利用量纲分析法处理风桌实验台流场的测量数据

项目一利用量纲分析法处理风桌实验台流场的测量数据一、项目概况“风桌实验台”是中国农业大学“985工程”现代农业工程与信息化科技创新平台中生物环境模拟的一个部分，现已具备试验条件。在这样的一个试验平台上，我们首先要利用实验仪器对风场进行测量。得到实验测量的数据后，要利用科学有效的方法对实验数据进行分析处理，以得到真实有效的流场分布规律。今后还可以利用计算机模拟流场的状态，并把模拟结果和试验测量的数据进行比较，为以后在此实验平台上进行实验测量做好前期工作。本项目中，学生利用已经学习的流体力学中量纲分析的方法将测量的实验数据进行分析。首先学生要掌握风桌试验台的工作原理和工作过程，以及通过什么方法对流场进行测量的。其次，学生要利用已经学过的流体力学中量纲分析的方法，对实验数据进行处理。量纲分析法在工程实践中有广泛的应用，通过对实验数据的处理，可以得到“风桌试验台”的速度流场分布规律二、实施计划及方案首先，学生要掌握风桌试验台的工作原理和工作过程以及通过什么方法对流场进行测量的。通过这一环节的训练，可以培养学生动手实验的能力，以及对实验仪器的分析使用能力。其次，学生要利用已经学过的流体力学中量纲分析的方法，对实验数据进行处理。对这一环节要求学生不但要知道量纲分析的方法和原理，还要会运用这种方法分析解决实际测量中的数据问题。最后，学生利用量纲分析法将实验数据进行处理后，得到“风桌实验台”速度流场分布的相似规律。三、项目实施的基础和条件风桌实验台是中国农业大学“985工程”现代农业工程与信息化科技创新平台中，生物环境模拟的一个部分,现已建成。前期进行了大量的实验测试工作，具有丰富的实验数据。学生此时已经完成了流体力学课程的学习，具备了量纲分析法的基础知识，同时具备计算机和模拟软件。可以顺利完成URP项目的内容。四、学生提交的成果1URP项目开题报告。2URP项目中期总结报告。3URP项目结题论文。项目二节水灌溉对土壤水盐动态影响的土柱模拟试验研究一、项目概况本项目属于国家“十一五”科技支撑计划“灌区节水改造的环境效应及评价方法”研究内容。项目旨在通过室内土柱试验模拟不同灌水量条件下土壤水盐动态及盐分淋洗效果。实验处理包括不同灌水定额、不同土壤含盐水平，监测土壤水盐动态，研究灌溉模式对土壤水盐动态的影响及盐分淋洗效果。项目的实施预期使学生对科研有比较清楚的认识，掌握相关的理论知识；培养学生独立发现问题、分析问题、解决问题的能力。二、实施计划及方案1资料的查阅查阅灌区节水改造的环境效应相关国内外研究进展，撰写相关研究综述，提效文献综述一份。此环节可以培养学生文献综述的能力。2实验方案确定在总结现在相关研究的基础上，提出切实可行的实验方案，提交实验实施计划一份。此环节可以培养学生的提出问题的能力。3实验的实施在老师对实验方案批准的前提下，学生准备实验材料，进行不同灌水量条件下土壤盐分动态及淋洗效果的土柱模拟实验。实验结束后提交实验报告。此环节可以培养学生动手能力，及时发现问题及解决问题的能力。3实验数据的处理整理实验数据资料，分析灌水量改变条件下土壤盐分的时空动态及盐分的淋洗效果。提交研究报告一份。此部分可以培养学生分析问题的能力。三、项目实施的基础和条件项目拟在水利与木工程学院水资源与水环境实验室实施，该实验室拥有开展项目所涉及不同长度有机玻璃土柱多组及配套仪器，具备开展节水灌溉条件下盐分动态及淋洗效果模拟实验。本项目适合本科二年级及三年级学生参加，要求学生具有基本土壤物理知识，对农田水利有初步的认识，有较强的动手实践能力。四、学生提交的成果1“灌区节水改造的环境效应研究现状”综述2节水灌溉条件下土壤水盐动态及盐分淋失效果研究报告项目三双向贯流泵装置的三维造型及内流分析黎耀军讲师一、项目概况“S”型叶片双向贯流泵是一种新型泵，具备正反向运行均有较高能量特性的优点，适用于区域调水、防洪工程、农业灌溉和排涝泵站等大流量、低扬程场合。双向贯流泵装置采用潜水电机与泵直联的布置形式，灯泡体对水流流态具有较大的影响。