大水头水泵水轮机在运行过程中可能存在“S”形特性区引发的振动和噪声等问题,基于数值计算对大水头水泵水轮机典型工况开展研究,采用定常数值模拟方法分析“S”形特性区的压力分布和旋涡流动,发现偏离设计工况时无叶区将形成挡水环,阻碍水流顺利进入转轮,导致旋涡堵塞流动通道等情况.文中基于不稳定流动机理,提出了通过优化转轮结构改善其水力特性的解决方案,有效抑制了流道内旋涡流动,减轻了流动分离现象,从而提升了机组的运行稳定性.研究结果可为大水头变幅水泵水轮机的优化设计提供理论参考.

为了研究云空化周期性演变过程中的空泡动力学特性,基于均相流模型与离散相模型构建了一种单向耦合欧拉-拉格朗日思想的水力空化模拟方法,对空化数σ=0.8的二维Clark-Y水翼云空化流动进行了数值计算,得到了水翼瞬时升力系数变化及其表面云空化演变过程.通过求解球形空泡动力学方程,获取了该水翼云空化区内的空泡动力学演变规律.研究结果表明:该数值方法较好地模拟了水翼云空化内空泡的周期性行为;示踪粒子沿途压力的剧烈程度受空泡脱落与溃灭位置的影响;空泡内压与其所受流场压力有关,流场压力变化越剧烈,空泡内压幅值越高,其溃灭所释放的压力波也就越大,当空泡半径收缩至15.7 μm时其溃灭压强最大幅值可达69.800 MPa;空泡初始半径增大,空泡内压幅值随之减小,空泡形态变化基本稳定.文中研究方法可为大型水力机械中的球形空泡溃灭行为研究提供理论参考.

为探究覆膜与生物炭对控灌稻田土壤水热和无机氮分布及产量的影响机制,设置不覆膜不施加生物炭(CK)、覆膜(CF)、施加2.5 t/hm²生物炭(CB)、覆膜+施加2.5 t/hm²生物炭(CBF)4个处理,分析覆膜和生物炭条件下不同土层稻田土壤水热、无机氮时空变化趋势、作物产量及其构成要素的响应特征,并量化覆膜和生物炭共作条件下土壤水热、无机氮和产量的相关特征.结果表明:与CK处理相比,不同覆膜和生物炭处理均可提高土壤含水量、铵态氮、硝态氮质量分数,其中,膜炭共作处理提高幅度最明显,增幅分别为7.2%~22.3%,8.9%~27.8%,11.0%~22.1%;覆膜(CF)和膜炭共作(CBF)处理可提高土壤温度,单施2.5 t/hm²生物炭对土壤温度没有明显提高;水稻产量与土壤含水量、土壤铵态氮及硝态氮质量分数间均呈显著正相关(P<0.05);膜炭共作处理使产量和净产值分别提高26.8%和15.1%,达到经济效益最大化.综合考虑,膜炭共作是文中控灌稻田的最佳管理模式.该研究为构建黑龙江稻田适宜覆膜和生物炭模式提供参考依据.

为了有效提高电网安全稳定运行水平和新能源资源利用率等,构建了由有压输水系统、水泵水轮机、交流励磁发电机和调速器等组成的变速抽水蓄能机组精细化模型,对抽水蓄能电站典型水力过渡过程开展了深入的计算分析.研究结果表明,交流励磁变速机组数值仿真整机模型可有效进行各工况仿真,仿真动态过程符合机组实际运行过程,效果良好.变速抽水蓄能机组在发电工况的调速器功率模型下进行增减负荷时,机组转速由交流励磁控制,其转速可以迅速得到精确调整,定子侧有功也能快速稳定在指定值;机组在发电工况的调速器开度模型下进行增减负荷时,机组出力由交流励磁控制,定子侧有功能够快速稳定在指定值,机组转速则缓慢稳定在指定值.

为研究不同结构型式水力旋流阀的气液固流动特性和工作性能,基于VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,对3种结构设计水力旋流阀的气液固流动进行了数值模拟计算.研究结果表明:结构设计可以控制气相体积分布,从而影响水力旋流阀的流动特性和工作性能;通过改变当量半径、腔体宽度、出口直径,可以影响集水井、水力旋流阀及下游管道内的速度流线分布、颗粒速度和粒径分布,获得不同工作性能的水力旋流阀;气相分布区域占据了颗粒的空间分布,促进了颗粒在集水井中的沉积;水力旋流阀的阻流和截流特性与气相分布形成的旋流、旋涡有关;在当前工况和集水井设计下,应优先选择R300 mm×L150 mm×d200 mm(其中R为当量半径,L为腔体宽度,d为出口直径)结构,其较小的阻力系数保证了一定的流通能力,且未因集水井溢流而造成二次污染;对于只考虑集水井不发生溢流的错峰调度工况,可根据实际情况选择R300 mm×L200 mm×d280 mm结构和R300 mm×L150 mm×d200 mm结构.研究结果为拓宽水力旋流阀的使用条件和提高选型能力提供了一定的参考依据.

