不同面积蒸发池水温特征及Penman模型改进

分析蒸发池水温特征可深入认识蒸发池能量平衡特性,研究Penman模型计算误差来源并改进,对农业计划、水源评估和水文预报具有重要意义。基于太谷均衡实验站3个不同面积蒸发池的水温、蒸发量及气象数据,分析各蒸发池的垂向水温分布和蒸发量的变化特征,基于Penman模型探究适合3个蒸发池的模型参数。结果表明:1 m^(2)和5 m^(2)蒸发池4—8月水温随水深增加而显著降低,20 m^(2)蒸发池各月水温分布均比较均匀,且水温更高;1 m^(2)和5 m^(2)蒸发池各月蒸发量相近,与净辐射变化趋势一致,20 m^(2)蒸发池蒸发峰值滞后于净辐射峰值3个月;Penman模型中加入反映除净辐射外能量的综合影响参数可提高模型计算精度,夏季尤为明显,1、5、20 m^(2)蒸发池夏季的参数值分别为3.5、3.3和2.1。

设施作物蒸腾蒸发模型的研究现状及存在问题

确定设施作物蒸腾蒸发量(ET_(c))对于准确制定设施作物灌溉制度、提高设施农业用水效率及设施蔬菜的产量和品质具有重要的意义.对确定设施作物ET_(c)的直接和间接模型进行优缺点及适用性分析,比较了不同类型参考界面蒸腾蒸发(ET_(0))模型的优势与局限性,对比了直接估算温室作物ET_(c)机理模型的准确性,并对不同机理模型中关键参数(冠层阻力参数)的确定方法及主要影响因素进行综述与分析.已有研究主要针对特定气候区域、温室通风类型、作物种类及种植季节,对冠层阻力参数进行修正,并验证模型的准确性,对温室作物ET_(c)模型的普适性研究不够充分,确定的模型参数往往不适用于其他类型温室或作物种植季节.推荐今后重点研究方向:研究温室作物ET_(c)变化过程对气候因子分布特征及变化规律的响应机理;研究不同ET_(c)机理模型对气候类型、作物种类及种植季节的适应性,构建更具普适性的温室作物ET_(c)模型.

基于混合模型的脱硫废水旁路蒸发系统能耗特性

脱硫废水旁路蒸发系统抽取部分空预器入口热烟气会使锅炉效率降低、煤耗增加。为了实现对抽取热烟气造成能耗增加的精准预测,提出了一种机理模型与人工神经网络有机结合的混合模型预测方法。采集广东某660MW电厂的运行数据作为样本,以空气预热器进口的风温、空气的流量、抽取烟气量、抽取烟气温度、锅炉负荷以及给煤量6个参数作为输入,建立了用于预测经过空气预热器空气换热量的BP神经网络模型,对不同隐含层结构进行模拟计算,分析比较确定了网络的最优结构是6-9-1,最终模型的决定系数R^(2)是0.99478,预测模型的相对误差在1%附近波动,整体预测效果较好。在此基础上结合机理模型,针对机组负荷波动及抽取烟气量波动的典型工况进行了能耗预测,获得了旁路蒸发系统能耗的定性规律。

浮球覆盖下水面能量平衡再建与蒸发模型研究

针对干旱区平原水库蒸发强烈导致水资源利用率低的问题,选用黑色高密度聚乙烯(HDPE)浮球作为干旱区平原水库节水材料。通过理论分析、建模与室外试验三者结合,对完整非冰冻期内浮球覆盖下水面蒸发、水体能量平衡组分变化分布的响应机理进行研究,并在此基础上建立相应的水面蒸发量计算模型。结果显示:相较于自由水面,73%的浮球覆盖率下的整体水面净辐射吸收率减小约12.6%,其月均蒸发所需潜热通量减少了61.8%,约为148.73 W/m^(2),水体的感热通量和蓄热通量也有较大的变化。通过对彭曼模型的能量项和空气动力项进行修正,建立的覆盖条件下的水面蒸发量计算模型具有较高的精度。

