分流對沖與多級擴容組合式自動集沙儀及其內(nèi)流場特性研究.pdf

1、分類號S237學校代碼10129UDC621學號2013305008分流對沖與多級擴容組合式自動集沙儀及其內(nèi)流場特性研究StudyonInnerFlowfieldacteristicsShunthedgingMultistageExpansionCombinedAutomaticSSampler申請人：宋濤學科門類：工學學科專業(yè)：農(nóng)業(yè)機械化工程研究方向：農(nóng)牧業(yè)機械智能化研究指導(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蝕研

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

3、集沙儀存在的因強風風力對稱重傳感器產(chǎn)生沖擊而影響測試數(shù)據(jù)的精確性以及風沙在集沙儀內(nèi)部的高效分離等問題，提出氣流分流對沖與多級擴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、試驗分析等方法，在研究利用分流對沖降速原理設(shè)計的初期風沙分離器的基礎(chǔ)上，對分流對沖與多級擴容組合式集沙儀及其內(nèi)流場特性進行研究。建立風沙分離器物理模型，分析氣流降速、氣固分離與內(nèi)流場特性的關(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、對沖與多級擴容組合降速機理，設(shè)計單通道采集數(shù)據(jù)的分流對沖與多級擴容組合式自動集沙儀，并測試其性能指標，為開發(fā)多通道采集數(shù)據(jù)、集沙效率更高的自動集沙儀提供理論與技術(shù)依據(jù)。研究主要結(jié)論如下：（1）利用氣流分流對沖降速原理，設(shè)計了集沙儀的關(guān)鍵部件—初期風沙分離器。試驗表明，排沙口氣流的降速幅度為86.42%，可減緩排沙口氣流對集沙盒下稱重傳感器的擾動；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，進氣口的等動力性

5、為92.03%，基本符合等動力性要求；風速為9~18ms時的平均集沙效率為89.6%。（2）依據(jù)管道的擴張降速理論，提出氣流分流對沖與多級擴容組合降速法，設(shè)計了改進型風沙分離器。試驗表明，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，進氣口的等動力性為94.74%，平均集沙效率為91.25%。（3）湍動能場內(nèi)分布著大量的脈動氣流，脈動氣流從時均流中提取了較多的、易耗散的能