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农业机械学报 2023年第10期54卷 152-160页

作者：张德胜史科航潘强施卫东江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013 南通大学机械工程学院南通226019

叶片撞击是鱼类过泵损伤的最主要因素,为了研究鱼类通过贯流泵的撞击损伤特性,基于CFD-DEM耦合方法,通过修改耦合接口代码优化曳力计算模型,研究贯流泵中鱼体与叶片及壁面撞击后的运动行为及受力损伤。以简化的平板撞击鱼类为数值模拟... 详细信息

叶片撞击是鱼类过泵损伤的最主要因素,为了研究鱼类通过贯流泵的撞击损伤特性,基于CFD-DEM耦合方法,通过修改耦合接口代码优化曳力计算模型,研究贯流泵中鱼体与叶片及壁面撞击后的运动行为及受力损伤。以简化的平板撞击鱼类为数值模拟的切入点,分析了鱼体受到撞击损伤的影响因素,并预测鱼体的过泵损伤死亡率。结果表明:通过数值模拟与实验拟合,得到导致鱼体长度与叶片前缘厚度之比(L/d)为2时鱼类死亡的撞击力阈值为2446 N;减小叶片前缘倾角、减小鱼体撞击速度、增大叶片前缘厚度,可降低鱼体与叶片前缘碰撞受力来降低鱼体的受力损伤;贯流泵中鱼体与叶片前缘碰撞产生的撞击力最大,撞击损伤最严重,是贯流泵装置中造成鱼类死亡的主要部件;泵站来流中鱼体尺度越小,叶片撞击概率越低,减小L/d,可以降低前缘撞击力,从而提高鱼类过泵存活率。

关键词：鱼友好型贯流泵鱼类存活率撞击力数值模拟 CFD-DEM

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灯泡贯流泵水力性能和鱼类通过性能的多目标优化研究

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西安交通大学学报 2023年第5期57卷 11-23页

作者：叶晓琰吴跃虎潘强张德胜孙龙月施卫东江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013 南通大学机械工程学院江苏南通226019

为兼顾泵站运行效率与鱼类通过安全性,结合计算流体动力学、鱼类损伤模型、遗传算法寻优开展多目标优化研究。基于敏感度分析,分别优选了影响贯流泵性能和鱼类存活率的显著因素,采用最优拉丁超立方抽样、Kriging模型、NSGA-Ⅱ算法构建... 详细信息

为兼顾泵站运行效率与鱼类通过安全性,结合计算流体动力学、鱼类损伤模型、遗传算法寻优开展多目标优化研究。基于敏感度分析,分别优选了影响贯流泵性能和鱼类存活率的显著因素,采用最优拉丁超立方抽样、Kriging模型、NSGA-Ⅱ算法构建了多目标优化系统,通过分配权重因子得到了效率最优(A)、鱼类存活率最优(C)和两者兼顾(B)的3种寻优方案。结果表明:方案A效率较初设方案提升了5.2%,方案C鱼类存活率较初设方案提升了49.4%;叶片包角、弦高、前伸角是影响水力性能的关键因素,叶片前掠角、前伸角、叶片厚度是影响鱼类存活率的关键因素,且前伸角对两者的作用效果相反;撞击死亡率高度影响鱼类过泵存活率,而撞击概率对此影响较小,可通过加大叶片前缘厚度、增加叶片前掠角、降低前伸角来提升鱼类存活率。该研究成果应可为我国大型泵站群向生态水利方向发展提供参考。

关键词：灯泡贯流泵鱼类存活率生态友好型设计敏感度分析多目标优化

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基于鱼形颗粒群追踪的贯流泵鱼类撞击损伤特性模拟研究

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作者：史科航江苏大学

学位级别：硕士

低扬程贯流泵是大型泵站最核心的动力设备,直接影响系统能否高效稳定运行。近年来,我国重点开展了南水北调、引江济淮、一带一路等大型泵站群建设工程,大多采用了低扬程泵装置,然而在其运行过程中对鱼类的通过并不友好,大量鱼类与过流... 详细信息