黄河三角洲地区蒸发量时空特征及预测模型

【目的】研究黄河三角洲地区蒸发量特征,为该地区水资源利用等提供合理参考。【方法】利用黄河三角洲地区蒸发量资料,采用气候统计方法及GIS系统,探究黄河三角洲地区蒸发量时空特征,探明蒸发量与气候因子之间的关系并建立预测模型。【结果】(1)黄河三角洲地区春季、夏季和年蒸发量呈显著下降趋势;秋季和冬季蒸发量呈不显著上升趋势。蒸发量空间分布大致上均由东北向西南递减。(2)黄河三角洲地区蒸发量变化具有明显的周期性特征。春季蒸发量主循环周期为10 a;夏季蒸发量主循环周期为10 a和5 a;秋季蒸发量主循环周期为13、6 a和3 a;冬季蒸发量主循环周期为10~11 a和5~6 a;年蒸发量主循环周期为10 a。(3)黄河三角洲地区年蒸发量与年降水量、年日照时间、年平均风速、年平均云量和年平均气温日较差显著相关,与年平均气温相关性不显著。各季节蒸发量与各季节降水量、日照时间、相对湿度、云量及气温日较差显著相关,与其他因子相关性各有不同。(4)黄河三角洲地区相对湿度对各时段蒸发量影响效果均显著,风速对春季、夏季、冬季蒸发量的影响均显著,气温对春季和夏季蒸发量影响显著,日照时间对年蒸发量的影响效果明显,降水量对春季蒸发量的负向影响效果明显。模拟预测的各时段蒸发量实测值和模拟值都分布在拟合线附近,模型预测效果均较好,各时段蒸发量模拟值合格率与回归方程解释能力吻合度较高。【结论】黄河三角洲地区蒸发受多种气候因子共同影响,存在一定的“蒸发悖论”现象,蒸发量具有明显的周期性特征,空间分布大致上由东北向西南递减,回归预测模型效果较好。

基于分布参数模型的降膜式蒸发器性能智能仿真研究

为对大型水平管降膜式蒸发器进行高精度的设计计算和优化分析,建立了降膜式蒸发器的智能换热仿真模型,并分析研究了蒸发器的性能。首先,采用分布参数法建立了单出口水平管降膜式蒸发器的换热仿真模型;其次,通过贝叶斯优化算法利用蒸发器实验数据对模型进行参数辨识,使得换热仿真模型的预测精度和适应性有所提高;最后,探究了传热系数和热流密度沿管长方向的变化情况,以及满液区换热面积所占比例对蒸发器换热量的影响规律。仿真结果表明:结合分布参数法和贝叶斯优化算法的智能换热仿真模型对大型水平管降膜式蒸发器19个工况换热量的预测误差不超过±6%;在较大的换热量范围内,单出口水平管降膜式蒸发器的最优池沸腾换热面积比例维持不变;从管内对流换热和二次布液两个角度优化降膜式蒸发器能有效提升其换热性能。

硫酸镁亚型盐湖卤水蒸发析盐规律模型化表达与成矿状态预测

利用改进的综合热力学模型和盐湖卤水等温蒸发过程模型,对硫酸镁亚型盐湖卤水的蒸发析盐规律和成矿状态预测进行了研究。以一里坪、西台吉乃尔盐湖卤水为案例,用多级序贯蒸发方式得到浓缩率达到95%的蒸发进程物流参数,包括析盐种类,各盐的析出节点、析出量;物性参数包括:卤水密度、比热、饱和蒸汽压等。模型的可靠性分析表明,计算结果能够反映实验过程的本质特征。模型化预测可以得到盐类析出量和析盐阶段的精准划分,由此得出盐湖生产的钠盐池、钾混矿池、光卤石池矿物组成的精确数据,可作为过程管理与优化的依据。

循环蒸发结晶的理论数学模型研究

为研究连续蒸发实验中,不同物质流的走向及规律探索,构造了连续蒸发结晶实验条件下,盐中杂质含量与循环次数的数学理论模型,并验算出计算公式。并根据此模型,快速计算出最大循环次数和最低母液开路处理量,极大地方便了产能设计的冶金计算和相关基础理论模型探究。

