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基于变环量方法的农用轴流风机设计及性能优化
1
作者 吴乐天 邱绵靖 +1 位作者 刘志伟 丁涛 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第20期210-218,共9页
随着农业设施养殖空气过滤装置使用的普及,对高压农用轴流风机的需求也随之提升。为了提高农用轴流风机的气动性能并扩大工作压力范围,利用变环量设计理论,通过风洞试验和数值模拟,对风机叶片进行了重新设计。旨在改变现有叶片轮毂处结... 随着农业设施养殖空气过滤装置使用的普及,对高压农用轴流风机的需求也随之提升。为了提高农用轴流风机的气动性能并扩大工作压力范围,利用变环量设计理论,通过风洞试验和数值模拟,对风机叶片进行了重新设计。旨在改变现有叶片轮毂处结构形式,改善农用轴流风机内部流态,达到提升农业轴流风机气动性能和扩大稳定运行范围的目的。该研究以0.91 m农用轴流风机尺寸及目标风量为设计参数,利用变环量方法设计了一款叶片。通过单因素和响应面分析方法,研究了轮毂直径d、安装角α和叶片数n结构参数对风机性能和流场的影响。最佳工艺参数为d=260 mm,α=-0.369°,n=4片。数值模拟结果表明,优化后的轴流风机性能优于设计轴流风机,扩大了高压区稳定运行范围。样机试验测试表明,在高压(120 Pa)下,优化风机相较于原型轴流风机的风量提高了163%(达到18 710.99m3/h),能效比提高了18.9%(达到1.94 m3/(h·W))。该研究证明了变环量在农用轴流风机设计中的可行性,结构参数的优化可进一步降低风机的内部涡流。优化后的轴流风机减少了内部流场的二次流,提高了叶片的做功能力,改善了风机的气动性能,确保轴流风机在农业应用中能够更高效地实现空气流通与调控。 展开更多
关键词 农用机械 农用轴流风机 数值模拟 试验 气动性能 变环量方法
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缓解奶牛热应激的喷淋水滴特性试验 被引量：11
2
作者 丁涛 宏帅 +3 位作者 施正香 方露梦 孙宝玺 张弛也 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期323-331,共9页
夏季高温造成奶牛热应激,物理降温以蒸发散热缓解奶牛高温,其中喷淋降温系统是我国常用的降温方法。利用激光雨滴谱仪(LPM)对6种不同标准扇形喷嘴(9010、9030、9060、9080、90100、90120)在0.15、0.20、0.25 MPa工作压力下进行了测试,... 夏季高温造成奶牛热应激,物理降温以蒸发散热缓解奶牛高温,其中喷淋降温系统是我国常用的降温方法。利用激光雨滴谱仪(LPM)对6种不同标准扇形喷嘴(9010、9030、9060、9080、90100、90120)在0.15、0.20、0.25 MPa工作压力下进行了测试,计算分析了6种喷嘴在不同工作压力下水滴粒径的分布,研究了水滴粒径与喷淋流量、单个水滴动能、喷淋强度的关系。结果表明:水滴粒径分布呈正态分布模型,不同工作压力(0.15、0.20、0.25 MPa),所测6种不同型号的喷嘴水滴平均粒径为0.475~1.210 mm;水滴粒径与喷淋流量呈线性关系(R2>0.96);9010、9030型号喷嘴在小水滴粒径0.125~0.250 mm范围内占有10%~20%的比例,易雾化飘移,不适合奶牛蒸发降温;不同工作压力下单个水滴动能随水滴粒径的增大而增大,呈幂函数关系(R2>0.96);喷嘴的平均喷淋强度和水滴平均粒径呈指数关系(R^2>0.96),平均喷淋强度均大于72 mm/h。试验得出水滴平均粒径0.801 mm(9060)、0.914 mm(9080)、1.047 mm(90100)、1.210 mm(90120)将仿真奶牛从39.3℃降温至37℃所用时间平均值为85、75、48、30 s。 展开更多