针对某大型立式潜水轴流泵站的钟形进水流道存在吸水室流态不佳、进水条件不良、装置效率偏低等问题,基于雷诺时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,采用数值模拟方法对该流道的导流锥结构进行优化.以进水流道水力损失、出口流速分布均匀度及水流入泵平均角为评价指标,在合理范围内对椭圆形导流锥尺寸进行优化设计、模拟与性能对比分析.结果表明:导流锥长短半轴最佳尺寸为长半轴a=1.0D、短半轴b=0.4D(D为叶轮直径).优化后,进水流道水力损失为0.189 m,较优化前减少0.028 m;出口流速均匀度达94.28%,提升10.96%;水流入泵平均角为87.80°,增大1.02°.优化后泵装置效率和扬程均显著提高:在设计流量7.0 m³/s下,效率由64.39%提升至67.74%,扬程由9.62 m提高至9.98 m,装置效率最大提升5.81%.对优化方案进行模型试验,在设计流量下测得效率为67.03%,对应扬程为9.82 m,性能指标达到较高水平.数值模拟的性能曲线与试验结果吻合较好,效率最大偏差小于3%,证明了模拟结果的可靠性.研究成果可为同类泵站钟形进水流道的设计与优化提供参考.

嘉善县姚庄圩区河网地势低缓,结构复杂,存在水体交换速度缓慢、水动力不足等问题.构建MIKE21二维河网水动力模型,并以闸泵运行能耗费用最低为主要目标函数,以流速、闸泵过流流量及过水时间为约束条件,建立闸泵联合调控优化调度模型,采用灰狼优化算法进行模型求解,得出更经济高效的调控方案,模拟分析在不同调控方案下水动力调控效果.结果表明,在优化调度方案运行下,各泵站及闸站的总耗电量降低了67.95%,水动力改善效果得到了明显提升,河道平均流速和最大流速明显增加,死水段长度占比缩短,河网整体最大流速可达0.325 m/s,最为突出的点位为南亦湾河段,流速大小增加幅度在50%~80%.研究结果可为中国平原河网闸泵联合调控提供技术支撑.

为了研究柔性悬臂水翼的动态变形对其水动力特性的影响,以某柔性悬臂水翼为研究对象,首先,提取出表征其变形特性的关键参数,建立柔性悬臂水翼变形的数学模型.然后,运用动网格技术,分析了2°,4°和6°这3个典型水翼攻角工况下,水翼弯扭耦合变形和单一变形(弯曲和扭转)对水翼水动力性能的影响.结果表明:相较于弯曲变形,扭转变形对水翼水动力性能有更大的影响;沿水翼展向从约束端到自由端,频谱中变形频率对应的强度幅值逐渐增大;6°攻角时,约束端附近升阻力受到变形频率和脱落涡频率的耦合影响;压力面上弯曲和扭转频率对应的压力脉动幅值分布具有较大差别,综合变形的压力脉动幅值分布特点可看作两者的叠加.

为快速无损检测生菜冠层叶片叶绿素和氮素含量,采用高光谱成像技术采集生菜冠层的高光谱图像,分析生菜冠层叶片的光谱反射率与叶绿素和氮素含量的关系.采用阈值分割法去除高光谱图像的背景噪声,对光谱反射率进行一阶微分预处理,用竞争自适应重加权法(CARS)、连续投影法(SPA)及CARS和SPA算法组合(CARS-SPA)分别提取叶绿素和氮素的光谱特征波段,并选用最小二乘法(PLS)构建模型.结果显示,在保持关键信息的前提下,使用CARS-SPA算法降维效果最好,叶绿素和氮素用于建模的波段数减少至19和20,均降低至10%左右.使用该方法提取的波段中重复的波段大部分集中在可见光的前10个波段和近红外短波部分,这两部分波段数据与生菜叶绿素和氮素有较强的相关性.使用CARS-SPA算法所建立的PLS预测模型效果最好,叶绿素和氮素含量预测模型的决定系数R²分别为0.767 7和0.696 8;均方根误差RMSE分别为1.559 5和0.765 2.