Water-Tank Experiment on the Thermal Circulation Induced by the Bottom Heating in an Asymmetric Valley

Water tank experiments were carried out to investigate the thermal convection due to the bottom heating in an asymmetrical valley under neutral and stably stratified approach flows with the Particle Image Velometry (PIV) visualization technique. In the neutral stratification approach flow, the ascending draft induced by bottom heating is mainly located in the center of the valley in calm ambient wind. However, with ambient wind flow, the thermal convection is shifted leeward, and the descending draft is located on the leeward side of the valley, while the ascending draft is located on the windward side. The descending draft is minorly turbulent and organized, while the ascending draft is highly turbulent. With the increase of the towing speed, the descending and ascending drafts induced by the mechanical elevation begin to play a more dominant role in the valley flow, while the role of the thermal convection in the valley airflow becomes limited. In the stable stratification approach flow, the thermal convection is limited by the stable stratification and no distinct circulation is formed in calm ambient wind. With ambient wind, agravity wave appears in the upper layer in the valley. With the increase of the ambient wind speed, a gravity wave plays an important role in the valley flow, and the location and intensity of the thermal convection are also modulated by the gravity internal waves. The thermal convection has difficulty penetrating the upper stable layer. Its exchange is limited between the air in the upper layer and that in the lower layer in the valley, and it is adverse to the diffusion of pollutants in the valley.

水下声学超表面异常折射方向调控研究

针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。

小型循环水槽收缩段参数选型评估

对循环水槽收缩段的结构参数进行选型评估,提升循环水槽工作段的流场品质。采用无量纲法,对收缩比分别为7、8、9和10的收缩段入口横截面面积进行圆整处理,获得收缩段实际收缩比分别为7.360、8.160、9.000和9.878;采用ANSYS Fluent软件,基于标准的k-ε湍流数值模型对维氏曲线、双三次曲线和五次方曲线等3种典型收缩曲线的三维流场进行计算分析,给出沿流向的中纵剖面内的速度流线图和压力云图、轴向压力和压力梯度变化规律,以及出口截面速度分布云图;引入速度标准偏差值和轴向静压变化速率,综合分析循环水槽收缩段的收缩性能,选出最佳收缩曲线。数值模拟结果表明:轴向长度为475 mm、收缩比为7.360的收缩段,维氏收缩曲线最优。

核电工程异形水箱流固耦合分布式参数模型与效用研究

在流固耦合动力分析领域,传统的Housner模型在工程设计中发挥重要作用。但其理论推导仅适用于规则水箱,采用集中质量总体模型描述液体晃动的整体效应,难以有效模拟异形水箱储液结构的局部精细响应,亟须建立适用于不规则水体晃荡的分布式附加质量模型。基于势流理论推导了一种模态综合法模型,实现了分布质量与储液器壁激振加速度的解耦。该模型能够有效剥离分布式的脉冲质量与对流质量;同时,实体网格的振型分析适用于任意形状水体的动力分析。通过算例的形式将该模型与精细声学-结构耦合(Acoustic-Structural coupling,CAS)模拟法进行了比较,验证了模型的精确性与可靠性。最后,基于本文的模型研究了核电异形的安全水箱在不同水位和减晃格栅分布下的动力响应规律,并检验了其在工程中的适用性。

多分水口长距离输水工程停泵水锤防护措施

为了能够有效避免多泵且多分水口输水系统在无防护抽水断电时可能出现较为严重的负水锤带来的危害,建立了全长106.46 km的大型供水工程的数学模型进行系统过渡过程计算,选择空气阀与两阶段液控蝶阀联合防护与单向塔防护2种方案消除其负水锤,在前者远不达理想防护效果后针对后者进行优化.结合工程实际在确定了单向塔的数量、位置以及塔高后,对不同位置单向塔的底面积进行多种方案的对比选取,最终选用塔1#的底面积为28.26 m^(2),塔2#的底面积为176.63 m^(2);为了防止单向塔漏空需要分水口以及供水终端调流阀配合关闭,在确保管道最大压力不超出其承压能力的前提下,创新性地对各分水口调流阀与供水终端调流阀的关闭时间规律进行了效果比较,使输水系统能够更加经济安全地稳定运行,为此类长距离多分水口多泵供水工程的水锤防护提供了优化方向.