基于随机森林模型的潜水蒸发影响因素及模拟研究

为探究影响潜水蒸发的水文气象要素和对潜水蒸发进行模拟,基于随机森林模型(RF)分别构建了气象要素与无作物、冬小麦和夏玉米种植条件下的潜水蒸发量的关系模型,并评估了不同气象要素对潜水蒸发影响的重要程度。结果表明,太阳净辐射、梯度土壤温度和土壤含水量是影响潜水蒸发的主要因素;利用随机森林模型构建各种植条件下的潜水蒸发预测模型均有较好表现,其中冬小麦种植条件下潜水蒸发模型质量最高,RMSE与MAE分别为0.845mm和0.609mm。可利用RF模型基于气象要素对无作物、冬小麦种植和夏玉米种植条件下的日潜水蒸发进行预测。

江苏地区不同参考作物蒸发蒸腾量估算模型

为了研究不同参考作物蒸发蒸腾量ET 0估算方法在江苏地区的适用性,收集了江苏省徐州市、高邮市和昆山市1957年1月至2019年12月的气象数据,采用12种不同模型估算了各站点的ET 0,其中模型Priestly-Taylor,Hansen,Jensen-Haise,Makkink是基于辐射数据的模型;MC-Cloud,1985 Hargreaves,Thornthwaite是基于温度数据的;Copais,Valiantzas 1和Valiantzas 2是综合法模型;XGBoost和SVM是机器学习模型.12种ET 0的估算模型计算值分别与Penman-Monteith模型(PM)计算值进行比较,结果表明:各站点的综合评价指数GPI最高的为机器学习模型中的SVM模型;在输入参数相同的情况下,机器学习模型模拟精度优于综合法和温度法以及辐射法中的Pristley-Taylor和Makkink模型;机器学习模型随着输入参数减少,模拟精度依次降低.研究结果可以为江苏地区气象数据不完善时估算ET 0提供科学依据.

漂浮光伏布设水域的蒸发模型研究和实证

作为一种新兴的能源生产模式,漂浮光伏加强了水域的综合利用,有效抑制了水面蒸发,同时缓解了当前的能源危机与土地危机。但漂浮光伏电站布设水域水面蒸发的研究存在实证监测数据不足、光伏板下水面蒸发机理不明、蒸发计算模型精度不高等问题。本研究以安徽省淮南潘集150MW漂浮光伏电站为对象,原位监测获得了2022年3月—2023年1月的自然水域水面蒸发数据序列与2022年6月—11月的光伏组件板下水面蒸发数据序列。提出了漂浮光伏布设水域整体蒸发计算模型,模型采用改进的彭曼模型计算自然水域水面蒸发,同时采取基于能量守恒原理的蒸发数值模型计算光伏组件板下水面蒸发。实证数据验证了所提出模型的合理性,结果表明:光伏组件能有效抑制组件板下水面蒸发;蒸发模型R^(2)均大于0.85,RRMSE均小于0.25,可较准确反映漂浮光伏布设水域的实际蒸发过程。漂浮光伏系统节水量计算结果显示:潘集150 MW漂浮光伏电站覆盖率约45%时,年节水量高达147万m^(3),节水效益显著。

基于Penman-Monteith方程的温室茶树蒸腾蒸发模型研究

作物需水量是确定灌溉用水定额的基础,其关键参数是作物的蒸腾蒸发量(腾发量)。以PenmanMonteith方程为基础,借鉴P-M温室修正式的计算方法,提出了基于常规气象数据和茶树生长发育指标的温室茶树蒸腾蒸发模型ET0(Tea)。在试验期间,选取茶园温室2016年3月10日-4月10日的气象数据,利用P-M温室修正式和温室茶树蒸腾蒸发模型ET0(Tea)对作物腾发量进行逐日统计,并用水量平衡原理验证,结果表明ET0(Tea)与实测值的变化趋势较为一致,误差相对较小,且在晴天条件下比阴天效果更好。我们提出的ET0(Tea)计算精度较高,在理论和实践上均具有较好的可行性,可作为北方温室茶树灌溉决策的重要依据。