关键词 奶牛 热应激 喷淋降温 水滴分布 水滴动能 喷淋强度
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开放式奶牛舍扰流风机扩散器性能参数优化 被引量：8
3
作者 丁涛 施正香 +3 位作者 杨建宝 方露梦 宏帅 孙宝玺 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期319-327,共9页
为了提高奶牛舍夏季扰流风机的降温效果,在不改变扰流风机外形尺寸以及叶片形状的条件下,通过数值模拟以及现场实验的方法,优化扰流风机扩散器性能参数来提高风机性能。选取扩散器的开合角为90°、120°、150°和180°... 为了提高奶牛舍夏季扰流风机的降温效果,在不改变扰流风机外形尺寸以及叶片形状的条件下,通过数值模拟以及现场实验的方法,优化扰流风机扩散器性能参数来提高风机性能。选取扩散器的开合角为90°、120°、150°和180°,以及扩散器的长度为150、250、350、450、550、650 mm,利用CFD数值模拟建立了24种扩散器扰流风机的几何模型,以扰流风机性能、距扰流风机轴心0.5~1.0 m处的流场速度分布以及气流不均匀系数为评价指标,优化了扰流风机扩散器开合角和长度。结果表明,150°/250 mm扩散器使得扰流风机的风量提高了3.80%,能效比增加11%,轴心速度较大,且气流均匀性较好。 展开更多
关键词 开放式奶牛舍 扰流风机 扩散器 数值模拟 参数优化
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导流罩长度对农用轴流风机性能的影响 被引量：10
4
作者 丁涛 赵洋 +1 位作者 施正香 王朝元 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期135-142,187,共9页
通过三维激光扫描仪建立农用轴流风机几何模型,利用密闭风室试验测试数据验证数值模型的准确性,最后采用数值模拟研究了农用轴流风机导流罩长度变化对风机内外特性的影响。保持导流罩进口位置、圆角半径与扩散角不变,定义导流罩长度与... 通过三维激光扫描仪建立农用轴流风机几何模型,利用密闭风室试验测试数据验证数值模型的准确性,最后采用数值模拟研究了农用轴流风机导流罩长度变化对风机内外特性的影响。保持导流罩进口位置、圆角半径与扩散角不变,定义导流罩长度与叶顶轴向宽度的比值为K,K选取0. 50、0. 78、0. 90、1. 0、1. 1、1. 2、1. 5、2. 0,对7个不同进口静压工况点进行数值模拟。结果表明,K从0. 50上升到1. 0的过程中,风机风量和能效比提升明显; K取1. 0～1. 1时风机风量和能效比最高,相比K=0. 78的原型风机提升约10%; K从1. 1升至2. 0的过程中,风量略有下降,能效比下降明显。利用Q准则对叶顶和外框区域的涡结构进行识别,发现随着K的增长,叶顶泄漏涡经历了分裂、衰减和再发展3个过程。K=1. 0时能有效抑制叶顶泄漏涡的发展,最大程度降低叶顶涡的强度。导流罩的加长能明显减少外框涡的产生。 展开更多
关键词 轴流风机 导流罩长度 数值模拟
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基于多次Bezier曲线的Savonius风力机叶片优化设计 被引量：4
5
作者 丁涛 刘继昂 +2 位作者 方露梦 施正香 刘竹青 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期959-965,共7页