延迟焦化装置酸性水除油脱焦粉技术改造

某石化公司1.2Mt/a延迟焦化装置在生产运行过程中存在分馏塔顶酸性水带油、带焦粉问题,在焦炭塔预热,污油、废渣回炼时尤为明显。分析原因为加工原料组成变化、酸性水量增加等导致分馏塔顶酸性水发生乳化、沉降时间不足,影响下游酸性水汽提装置的稳定运行。为解决以上问题,通过实施技术改造,在原分馏塔顶油水分离罐后增上一座酸性水沉降罐,将酸性水停留时间由1.10~2.56h增加至3.50~8.10h;在新增酸性水沉降罐后增加一台自动反冲洗过滤器,脱除酸性水中≥10μm的焦粉颗粒。技术改造实施完成投用后标定结果表明:酸性水中油含量从882mg/L下降至162mg/L,使油水充分分离,除油率达到81.63%;≥10μm的焦粉颗粒含量从463mg/L下降至9mg/L,脱除率达到98.06%,有效降低了酸性水油含量和焦粉颗粒含量,为下游酸性水汽提装置的稳定运行创造了条件。

基于高分子材质的L型城市应急防洪屏受力分析

国内关于高分子材质城市内涝应急防御装备的研究较为少见。采用水槽试验与流固耦合数值仿真相结合的方法,对城市应急防洪屏(以下简称“防洪屏”)的结构受力特性展开研究。结果表明,数值仿真模拟与试验结果吻合较好。随着水深和流速的增大,防洪屏的应力和变形逐渐增大,最大应力位于防洪屏的踵部,最大变形位于挡水面顶部两侧。防洪屏的结构受力系数随着来流弗劳德数的增大快速衰减,当弗劳德数大于0.15后,结构受力系数趋于定值;相对于惯性力,防洪屏承受最大应力的影响因素主要是重力。研究结果可为防洪屏的进一步优化设计提供参考。

长距离输水泵站中空气罐参数敏感度分析及正交优化设计

为了探讨长距离输水泵站中空气罐的优化设计方法,以西北某长距离输水工程为例,以泵站水击最大正压水头和最小负压水头作为优化目标,以初始气体压力、高度直径比、连接管直径、进口阻力系数和出口阻力系数为优化变量,基于正交优化设计方法和KYPipe软件,采用极差分析法获得空气罐各参数对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响,同时对得到的结果进行排序,比较并找到最优参数组合.结果表明:初始气体压力、连接管直径和出口阻力系数等因素对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响程度较大,其中初始气体压力是最敏感的参数,对于最大正压水头和最小负压水头的影响程度最大;经过比较发现最优方案的参数组合为初始气体压力水头50 m、高度直径比4、连接管直径250 mm、进口阻力系数10、出口阻力系数5;相比原始方案,优化方案使泵站的水击最大正压水头降低4.98%、最小负压水头升高64.00%.

深圳沙河水质净化厂及3#调蓄池工艺设计要点及特点

沙河水质净化厂设计规模为旱季10万m^(3)/d,雨季额外处理10万m^(3)/d初期雨水,3#调蓄池设计规模为15.3万m^(3)。污水及初期雨水处理采用预处理+多段厌氧-好氧(AO)+二沉池+磁混凝高效沉淀池+精密过滤+紫外消毒的工艺,出水水质执行深圳市地方标准《水质净化厂出水水质规范》(DB 4403/T 64—2020)B级标准,其中总氮(TN)≤8 mg/L。污泥处理采用离心浓缩+低温热干化工艺,处理后含水率≤40%。作为国内首个将水质净化厂与初期雨水调蓄池深度融合的全地下式水污染治理综合体,项目采用多段AO耦合“3W法”(Wet-Weather-Wastewater法),并以此为核心提出了一种实现大规模污水及初期雨水高标准协同处理的系统解决方案,且无需大幅度增加污水处理设施体量、投资和运行成本。