对于安装双向贯流泵泵站，进出水池流道设计不当时，会在其中产生分离流动、回流和旋涡等，不仅会增大能量消耗而且还会恶化水流条件，对水泵机组的装置效率产生重要影响，相应的水压力脉动及引发的结构振动将危及机组的安全稳定运行。我国建成的双向贯流泵站少，对其理论、设计方法和装置性能的研究不多，尤其是装置性能方面的研究相对较少，性能优良的水力模型不多。随着计算流体动力学和计算机软硬件技术的发展，应用CFD技术研究水力机械内部三维湍流常有了长足的进步，数值模拟技术已成为分析水力机械内流特征的重要手段。本项目拟采用学术界和工程界普遍采用的雷诺平均NS方法，对双向贯流泵装置内流动进行数值模拟，观察、分析泵内流动结构，预测装置的能量特性，以期建立较准确预测双向贯流泵内部流动特性的方法，揭示其内流特征，为双向贯流泵水力优化设计及泵站建设和运行提供参考。二、实施计划及方案1、查阅相关文献，撰写相关领域国内外研究现状的综述。此环节可锻炼学生的文献查阅、发现问题和分析问题的能力。考核办法不少于3000字的文献综述一篇。2、研究内容1）不同流量工况条件下，正向运行时内流场计算和性能预测；2）反向运行时，不同工况条件下的流场计算和性能预测；3）不同转速条件下，正、反向运行的内流特性分析；4）比较不同叶顶间隙条件对贯流泵装置内流特性及外特性的影响。3、研究方案采用雷诺时均方法，求解双向贯流泵内流场。贯流泵三维实体造型和网格划分采用GAMBIT软件完成，考虑到泵内流道结构复杂，拟采用非结构网格。湍流模型选择对强旋流适应性强的RNG模型。数值求解拟通过K商用软件FLUENT完成，采用有限体积法离散控制方程，为减小数值耗散，对流项和扩散项均采用二阶或更高阶精度的离散格式。对压力场与速度场的求解，采用SIMPLEC算法。4、对数值模拟结果进行总结和分析，重点比较正、反向运行时，泵内流动特性的差异及泵装置能量性能的区别。此环节可锻炼学生科学分析研究结果并对未来研究方向提出创新性思路的能力。考核办法总结报告一篇。三、项目实施的基础和条件指导老师参与了国家自然科学基金项目“大型水轮机组水力激振问题的动力学特性研究”等课题的研究工作，熟悉水力机械内部流动分析方法，具有水泵内流分析的研究经验，对学生各个环节的培养都将亲自给予细致耐心的指导。项目申请者拥有某贯流泵水力模型及泵装置的水力设计结果，为本项目的研究提供了基础。另外，教研组拥有计算所需的相关软件。四、学生提交的成果1、课题调研、文献综述报告；2、获得双向贯流泵不同工况条件下，泵内压力、速度等流动变量的分布特性；3、获得双向贯流泵能量性能曲线；4、提交包含上述研究成果的总结报告。5、争取在中文期刊发表论文1篇。项目四坡面径流输沙特性研究李淑芹副教授一、项目概况坡面径流是造成水土流失的主导因子，因此，对坡面径流侵蚀产沙过程的研究，特别是坡面径流的水动力学特性和不同地貌形态阻延地表径流机制的研究显得尤为重要。反映水流动力学特性的主要指标包括径流的流速、径流深、雷诺数RE、弗劳得数、阻力系数和曼宁糙率系数N等。用相应的水力学公式计算坡面径流的水力参数，并借鉴河流动力学的原理和方法，从水流阻力关系和输沙关系两方面分析不同地貌形态坡面径流的输沙特性,为揭示植被阻延地表径流作用机制，侵蚀产沙机理的研究提供依据。本项目以黄土高原丘陵沟壑区为研究对象，结合已有的不同草地植被覆盖度下坡面水力特性的观测试验资料，在对试验观测资料分析研究的基础上，分析坡面径流阻力在不同地貌形态过程中的变化规律，从试验观测条件出发，提出坡面减流减沙措施。项目的实施可使学生掌握相关的理论知识；培养分析问题、解决问题的能力；并对科研工作有一定的了解和认识。二、实施计划及方案实施计划（1）查阅国内外相关文献资料。完成1篇坡面径流水力侵蚀研究现状与展望的综述报告。本环节主要是培养学生查阅文献资料、总结和发现科学问题的能力。（2）试验资料的收集、整理和分析。收集该项目的观测试验资料，并进行整理和分析，提出研究思路和具体研究方案。