大型感潮河段流量实时估计方法

针对基于单个声学多普勒流速剖面仪(ADCP)垂线数据的指标流速法不适用于断面宽度大、横向流速差异大且径流季节性变化强的大型感潮河段,提出了基于双垂线组合的流量实时估计方法。在长江口徐六泾断面开展的实验结果表明:传统的单垂线法在该断面的流速估计精度较差,其均方根误差RMSE最大值大于0.1 m/s,流量估计相对标准偏差RSD约为11.3%;双垂线法的流速均方根误差RMSE均小于0.07 m/s,流量估计相对标准偏差RSD值为7.3%,但断面总流量的估计精度提高了近2 300 m3/s。因此,对于年均流量为2.8×104m3/s的长江口这种大型感潮河段来说,双垂线法4%的相对估计精度的提高显得必要且有意义。     

仿生导流叶片管路降噪特性研究

本文基于仿生技术对导流叶片进行再设计，研究其降噪特性。基于水管路系统实验平台，对带导流叶片管路进行实验研究和仿真计算，验证了LES/Lighthill的混合计算方法的可靠性；采用混合计算方法对不同流速下带仿生导流叶片的管路进行流场及声场计算，揭示导流叶片仿生设计对管路流场及声场的影响机理。结果表明：仿生设计后的导流叶片可以有效抑制尾部及壁面涡的产生，从而抑制流噪声；不同流速下的降噪效果不同，其中在2 m/s流速下效果最佳；在计算频段内，2 m/s流速下降噪效果最稳定。这些发现为导流叶片的仿生设计在噪音控制领域的应用提供了重要的参考和指导。     

马口鱼自主上溯游泳行为及对流场选择策略研究

鱼类通过流速障碍的能力是鱼道设计的关键因素,鱼类游泳行为对鱼类克服流速障碍起着重要作用。以马口鱼为对象,在开放水槽中放入不同长度的阻流体,制造不同的特征流场,研究马口鱼在3种不同工况及特征流场条件(竖缝流速分别为工况Ⅰ62.40 cm/s,工况Ⅱ84.55 cm/s,工况Ⅲ71.49 cm/s)下的自主上溯游泳能力与行为,并分析了其流场偏好。实验结果表明:3种工况条件下,马口鱼游泳速度分别为工况Ⅰ0.72～1.62 m/s、工况Ⅱ1.00～2.51 m/s、工况Ⅲ0.89～2.29 m/s;工况Ⅰ中马口鱼通过的成功率最高,为72.73%,工况Ⅲ最低,为45%,工况Ⅱ与工况Ⅰ相近,为71.43%;工况Ⅲ条件下的竖缝长度超出了马口鱼的耐力范围,导致大多数实验鱼多次尝试通过,造成能量大量消耗而疲劳。这表明游泳速度和障碍物长度均是鱼类能否成功上溯的重要因素。在成功通过的鱼中,3种工况下分别有83.33%、76.92%、77.78%选择从近壁处低流速区进入竖缝。上溯过程的流场偏好分析表明,3种工况下马口鱼有共同的偏好流速范围,为0.30～0.35 m/s。将开放水槽内水力因子与鱼类运动轨迹相叠加,确定马口鱼上溯过程的偏好流速,发现马口鱼在应对流速障碍时选择低流速场上溯的流场利用策略,为过鱼设施设计及评价提供研究的新思路。     

基于靶式和悬臂梁的FBG流量/温度同时测量研究

提出一种基于靶式结构和悬臂梁结合的新型流量/温度同时测量的光纤Bragg光栅(FBG)传感器。当流体流过传感器,流速的变化引起圆形靶产生应变,应变传递到等强度悬臂梁1上,进而引起粘贴其上的FBG1波长发生改变,而粘贴在悬臂梁2上的FBG2波长不发生改变;流体温度发生变化会引起FBG1、FBG2波长同时发生改变,且波长改变相同;通过测量两光栅的波长,得到流体的流量和温度。在水和蓖麻油实验得到:传感器的流量测量范围分别是400～2200cm3/s和700～1800cm3/s,温度测量范围是0～100℃。     

一种低流速气体流量传感器的研制

提出一种基于温差测量原理测量低流速气体流量的方法并进行了实验验证.传感器由一对集成温度传感器芯片与片状铂电阻热源构成,专门设计的片上恒流供电电路保证了热源加热功率的稳定.对该流量传感器样品进行测试,结果表明它能够提供与方根流速近似成线性关系的输出.在低于0.5 cm/s的低流速下,该传感器具有数十至数百毫伏的输出信号幅度,其测量下限可低至0.5 cm/s.这与理论分析结果基本相符.该流量传感器在低流速条件下具有高灵敏度和较高的稳定性.     