为提高Savonius风力机效率,提出一种基于多次Bezier曲线的Savonius风力机叶片设计新方法,通过调整设计公式中4个设计参数(叶片弦长L、叶片顶点偏向控制系数k_x、叶片顶点高度控制系数k_y、叶片头部宽度控制系数k_a)来修改叶片形状;结合... 为提高Savonius风力机效率,提出一种基于多次Bezier曲线的Savonius风力机叶片设计新方法,通过调整设计公式中4个设计参数(叶片弦长L、叶片顶点偏向控制系数k_x、叶片顶点高度控制系数k_y、叶片头部宽度控制系数k_a)来修改叶片形状;结合CFD数值模拟、正交试验、响应面法分析得到最优风轮尺寸参数及其性能特点。研究结果表明:所提出的叶片优化设计方法适用于所有Savonius风力机,优化过程直观、便捷,优化结果准确;优化后风轮的风能利用系数、扭矩系数明显提高,且风速越低,提高越明显。风速为3.0 m/s时,风轮的最大CP值增大4.2倍,最大CM值增大3.7倍,优化后的风轮更适宜在低风速下运行。 展开更多
关键词 Savonius风力机 叶片优化 BEZIER曲线 CFD模拟
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前置导叶对畜禽舍轴流风机性能的影响 被引量：4
6
作者 丁涛 邱绵靖 +2 位作者 刘志伟 李妥 施正香 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期80-88,共9页
畜禽养殖过滤除臭装置对传统轴流风机负压抽吸能力提出了更高的要求。为提高传统轴流风机的气动性能,扩大其有效工作区间,该研究以550型农用轴流风机为对象,结合试验和数值模拟研究了前置导叶对轴流风机性能的影响。通过单因素和响应面... 畜禽养殖过滤除臭装置对传统轴流风机负压抽吸能力提出了更高的要求。为提高传统轴流风机的气动性能,扩大其有效工作区间,该研究以550型农用轴流风机为对象,结合试验和数值模拟研究了前置导叶对轴流风机性能的影响。通过单因素和响应面分析方法,对前置导叶的导叶安装角(α)、轴向间距(L)、导叶个数(n)对风机性能和流场的影响进行研究,分析各因素对风机性能的影响,求解出最佳参数组合。通过3D打印制作前置导叶并进行样机试验。结果表明,增设前置导叶后,风机内部区域涡流得到削弱,降低了流动损失,静压效率提高,流动剧烈程度降低,流场更稳定,叶片静压差增大,风机叶片的做功能力增强,与传统结构相比,增设前置导叶后风机通风量和能效比均明显提升,通风量提升幅度在5.7%~10.39%,能效比提升幅度在6.62%~10.89%;在静压50 Pa下,通风量提升6.76%,能效比提升7.75%。研究结果证明了增设前置导叶提升轴流风机负压抽吸能力的可行性。 展开更多
关键词 数值模拟 试验 轴流风机 气动性能 前置导叶 畜禽养殖
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农用轴流风机集流器参数数值模拟优化研究 被引量：3
7
作者 丁涛 邱绵靖 +2 位作者 刘志伟 李松 施正香 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期342-353,共12页
集流器是轴流风机的主要部件之一,对轴流风机运行性能产生较大的影响。为此,针对农用轴流风机集流器普遍存在结构设计不合理、能耗高、风量损失多的问题,以典型的24英寸负压玻璃钢风机为研究对象,采用风室试验、逆向建模和CFD数值模拟... 集流器是轴流风机的主要部件之一,对轴流风机运行性能产生较大的影响。为此,针对农用轴流风机集流器普遍存在结构设计不合理、能耗高、风量损失多的问题,以典型的24英寸负压玻璃钢风机为研究对象,采用风室试验、逆向建模和CFD数值模拟相结合的方式,依托单因素分析和响应面分析的方法,研究集流器的进口段长度L、圆角半径R、出口直径D对风机性能和流场的影响。结果表明:对集流器参数进行无量纲处理后,集流器各参数适宜的取值区间为:1.00≤E_(L)≤1.46、2.95≤E_(R)≤3.22、0.9898≤E_(D)≤0.9971;经过响应面模型得出各影响因素对风机性能的影响,当L=149.27 mm、R=321.68 mm、D=678.00 mm时风机性能较优。经数值模拟验证,相比原型风机,优化后通风量Q提高5.86%,能效比N提高6.79%,此时通风量Q为9900.54 m^(3)/h,能效比N为20.03 m^(3)/(h·W)。本研究为此类农用轴流风机集流器提高通风量及能效比提供了参数优化方法。 展开更多