本环节主要是培养学生分析问题能力。（3）运用水力学、河流动力学的原理和方法，分析坡面径流在不同地貌形态过程中的输沙特性。提交研究报告一份。本环节主要是培养学生利用专业知识解决科学问题的能力。三、项目实施的基础和条件项目的试验观测已经进行，所需资料可以共享。强大的网络资源和图书馆丰富的图书资料为研究资料的收集提供了条件。四、学生提交的成果1综述1份（不少于3000字）。2研究总结报告1篇（不少于5000字）。项目五农业需水预测方法对比研究王素芬副教授一、项目概况该项目是国家高技术研究发展计划863计划的子课题北方地区农业水资源供需平衡趋势分析（编号2006AA100217）中的部分研究内容。主要集成与农业水资源利用密切相关的指标数据如人口、社会经济、土壤、水文气象、作物水分利用效率等建立农业水资源供需平衡预测指标体系。综合分析现有的系统动力学法、模糊综合评判法、线性多目标规划法、人工神经网络法等水资源需求预测方法，构建农业需水预测模型，并对不同的方法进行对比分析。二、实施计划及方案该计划实施主要有以下三个环节1完成一篇“农业供需水研究现状及展望”的综述报告。本环节主要是培养学生查阅文献、总结和发现科学问题的能力。2水资源需求预测方法的相关资料的收集、整理。本环节主要是培养学生分析和解决实际问题的能力。3不同预测方法的对比研究。本环节主要是培养学生利用专业知识解决科学问题的能力，要求学生提交报告一份。三、项目实施的基础和条件项目实施的基础资料已具备。四、学生提交的成果要求学生提交报告一份。项目六水热条件变化对土壤温室气体排放的影响王凤新副研究员一、项目概况本项目是申请人所承担的国家自然科学基金课题部分研究内容，适合于农业水利专业和水利水电专业大三、大四本科生。申报学生需具有刻苦钻研精神和较强的动手能力，主要进行一些盆栽试验研究。试验主要研究不同土壤温度和土壤湿润程度对温室气体CO2和N2O排放的影响。土壤温度的变化拟通过覆膜（不同颜色薄膜）和不覆膜来控制，土壤湿润程度用土水势和湿润比来表征并用负压计和灌水量来控制。该项目有利于培养学生的专业兴趣、独立动手能力以及运用专业知识解决实际问题的能力。二、实施计划及方案本项目研究拟采用如下四步走（1）查阅文献，了解土壤温室气体排放的影响因素、国内外研究动态。考核办法读书报告（2）讨论制定研究方案。考核办法开题报告（3）开展试验研究。考核办法研究进展汇报。（4）试验结果分析总结。考核办法试验研究报告。三、项目实施的基础和条件（1）本项目是申请人正在主持的科研项目，有可靠的经费保障。2本项目已经有了一年的田间试验基础。参加此URP项目的学生可以借鉴课题组的研究经验。3课题组已经招标购置了气象色谱仪，并研制了一种气体取样装置，可供有意参加此项目的同学使用和参考。4可提供全部研究经费并视研究表现给参加学生一定的研究津贴。四、学生提交的成果（1）研究报告（2）1篇论文初稿项目七地震波斜入射条件下重力坝地震波动分析研究贺向丽讲师一、项目概况我国是一个水能资源十分丰富的国家，水力资源的理论蕴藏量和可开发装机容量均居世界首位。我国同时又是一个多地震的国家，占全国水能资源约80的西南、西北地区是我国地震频度极高的高地震烈度区，近代我国82的强震都发生在该地区。512汶川大地震以后，我国对大坝抗震安全问题尤为关注。建立合理有效的分析模型，是重力坝地震波动分析的关键。现有的混凝土重力坝地震波动分析模型，均假设地震波为垂直入射的剪切波或压缩波，这对于远场波动问题尚属合理；但是对于近场波动而言，地震波是以一定倾斜角度向上传播的，地震动呈现空间变化特性，斜入射是引起这种空间变化的主要因素，上述垂直入射假定容易导致较大误差。本项目拟在重力坝地震波动分析中考虑斜入射地震波作用的影响。首先基于波场分离技术建立粘弹性人工边界条件下地震波斜入射时侧边界和底边界上的波动输入方法，然后将其应用于典型混凝土重力坝的地震波动分析中，建立斜入射条件下重力坝地震波动时域分析模型。