H型翅片管换热器声波吹灰性能参数优化分析

为了更准确高效地解决换热器积灰现象严重导致的换热效率降低、设备故障频发等问题,同时为换热器声波吹灰装置的设计提供更全面精确的理论指导,结合COMSOL Multiphysics多物理场有限元仿真软件,以H型翅片管换热器为物理原型,建立了声、固、流三场耦合的三维吹灰模型,开展了在不同声场流场参数下管道受力特性的分析研究,探讨了针对H型翅片管换热器的声波吹灰性能的参数优化.结果表明:该模型可以准确反映H型翅片管换热器在声波吹灰过程中的受力分布特性;位置相近的情况下,光管与鳍片交界处的受力明显高于鳍片部分的受力;点声源频率在200 Hz左右时,管道受力基本达到最大,小于或大于200 Hz管道受力则逐渐减小;考虑流场流速影响时,迎风面受力大于背风面受力.仿真结果为声波吹灰技术在换热器中的应用提供了设计指导.     

山区排水管道的设计流速探讨

我国《室外排水设计规范》规定室外金属排水管道最大流速为10m/s,非金属管道为5m/s,然而在实际工程中可以找到一些超过这个规定并且运行良好的工程实例,为此对该规定进行了探讨,并在调研分析的基础上建议室外提高排水管道最大设计流速.     

颗粒属性对输气管道渐缩管冲蚀磨损的仿真预测

在输气管道中，气固两相流对管道内壁造成冲蚀磨损，渐缩管中冲蚀磨损情况尤为严重。利用计算流体动力学相关知识，通过CFD仿真软件建立模型，运用流固双向耦合方程，采用标准k⁃ε模型和DPM模型进行分析。探究入口流速、固体颗粒粒径以及颗粒质量流率对渐缩管冲蚀磨损现象的影响，预测渐缩管中易发生冲蚀磨损的位置以及天然气的最佳流速。结果表明，当入口流速从5 m/s增大到25 m/s时，渐缩管最大冲蚀速率先增加后减小再增加；当入口流速为15 m/s时，冲蚀速率降至最小，为1.76×10－6 kg/（m2•s）；当颗粒粒径从0.5 mm增大到4.5 mm时，最大冲蚀速率先由4.23×10－6 kg/（m2•s）增加至7.56×10－6 kg/（m2•s），而后又逐渐减小至2.68×10－6 kg/（m2•s）；在入口流速为15 m/s的情况下，当颗粒质量流率从0.1 kg/s增大到0.6 kg/s时，最大冲蚀速率从1.76×10－6 kg/（m2•s）增加至1.00×10－5 kg/（m2•s）。渐缩管冲蚀磨损区域主要位于渐缩管喉部下壁面、距离喉部2D区域的收缩管段下壁面及2D区域以外的收缩管段上壁面，并且上壁面冲蚀磨损区域近似呈“U”型对称分布。在输气过程中，气体流经渐缩管的最佳入口流速应为15 m/s。为预防冲蚀磨损，颗粒粒径不宜过小，质量流率需控制在合理范围内。     

变截面异型螺旋型腔电解加工流场分析

针对闭式整体构件电解加工间隙流场分布不均匀的,基于电解加工间隙流场,设计了阴极过水孔工作端面,比较了不同背压条件下电解加工间隙流场,分析了间隙流场空穴、涡流现象.研究结果表明,通过改变过水孔分的疏密,孔径的大小和形状,增加背压,消除了间隙流场中低流速区域,电解液较低流速区域的速度由0.239 7m/s提升至0.508 5m/s,减少了空穴和涡流现象的发生,优化了阴极结构.     

