分流對(duì)沖與多級(jí)擴(kuò)容組合式自動(dòng)集沙儀及其內(nèi)流場(chǎng)特性研究.pdf

1、分類號(hào)S237學(xué)校代碼10129UDC621學(xué)號(hào)2013305008分流對(duì)沖與多級(jí)擴(kuò)容組合式自動(dòng)集沙儀及其內(nèi)流場(chǎng)特性研究StudyonInnerFlowfieldacteristicsShunthedgingMultistageExpansionCombinedAutomaticSSampler申請(qǐng)人：宋濤學(xué)科門類：工學(xué)學(xué)科專業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程研究方向：農(nóng)牧業(yè)機(jī)械智能化研究指導(dǎo)教師：陳智教授論文提交日期：二〇一六年六月摘要開展土壤風(fēng)蝕研

2、究必須借助于先進(jìn)的研究手段與方法，以獲得大量而精確的風(fēng)蝕數(shù)據(jù)。集沙儀能夠采集土壤風(fēng)蝕過程中隨風(fēng)搬運(yùn)的可蝕性顆粒，是觀測(cè)風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)和研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的物理機(jī)制，揭示土壤風(fēng)蝕的發(fā)生、發(fā)展和演化規(guī)律，有效防治土壤風(fēng)蝕具有十分重要的作用。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，研制具有較高測(cè)量精度和較高集沙效率的新型自動(dòng)集沙儀，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性、科學(xué)性和可靠性，滿足復(fù)雜多變的野外風(fēng)蝕觀測(cè)需求，成為相關(guān)研究領(lǐng)域重點(diǎn)內(nèi)容。針對(duì)自動(dòng)

3、集沙儀存在的因強(qiáng)風(fēng)風(fēng)力對(duì)稱重傳感器產(chǎn)生沖擊而影響測(cè)試數(shù)據(jù)的精確性以及風(fēng)沙在集沙儀內(nèi)部的高效分離等問題，提出氣流分流對(duì)沖與多級(jí)擴(kuò)容組合以大幅降低集沙儀內(nèi)氣流速度的思路，采用理論分析、數(shù)值模擬、試驗(yàn)分析等方法，在研究利用分流對(duì)沖降速原理設(shè)計(jì)的初期風(fēng)沙分離器的基礎(chǔ)上，對(duì)分流對(duì)沖與多級(jí)擴(kuò)容組合式集沙儀及其內(nèi)流場(chǎng)特性進(jìn)行研究。建立風(fēng)沙分離器物理模型，分析氣流降速、氣固分離與內(nèi)流場(chǎng)特性的關(guān)系，探究氣流的能量損失規(guī)律和影響集沙效率的主要原因，揭示分流

4、對(duì)沖與多級(jí)擴(kuò)容組合降速機(jī)理，設(shè)計(jì)單通道采集數(shù)據(jù)的分流對(duì)沖與多級(jí)擴(kuò)容組合式自動(dòng)集沙儀，并測(cè)試其性能指標(biāo)，為開發(fā)多通道采集數(shù)據(jù)、集沙效率更高的自動(dòng)集沙儀提供理論與技術(shù)依據(jù)。研究主要結(jié)論如下：（1）利用氣流分流對(duì)沖降速原理，設(shè)計(jì)了集沙儀的關(guān)鍵部件—初期風(fēng)沙分離器。試驗(yàn)表明，排沙口氣流的降速幅度為86.42%，可減緩排沙口氣流對(duì)集沙盒下稱重傳感器的擾動(dòng)；排氣管氣流的降速幅度為88.17%，可收集粒徑大于0.032mm的土壤顆粒，進(jìn)氣口的等動(dòng)力性

5、為92.03%，基本符合等動(dòng)力性要求；風(fēng)速為9~18ms時(shí)的平均集沙效率為89.6%。（2）依據(jù)管道的擴(kuò)張降速理論，提出氣流分流對(duì)沖與多級(jí)擴(kuò)容組合降速法，設(shè)計(jì)了改進(jìn)型風(fēng)沙分離器。試驗(yàn)表明，排沙口氣流的降速幅度為93.45%，排氣管氣流的降速幅度為89.98%，可收集粒徑大于0.024mm的土壤顆粒，進(jìn)氣口的等動(dòng)力性為94.74%，平均集沙效率為91.25%。（3）湍動(dòng)能場(chǎng)內(nèi)分布著大量的脈動(dòng)氣流，脈動(dòng)氣流從時(shí)均流中提取了較多的、易耗散的能