关键词 轴流风机 集流器 数值模拟 响应面法
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缓解奶牛热应激的喷淋水滴粒径研究 被引量：5
8
作者 丁涛 孙宝玺 +3 位作者 施正香 王宗伦 姚春霞 张驰也 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期264-269,共6页
为探讨夏季缓解奶牛热应激喷淋水滴粒径对降温效果的影响,通过现场实验测试了3种平均喷淋水滴粒径(0.829、0.947、1.127 mm)缓解奶牛热应激效果。实验中利用热像仪采集奶牛体表温度,同时测定呼吸频率、直肠温度生理指标,并在此基础上利... 为探讨夏季缓解奶牛热应激喷淋水滴粒径对降温效果的影响,通过现场实验测试了3种平均喷淋水滴粒径(0.829、0.947、1.127 mm)缓解奶牛热应激效果。实验中利用热像仪采集奶牛体表温度,同时测定呼吸频率、直肠温度生理指标,并在此基础上利用Merkel焓差理论分析计算奶牛喷淋降温换热量。结果表明,喷淋过程中,3种粒径(0.829、0.947、1.127 mm)在奶牛脖颈区域平均降温为0.7、1.1、0.9℃,腹部区域平均降温为0.7、1.4、1.5℃,平均呼吸频率分别降低0.6、4.2、2.1次/min;喷淋结束后,3种粒径在奶牛脖颈区域平均降温为0.2、0.4、0.6℃,腹部区域平均降温为0.1、0.5、0.6℃,平均呼吸频率降低-0.4、1.4、1.2次/min。喷淋前后奶牛直肠温度均控制在稳定范围内,且平均喷淋水滴粒径0.947 mm和1.127 mm低于0.829 mm时的奶牛平均直肠温度。3种平均喷淋水滴粒径对应的奶牛单位时间换热量分别为417.4、469.9、430.4 W,其中0.947 mm平均喷淋水滴粒径下换热量最大。因此,平均喷淋水滴粒径0.947 mm更适用于夏季奶牛喷淋降温。 展开更多
关键词 奶牛 喷淋水滴粒径 热应激
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基于随机森林的寒区奶牛舍环境因素与产奶量关系研究 被引量：4
9
作者 丁涛 蒋雷生 +2 位作者 施正香 赵洋 马慧 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期378-385,共8页
寒区奶牛长时间处于非热应激状态,为了了解此阶段影响产奶量的主要环境因素,本文根据连续监测的环境数据,从日均值、百分位值角度研究了牛舍内温度、相对湿度、风速、二氧化碳浓度、氨气浓度、光照强度与奶牛每日头均产奶量之间的关系... 寒区奶牛长时间处于非热应激状态,为了了解此阶段影响产奶量的主要环境因素,本文根据连续监测的环境数据,从日均值、百分位值角度研究了牛舍内温度、相对湿度、风速、二氧化碳浓度、氨气浓度、光照强度与奶牛每日头均产奶量之间的关系。同时,以产奶量为预测目标建立了基于环境因素的随机森林回归模型。结果表明光照强度与二氧化碳浓度是影响产奶量两个较为重要的环境因素,尤其是在低温时对奶牛生产影响较大。光照强度日均值250lx与二氧化碳浓度日均值8×10^(-4)可以较为明显地划分高低产奶量。高产奶量样本点同样集中在光照强度第90百分位数高于800lx、二氧化碳浓度第10百分位数低于6×10^(-4)的区域。用于评价回归模型泛化能力的平均决定系数为0.7316,平均均方根误差为1.0370kg。根据结果建议寒区奶牛舍非热应激时期,至少保证每日不低于800lx的光照2.5h,同时控制二氧化碳浓度高于6×10^(-4)的时间不超过2.33h。 展开更多
关键词 寒区奶牛舍 环境因素 非热应激 产奶量 随机森林
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