流速变化对于三峡库区次级支流富营养状况的影响

为了探究流速对三峡库区水体富营养化的影响程度,研究了库区次级支流回水区范围内不同流速对藻类的影响。针对库区气候及水文条件,设计了双环形水动力实验装置,在20℃与2 000 Lux下研究Chla与TN、TP、DO、pH在流速分别为v=0、1.0、2.0 m/s时的变化趋势以及相互关系,并得出以下结论:流速在0到2.0 m/s范围内,Chla随时间呈先增后减的趋势,在实验进行8～10 d均出现峰值,v=1.0 m/s的峰值最大为0.938 mg/L。由此证明在水温为20℃与光照为2000Lux,TN、TP初始浓度分别为4.56、0.14 mg/L条件下,流速v=1.0 m/s对藻类生长的促进作用最大;不同流速下藻类达到峰值的时间并不相同,先后依次为v=0、2.0、1.0 m/s。不同流速下,Chla与TN、TP显著负相关,且TP与Chla浓度相关性最大,因此在所研究的三峡库区回水区水域范围内,营养物质中磷为主要藻类生长限值因素;当v=0 m/s时,Chla与DO、pH有一定的相关性,三峡库区次级支流回水区TN、TP、DO、pH对藻类生长的影响大小为:TP>TN>DO>pH。     

通风管道内温湿度对颗粒沉积的影响

于矩形断面0．3m×0．2m、长度3m的通风管道中,对完全发展湍流中的颗粒沉积进行了模拟计算。由于空调通风管道内空气温、湿度有所变化,因此综合考虑了热泳力及湿度对颗粒沉积的影响,采用拉格朗日法随机轨道模型进行了3000个颗粒沉积的模拟研究。在粒径范围0．01～50μm、管道风速5m／s的条件下,得到了无因次沉积速率随无因次松弛时间变化曲线并与前人的研究结果进行了比较,结果表明曲线呈现“V”形分布,模拟结果与前人研究结果基本一致。针对粒径19m的颗粒,调查了温度及湿度对颗粒沉积的影响,结果表明由气流与管壁的温差产生的热泳力加速了颗粒沉积,并随温差的增加而呈提高趋势;随着空气相对湿度的提高,颗粒沉积速率也相应增加,     

压力蒸汽管道各点蒸汽参数确定与受力分析

由于目前锅炉容量的不断增大,对锅炉管道受力状况的分析、计算愈来愈受到重视．针对高压蒸汽流经等截面管道并排向大气时管道各点蒸汽参数及蒸汽速度的变化规律进行了分析,并给出了管道的受力分析方法．     

高拉速板坯结晶器浸入式水口的优化

针对1400 mm×180 mm断面、最高拉速为1.6 m/min的结晶器,应用相似原理,建立了水模型,研究浸入式水口对结晶器内流场的影响。结果表明：当拉速为1.6 m/min时,侧孔20 mm×30 mm,下倾角度21°,开底孔13 mm的水口比较合适。     

基于光纤传感技术的泥石流冲击力测量系统与反演方法

目前水槽实验一般采用压电式压力传感器测量泥石流冲击力,这种传统测量模式的电信号易受电线阻抗效应的影响,且没有考虑测量装置受冲击变形对测量结果所产生的影响。针对以上问题,基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术,设计了悬臂梁式泥石流冲击力测量系统; 基于泥石流的宾汉体模型和受冲击体的本构关系,构建了包含中心波长最大偏移量、结构材料弹性模量和流深的泥石流最大冲击力反演公式。依据测量系统的力-光耦合效应设计水槽实验,开展了7组不同密度(1.8、1.9、2.0 g·cm^-3)的冲击实验工况。结果表明:①数据之间呈现较好的规律性,光纤布拉格光栅中心波长最大偏移量随着密度的增加而增大,同一密度下光纤布拉格光栅中心波长变化过程与泥石流冲击过程相吻合,从而验证了冲击力反演模型和测量系统之间具有良好的适应性; ②冲击力峰值为30.75～74.06 kPa,冲击力系数为0.92～1.95,与泥石流冲击特性相吻合,进而验证了本测量系统在克服传统压电式压力传感器自身缺陷的同时,亦能实现冲击力的稳定可靠测量。     