基于5G通信的船舶洗舱水监测系统开发

针对化学品船舶洗舱无法实时监测洗舱效果的问题,设计了基于5G通信的船舶洗舱水监测系统。系统由数据控制采集系统、5G数据传输系统和数据监测处理系统组成,数据控制采集系统通过传感器对船舶洗舱水中多参数进行实时采集,基于STM32芯片将采集的数据传输至5G数据传输系统,数据经5G数据传输系统处理后发送至数据监测处理系统,数据监测处理系统通过监测平台将数据显示。该系统通过对船舶洗舱水中多参数的实时监测,有效检测船舶洗舱效果,降低了洗舱和验舱成本以及检舱不合格的风险。

水击补气式压力罐及水力瞬变仿真

空气阀常常安装在输水管检修孔侧壁,进气后部分气体就会存留在检修孔上部产生气垫式压力罐的水击防护作用。据此,提出了水击补气式压力罐装置的设计方法,即利用泵站事故断电产生的水击负压现象,通过真空破坏阀或空气阀给压力罐补气,以防止输水管发生液体汽化现象并削减水击最大压力。然后,建立了水击补气式压力罐水力瞬变数值仿真数学模型。最后,以一个实际输水工程为例,计算比较了分别设置空气阀、空气阀调压室及真空破坏阀补气式压力罐时的水击防护效果,结果表明,补气式压力罐水击防护效果最好。

联合收获机发动机风冷系统优化设计

为了减少联合收获机收获过程中水箱“开锅”现象的发生,延长收获机的无故障工作时长,对4LXZ-8F型联合收获机的发动机风冷系统散热量进行了计算,并基于计算结果对防尘罩、散热器进行了优化设计,对冷却风扇进行了匹配选型。利用SolidWorks对优化前后风冷系统进行了三维建模,利用Fluent软件对发动机风冷系统优化前和优化后散热器散热性能分别进行仿真分析。仿真结果表明:优化前的冷却水入口温度为90℃,出口温度为72.3℃,进出口温差为17.7℃;优化后的冷却水入口温度为90℃,出口温度为71.1℃,进出口温差为18.9℃,表明优化后散热器散热性能提升了6.78%。研究成果可为提高发动机风冷系统的散热性能,延长无故障收获时长提供理论指导。

广西农村水柜供水保障研究与实践

水柜供水作为广西大石山区农村供水工程体系的重要组成,目前在水量、水质、用户3个层面仍存在水资源匮乏、水质亟待提升、村民供水保障意识能力欠缺等问题。文章提出通过借助山泉水、河水、地下水和塘坝蓄水等手段,保障水源充足;通过强化水源保护、配套水处理设施和加强水质监测等方法,保证水质合格;通过加强宣传和培训工作,提升村民供水保障意识能力等解决对策。其中,强化水源保护主要从为水柜设置盖板、增加初雨弃流装置以及降低水源污染风险等途径出发,配套的水处理设施则需要根据水柜供水规模来选取,家庭水柜可选取以慢滤技术为主的水处理设施,集体水柜可选取以快滤技术为主的水处理设施。课题研究团队在上述调查研究的基础上,开展水源保障项目、水质提升项目、跟踪服务活动等探索实践,为水柜供水保障工作的实施提供了借鉴,助力广西农村供水高质量发展。

基于智能控制算法液位控制系统的实现

利用西门子S7-1500系列PLC模组和MCGS触摸屏,实现对双容水箱系统的液位恒值控制和水箱液位的实时监控。在不需要建立被控过程的数学模型的前提下,采用了模糊控制和模糊积分控制两种智能控制算法对液位进行控制,并分析了两种智能算法的优缺点。通过现场实验证明了模糊控制算法存在静态误差,而加入积分控制后误差可以被消除。该系统具有可视性强、控制效果好等优点。