直流余热锅炉蒸发段长度和位置变动特性的仿真分析

在直流余热锅炉变工况运行过程中蒸发段长度和位置的改变会造成锅炉管壁温度分布、工质出口参数等产生较大的波动,影响锅炉安全运行。以某立式直流余热锅炉为研究对象,建立其动态仿真模型,研究锅炉烟气流量、入口烟温、高压给水流量和给水温度分别发生阶跃扰动后蒸发段长度及相变点位置的变化规律。仿真结果表明:余热锅炉在设计工况下运行,锅炉入口烟温对锅炉蒸发段长度的影响程度最大,入口烟温阶跃升高10℃后,蒸发段迅速缩短,相变点均向锅炉管内工质入口方向移动,蒸发段长度和相变点位置恢复稳定所需时间相对较短;烟气流量阶跃升高5%后,蒸发段长度迅速缩短而后缓慢增长,沸腾点向管内工质入口方向移动距离大于蒸干点,恢复稳定所需时间较长;给水流量阶跃升高5%后,蒸发段长度迅速增长而后缓慢缩短,蒸干点向管内工质出口方向移动距离大于沸腾点,恢复稳定所需时间最长;给水温度阶跃变化20℃对蒸发段长度和相变点位置的影响很小。

燃油喷雾撞壁与油膜蒸发特性研究

构建了一维非稳态燃油喷雾撞壁模型,综合考虑了液滴蒸发、油膜铺展和油膜温度等影响因素.针对燃油喷雾撞壁过程进行分阶段建模:在自由贯穿阶段,基于射流喷雾液相贯穿距离预测模型和液滴蒸发模型描述自由贯穿阶段,并确定喷雾撞壁时刻.在撞壁阶段,燃油喷雾被离散为液滴微元撞击壁面的过程.耦合自由液滴蒸发模型、油膜表面温度模型和油膜蒸发模型,以油膜铺展半径为特征参数构建了附壁油膜在撞壁阶段、附壁油膜铺展阶段和油膜蒸发阶段的一维非稳态归一化模型.讨论了环境温度、压力、喷油压力和初始油膜厚度对喷雾内液滴直径、液滴蒸发质量和油膜蒸发速率的影响.结果表明:阶段化、离散化的一维非稳态撞壁喷雾模型能够准确地预测在宽范围环境温度工况下的喷雾贯穿、近壁面铺展、燃油附壁以及蒸发过程.提高环境温度、降低环境压力能够提高附壁油膜表面最高温度,增大油膜的蒸发速率.

利用Penman-Monteith-Leuning模型和Sentinel-2数据的灌区蒸散发反演

针对目前基于Penman-Monteith-Leuning模型(PML)的蒸散发模拟研究中,存在因多种地表参数的时空尺度差异导致蒸散发反演误差这一问题,提出了一种耦合土壤含水量改进模型土壤蒸发系数f的参数化方案。通过Sentinel-2影像反演土壤含水量、LAI等模型关键参数,并基于土壤含水量计算f,在河套灌区建设二分干灌域开展蒸散发反演,结合地面观测数据进行验证。结果表明:模型反演结果与涡动相关站实测数据有较好的一致性;在植被覆盖度较低时,改进的f参数化方案能更好地反映土壤蒸发的实际情况;该反演结果较为准确地反映了不同下垫面的蒸散发空间异质性。文章对蒸散发反演方法和数据的尝试,可为高分辨率蒸散发反演方法提供参考,并为干旱区和半干旱区的农业用水管理提供技术支持。

具有防融霜装置的蒸发器结霜特性及性能仿真研究

以具有防融霜装置的蒸发器为研究对象,建立基于理想最小防融霜补热量和结霜量无量纲关联式的空气源热泵动态模型,并依据实验数据验证其精确性,通过数值模拟分析不同环境参数对具有防融霜装置的蒸发器性能的影响。结果表明:后置式与跨越式系统蒸发器换热系数要高于前置式与传统电辅热系统,霜层厚度更小,分布更均匀;当相对湿度一定时,蒸发器换热系数随温度升高而增大;当空气温度不变时,换热系数随相对湿度的下降而减小,霜层更均匀;温度对蒸发器换热系数的影响比相对湿度更大。