带定压活门的液压阻尼器建模因素分析

针对现有带定压活门的液压阻尼器模型考虑因素不同、形式不统一等问题,通过分析油液含气和压缩性、阀口液动力、阀口流量系数和等效面积、串油管路阻力和管路部分油液压缩性等因素对液压阻尼器等效阻尼及阻尼力峰值的影响,建立了液压阻尼器定压活门内置与外接时统一的力学模型。将某型带定压活门的液压阻尼器在1、9、26 mm共3种不同激振幅值下等效阻尼及阻尼力峰值的计算结果与实验值进行对比,结果显示,等效阻尼误差分别为-9.994 5 %、0.672 4 %和-2.757 2 %,阻尼力峰值误差分别为-0.457 4 %、1.973 3 %和-4.074 9 %,该结果验证了所建力学模型的准确性。在进行影响因素分析时发现,油液体积弹性模量在低压时对含气量较为敏感,随着含气量的增加急速下降,弹性模量的改变对等效阻尼和阻尼力峰值均有较大影响,特别是在激振幅值较小的情况下表现更明显;阀口液动力对定压活门开启后的阻尼力峰值影响较大,而对等效阻尼的影响较小;阀口流量系数取常量且阀口等效面积简化成阀芯位移的一次函数后对等效阻尼及阻尼力峰值基本没有影响;定压活门外接时,串油管路阻力和管路部分油液压缩性对等效阻尼和阻尼力峰值的影响都不大。     

潮水流速对钻井隔水导管入孔影响的有限元分析

在钻完导管段后下隔水导管时,受潮水流速的影响,若潮水流速较大则会导致隔水导管入孔困难。通过有限元分析软件ADINA,建立了流体?海水与固体?套管相互作用的流固耦合有限元模型。经过分析可知,潮水流速越大,导管入孔时最终平衡状态下的横向偏移量越大;由于隔水导管的阻流作用,靠近导管前端潮水产生很强的绕流,导管后端附近区域产生局部涡流;在4种潮水流速（0.60、0.70、0.80、0.90 m/s）下,雷诺数及当量绕流阻力系数均处于合理区间;当钻井井眼扩径后井径为889.0 mm、下入508.0 mm隔水导管时,在潮水流速小于0.59 m/s时,不会发生遇阻现象;在潮水流速大于0.83 m/s时,会出现入孔困难现象。因此,建议潮水流速下降至0.59 m/s以下再下入隔水导管。模拟分析结果对海上油田钻入法下隔水导管具有较好的指导意义。     

螺旋折流板换热器流动特性研究

用激光测速仪详细测量了螺旋折流板换热器的流场特性,着重研究了旋流角对速度分布和对脉动速度的影响及其与流量的偶合关系,并对速度分布对换热性能及阻力的影响做了详细的分析和讨论。模型换热器采用有机玻璃制作,壳体尺寸为200mm×6mm×3000mm(外径×壁厚×长度),换热管外径为15mm,共52根,均匀布置。折流板倾斜角度取30,35,40,42°四种,双头布置。实验介质为常温下自来水,流量测量采用转子流量计,流量范围为3～20m     

飞秒激光耐高温光纤光栅传感器的制备

针对传统光纤光栅传感器由于折射率调制量导致温度稳定性差的缺点,利用了飞秒激光诱导折射率变化的机理制备了一种耐高温的光纤光栅温度传感器. 首先采用800 nm飞秒激光结合相位掩膜板法在标准通信光纤上写制了光纤布拉格光栅传感器,然后通过高温退火实验对该传感器在900 ℃下的温度稳定性进行了测量,最后采用线性拟合的方法得到了传感器的温度灵敏度系数. 实验结果表明,该传感器在900 ℃下具有较好的温度稳定性,在温度为100 ℃到900 ℃范围内温度灵敏度系数达到1.27×10-11 m/℃.     

Modeling and parameter estimation for hydraulic system of excavator＇s arm

A retrofitted electro-hydraulic proportional system for hydraulic excavator was introduced firstly. According to the principle and characteristic of load independent flow distribution（LUDV） system,taking boom hydraulic system as an example and ignoring the leakage of hydraulic cylinder and the mass of oil in it,a force equilibrium equation and a continuous equation of hydraulic cylinder were set up. Based on the flow equation of electro-hydraulic proportional valve,the pressure passing through the valve and the difference of pressure were tested and analyzed. The results show that the difference of pressure does not change with load,and it approximates to 2.0 MPa. And then,assume the flow across the valve is directly proportional to spool displacement and is not influenced by load,a simplified model of electro-hydraulic system was put forward. At the same time,by analyzing the structure and load-bearing of boom instrument,and combining moment equivalent equation of manipulator with rotating law,the estimation methods and equations for such parameters as equivalent mass and bearing force of hydraulic cylinder were set up. Finally,the step response of flow of boom cylinder was tested when the electro-hydraulic proportional valve was controlled by the step current. Based on the experiment curve,the flow gain coefficient of valve is identified as 2.825×10^-4 m^3/（s·A） and the model is verified.