船舶压载舱内装载生活污水和灰水的可行性探讨

随着国际社会对保护海洋环境要求的不断提升,越来越多的港口和特定水域禁止船舶排放生活污水和灰水,这种禁排规定超出了国际海事组织(international maritime organization,IMO)的《国际防止船舶造成污染公约》(international convention for the prevention of pollution from ships,MARPOL)中关于船舶生活污水和灰水的排放要求,使船舶不得不寻求其他舱室用于临时储存不允许排放的生活污水和灰水。该文针对目前船舶在营运过程中将生活污水和灰水临时储存在压载舱内的做法,分别通过对IMO压载水公约关于船舶压载水D-2标准排放要求,以及IMO MARPOL关于船舶生活污水和船舶灰水排放要求的解析,探讨了在压载舱内储存生活污水和灰水的可行性,同时结合IMO关于该问题的讨论进展,提出了在压载舱内临时储存灰水和经处理的生活污水需进一步考虑的技术和操作因素,以规避该行为可能带来的违规风险。

无线通信技术在二水厂沉淀池自动控制系统中的应用

本文主要阐述无线通信技术在净水厂排泥系统中的应用。在水厂生产过程中,应用无线AP技术,通过PLC自动控制,能够有效解决人工排泥效率差的问题。无线AP技术能够在雷雨、高温等恶劣的露天环境中为沉淀池自动控制系统提供稳定可靠的数据通信,保障水厂生产的正常连续运行。实际应用表明,该系统运行效果良好,既降低排泥用水消耗,减少人工工作量,又降低人身安全风险,为净水厂排泥系统提供了一种较好的选择方案。

基于“船载舱养”模式国内养殖工船的大气和水污染排放控制研究

基于“船载舱养”的养殖工船模式构建理念,结合10万吨级大型养殖工船建造项目,阐述目前法规、国标对养殖工船防止大气污染和防止水污染的控制措施,并对养殖工船设计、建造和营运给出建议。

基于正交试验泵加压输水管线空气罐参数优化

为探究空气罐在泵加压输水管线发生停泵水锤时,正、负压防护效果影响因子排序,寻求最优参数组合提高空气罐防护效果。基于新疆某输水工程,采用4因素4水平的正交试验方法,使用KYPIPE软件进行水力过渡过程模拟计算,建立正、负压防护效率评价指标对防护效果进行评价;采用熵权法将多目标优化转化为单目标优化,给出正、负压有效防护效率的权重分别为0.27、0.73。结果表明,对水锤防护效果影响最显著的因素为初始气体压力水头。各因素对正压防护效果影响大小排序为初始气体压力水头>入流阻力系数>出流阻力系数>高度直径比;对负压防护效果影响大小排序为初始气体压力水头>出流阻力系数>高度直径比>入流阻力系数;最优方案参数组合为初始气体压力水头为30 m、高度直径比为4、入流阻力系数为10、出流阻力系数为5;对比原方案,优化方案下最大正压降低15.8%,正压有效防护效率提高17.4%;最小负压增加60%,负压有效防护效率提高120%。

布水器结构参数对拼装式方形蓄热水箱热分层性能影响的实验研究

本研究提出了一种用于改善拼装式方形蓄热水箱内部热分层效果的方形布水器,对比了有无布水器对蓄热水箱热分层的影响。实验研究了布水器的3种结构参数(平板尺寸、平板间距、挡板安装形式)对蓄热水箱热分层的影响。结果表明:布水器入口方式能有效改善水箱内热分层效果;平板当量直径与水箱当量直径比为0.15、平板间距与水箱高度比为0.05的布水器表现出更好的分流效果,挡板安装形式对水箱热分层的影响不大。

基于串级LSTM深度学习模型的二次供水余氯预测方法

伴随着城市高层住宅的增多,住宅区内二次供水泵房数量迅速增加。由于二次供水水箱位于城市供水系统末端,水质安全引起社会广泛关注。为提升水箱水质,一些泵房引入自动补氯装置,然而传统自动控制方法在应对二次供水系统中长时间延迟和非线性特性的补氯系统时存在局限性,仅能在线监测水箱余氯水平,过多的余氯可能对人体健康有害,因此,确保自动补氯系统安全运行成为亟待解决的问题。研究提出基于串级LSTM深度学习的神经网络模型,用于分析水箱余氯数据、准确预测水箱出水余氯浓度,并制定相应监测和控制策略。试验验证和实际应用结果表明,该深度学习模型能有效智能预测水箱余氯,为自动补氯系统提供重要的智能控制手段,具有实用意义。