低扬程贯流泵是大型泵站最核心的动力设备,直接影响系统能否高效稳定运行。近年来,我国重点开展了南水北调、引江济淮、一带一路等大型泵站群建设工程,大多采用了低扬程泵装置,然而在其运行过程中对鱼类的通过并不友好,大量鱼类与过流部件撞击导致损伤或死亡。为了降低鱼类的过泵损伤,本文深入研究了鱼类通过贯流泵的撞击损伤特性,分析鱼体与叶片撞击过程鱼体速度、曳力、撞击力的变化,得出鱼体与叶片前缘厚度L/d=1.4～2鱼体的撞击受力阈值,统计鱼体过泵的撞击概率及鱼体撞击受力分布特性,可为鱼类友好型水力机械优化设计提供参考依据。本文开展的主要研究内容和创新成果如下:(1)基于CFD-DEM耦合方法,修改了耦合接口代码优化了曳力计算模型,该接口考虑到模拟中鱼形颗粒内会同时存在多个网格,通过选取鱼形颗粒质心周围多个点的流场速度进行矢量平均,利用多个网格的流体的平均速度来插值颗粒处流场的流体速度,能够得到较为准确的颗粒与流场的滑移速度,提高了曳力计算的精度。(2)分析了撞击速度、叶片前缘倾角、鱼体长度与叶片前缘厚度之比L/d对鱼体与叶片撞击的运动行为及受力损伤的影响。结果表明:鱼体碰撞产生的撞击损伤与鱼体受到的撞击力大小有关,减小叶片前缘倾角、减小鱼体撞击速度、增大叶片前缘厚度,可降低鱼体与叶片前缘碰撞受力来降低鱼体的受力损伤。对不同条件下鱼体与叶片前缘撞击过程的受力极值进行统计,与Amaral鱼类撞击试验结果进行对比验证,得出L/d=1.4～2鱼体的撞击死亡阈值为2443N。模拟统计与鱼类撞击试验得到的鱼类死亡率保持较高的一致性。(3)研究了不同过流部件、不同鱼体撞击部位、不同叶片前缘撞击点的鱼类在贯流泵的设计工况下的过泵损伤及运动受力。结果表明:鱼体通过叶轮部件时受到的平均撞击力最大,撞击损伤最严重,通过导叶部件的鱼体运动轨迹变化最小,通过灯泡体部件鱼体受到平均撞击力最小,鱼体损伤最轻。统计鱼体受力极值计算得出L/d=1.4条件下鱼类通过叶轮部件的撞击存活率为66.7%;鱼类通过导叶、灯泡体部件的撞击存活率接近100%,叶轮部件是导致鱼类撞击损伤和死亡的最主要部件,其中鱼体与靠近轮缘处叶片前缘碰撞产生的撞击力最大。分析了不同L/d的鱼体在初设叶轮方案贯流泵的设计工况下的鱼体损伤,对鱼体通过所有过流部件的撞击概率、撞击受力极值进行统计,结果表明:泵站来流中鱼体尺度越大,鱼体与叶片撞击概率越高;随着L/d的变大,鱼体与贯流泵的所有过流部件发生碰撞的概率提高,鱼体与所有过流部件碰撞的平均撞击力变大,其中L/d=5.6的鱼体撞击受力超过2443N在叶轮部件的占比最大,鱼体损伤最严重。(4)分析了贯流泵设计工况下不同叶轮优化方案对鱼类撞击损伤的影响。对不同方案鱼体过泵的受力极值、鱼体发生碰撞的撞击概率进行统计,结果表明:保持叶片数以及贯流泵运行工况相同时,鱼类与不同的过流部件发生碰撞的撞击概率基本相同。在叶轮优化设计的四个方案中,效率最优方案叶轮碰撞鱼体产生的平均撞击力最大,鱼体损伤最严重;过鱼性能最优方案叶轮碰撞鱼体产生的平均撞击力最小,鱼体损伤相对最小。效率最优方案的鱼类撞击受力小于2443N的占比为41.7%,过鱼性能最优方案的鱼类撞击受力小于2443N的占比66.6%。通过叶片的优化设计可以降低鱼类与叶轮叶片前缘的撞击力从而降低鱼类通过叶轮部件的撞击损伤。(5)探究了贯流泵运行工况变化对鱼类撞击损伤特性的影响。不同叶轮设计方案、不同贯流泵工况的统计结果表明:随着贯流泵流量变大,鱼体与叶轮的撞击概率降低,撞击受力平均值变大,在大流量工况下贯流泵的过鱼性能较强;随着贯流泵转速增加,鱼体与叶轮部件撞击概率提高,撞击受力变大,鱼体受到的撞击损伤加重,贯流泵的低转速工况对鱼类更友好。

关键词：数值模拟 CFD-DEM 鱼友好型贯流泵鱼类存活率撞击力

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便携式水产类远程运输供氧装置设计与实现

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中国农机化学报 2020年第6期41卷 49-55页

作者：高金辉房家兴河南师范大学电子与电气工程学院河南省光电传感集成应用重点实验室河南新乡453007

针对鲜活水产品经传统运输存在的不完善,为使鲜活水产品在运输中不因成本受数量限制且在长途运输中能低成本、高存活率、长时间运输,设计一种灵活便携可拆式供氧装置。该装置通过低功耗电路设计、箱体和供氧机及传感器分离可拆卸式防水... 详细信息

针对鲜活水产品经传统运输存在的不完善,为使鲜活水产品在运输中不因成本受数量限制且在长途运输中能低成本、高存活率、长时间运输,设计一种灵活便携可拆式供氧装置。该装置通过低功耗电路设计、箱体和供氧机及传感器分离可拆卸式防水设计、供氧与耗氧平衡时间计算,来实现低功耗、低成本、灵活便携和长途运输高存活率的功能和特点。该装置的箱体独立设计可跟据需求量的多少进行箱体大小更换或个数增减,每个氧气罐可搭载多个箱体,来实现运输数量不受限制且能同时运输不同种类的水产品。试验重1 kg的10条白斑狗鱼,在不同的温度下,在供氧装置内一周7 d的存活率均为100%,便携式水产类远程运输供氧装置能运用在市场,且在鲜活水产运输中能起重要作用。

关键词：供氧装置低功耗鱼类存活率便携运输可拆卸

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