基于机器学习算法的蒸发量模型评估

[目的]探讨合理的气候因子个数,建立蒸发量模型,提出基于特征选择算法筛选最优特征集。[方法]以陕西榆林、泾河和汉中3个气象站16年(2005-01至2021-03)的逐小时观测资料为研究对象,利用特征选择函数和遍历循环方法对模型参数、特征变量个数进行优化。基于最佳参数结合随机森林模型和多元线性回归模型两种机器学习算法建立榆林、汉中和泾河地区蒸发量模型,采用平均绝对误差、均方根误差和平方相关系数三项指标评估模型的预测精度。[结果]特征变量和随机森林模型中的决策树个数分别是8,61时,模型预测效果最佳。采用优化的随机森林模型、多元线性回归模型评估3个地区的平均绝对误差均为0,均方根误差除泾河地区相等外,榆林、汉中地区的均方根误差均小于优化的多元线性回归模型。优化的随机森林模型预测榆林、泾河和汉中地区蒸发量拟合效果分别为0.85,0.90,0.86,优化的多元线性回归模型的拟合效果分别为0.77,0.83,0.79。[结论]整体而言,优化的两种模型都具有良好的预测效果且随机森林模型的预测效果优于多元线性回归模型。

基于Hydrus-1D模型的淮北平原冬小麦地潜水蒸发规律

选取淮北平原五道沟水文水资源实验站作为研究区,评价Hydrus-1D模型在淮北平原冬小麦地潜水蒸发过程模拟的适用性,并探讨不同降水条件下冬小麦各生育期潜水蒸发规律。结果表明,基于Hydrus-1D模型模拟的潜水蒸发过程与基于水量平衡和Bouchet互补关系理论的潜水蒸发变化过程基本一致,相关系数为0.82、绝对误差为0.04 mm/d、相对误差为12.4%;冬小麦生育期潜水蒸发量受降水条件影响,当降水量偏多时,潜水蒸发总量较大;从冬小麦各生育期的潜水蒸发量来看,灌浆期-成熟期>抽穗期-灌浆期>拔节期-抽穗期>返青期-拔节期。研究结果可为制定淮北平原合理灌溉制度提供理论依据。

基于原位试验银川平原湖泊蒸发模型研究

湖泊在流域水循环中具有重要作用,对于地区的气候调节、促进地区经济可持续发展和维护生态环境具有不可替代的作用。量化湖泊蒸发对西北干旱地区水资源与生态需水量评价至关重要。目前已有的湖泊蒸发量计算方法忽略了水深对蒸发的影响。在宁夏水与环境野外科学观测研究站开展不同水深的水面蒸发试验,利用皮尔逊相关性和非线性回归分析,探究水深与水面蒸发的关系。根据计算的水面潜在蒸发量折算系数,拟合得到适用于银川平原水面蒸发的深度蒸发计算模型。以清水湖为例,利用单波束无人船探测湖床形态,得到湖水水深,并将深度蒸发计算模型与Penman-Monteith(PM)公式进行对比分析。结果表明:2种模型得出的清水湖年平均水面潜在蒸发量相差0.679 mm/d;在月平均水面潜在蒸发量曲线的走势上,PM公式的计算结果受温度影响明显,而深度蒸发计算模型相对温度的变化具有滞后特征,更好地反映了水深对温度的调节作用,使水面潜在蒸发量的计算更加精准。本研究所拟合的深度蒸发计算模型提高了银川平原湖泊水面蒸发的计算精度,为银川市内湖泊生态研究提供了参考,同时也对该地区的水资源利用和生态环境保护产生基础性影响。

运行温度对钠热管内工质蒸发调节系数影响的实验研究

钠热管在相关小型化、无人化核反应堆平台上有着良好的应用前景,其工质蒸发调节系数的准确性对于钠热管分析具有重要的意义。而蒸发调节系数受温度的影响显著,为此,通过实验方法研究了不同温度对钠热管内钠蒸发调节系数的影响。通过改变加热功率、倾角、加钠量、丝网等参数,测量了稳态工况下的轴向外壁面温度及气相温度。采用不同蒸气温度取值方法,结合外壁面温度测量值,基于HertzKnudsen-Schrage方程获得了蒸发调节系数的实验值。分析表明,使用蒸发段局部气相温度作为蒸气温度获得的蒸发调节系数受管内工况及丝网参数影响较小,蒸发调节系数的对数值与对数饱和压力满足良好的线性关系;使用绝热段壁面温度或绝热段气相温度作为蒸气温度获得的蒸发调节系数,在550℃以下时受轴向导热热阻及液钠润湿不佳的影响,数值偏小但依然满足对数线性关系,而在高于550℃时液钠良好润湿性带来的轴向铺展可显著增大蒸发调节系数,此时丝网的作用较为明显。通过拟合实验数据,建立了不同温度下的蒸发调节系数的经验关系式。