这一研究将使混凝土重力坝地震反应的模拟更准确、合理，并为重力坝抗震设计提供更可靠的技术支持，有助于大坝抗震安全关键技术问题的进一步解决。二、实施计划及方案本研究结合国内已建、在建和拟建的处于强震区的混凝土重力坝基本资料，主要进行以下几个方面的工作（1）首先根据斜入射波（P波或SV波）的形式和方向，采用波场分离技术将侧边界区和底边界区的总波场分离为入射波场和散射波场或者为自由波场和散射波场，这里地震波的入射角度分别取15和30；然后根据边界上位移连续和应力条件推导出粘弹性人工边界条件下应该满足的位移条件或者是施加在边界上的应力条件。这一步着重考察学生的力学以及数学基础，并培养学生解决实际问题的能力；（2）将粘弹性人工边界条件以及第一步推导出的斜入射条件下的波动输入公式编入有限元计算程序中，并通过简单的二维弹性半空间算例进行验证。这一步着重考察并培养学生的计算机编程能力；（3）建立典型混凝土重力坝的有限元模型，进行网格剖分，并输入已知材料参数和边界条件，进行工况计算。这一步着重培养学生使用有限元软件进行建模、网格剖分的能力；（4）对计算结果进行分析，分析斜入射条件下重力坝坝体内的应力及位移随时间、空间的变化规律，并对斜入射时的数值模拟结果与垂直入射时的结果分别进行比较分析，得出结论。这一步着重培养学生的数据分析能力；（5）撰写项目报告。这一步着重培养学生撰写报告能力。三、项目实施的基础和条件项目申请人自2001年以来一直从事高坝抗震方面的研究工作，已经积累了一些高坝抗震分析的相关知识和经验，具备良好的数值模拟理论、方法和技术基础；熟悉有限元网格生成技术和FORTRAN90编程技术，并且与导师合作开发了包含透射边界和粘弹性边界的有限元计算软件GEHOMADRID，并将其应用于龙滩重力坝和乌东德拱坝的抗震计算，取得了较好的结果。因此项目申请人对本项申请的研究重点、难点有清晰的认识，可指导学生完成本项目工作。四、学生提交的成果提交结题报告一份，包括斜入射条件下典型混凝土重力坝计算结果整理以及相关图表、数据分析等等。项目八中性电解水对糙米发芽过程中微生物控制效果研究曹薇副教授一、项目概况糙米发芽后其营养及生理功能成分含量大大提高。SAIKUSA等1994首次发现经过发芽处理，大米中的氨基丁酸（AMINOBUTYRICACID，GABA）含量增加了410倍，而GABA具有显著的血压调节、神经镇定、抑制中性脂肪等作用。KAWABATA等1999发现发芽糙米有防止结肠癌、高胆固醇症、预防脂肪肝和动脉硬化等效果。随后更多的研究表明发芽后糙米具有抗氧化、预防老年性痴呆症等诸多的生理功效。然而，发芽食品生产的一个主要难题是微生物污染的安全性问题。由于发芽条件也正是微生物滋生的最适条件，因此种子及发芽过程中的微生物污染必须加以控制。JACKSON1998发现ECOLIO157、沙门氏菌和蜡样芽孢杆菌是发芽食品食源性疾病暴发的主要因素。因此，研究如何有效安全地控制糙米发芽过程中的微生物污染具有十分重要的意义。近年来，利用电化学技术制备杀菌剂的方法日益受到关注。酸性电解水ACIDICELECTROLYZEDWATER,AEW，亦称酸性离子水或酸性氧化还原电位水，具有瞬时、广谱、无残留、高效杀菌特性，杀菌后可完全还原成无毒、无残留的普通水，排放后对环境无任何污染，是一种廉价、使用方便、安全的杀菌剂。目前，常见的强酸性电解水PH值较低（27），腐蚀性大，还原速度快，不利于存储，且设备制造成本高，生产效率低，因此限制了其推广应用。本课题提出的中性电解水具有接近中性的PH值（6075），腐蚀性小，生产成本低，具有极大的研究和应用前景。本项目拟利用课题组前期研究开发的中性电解水，研究不同的电解质溶液制备的中性电解水对糙米发芽过程中的微生物控制效果，研究结果对芽菜生产中的卫生管理具有重要的现实意义，可以为中性电解水的高效利用提供理论依据，并推进其在农业生产中的应用。二、实施计划及方案实施计划（1）查阅国内外相关文献，掌握文献查阅方法，提高学生文献查找和阅读能力。翻译相关英文文献1篇和提交文献综述报告1份。（2）根据阅读文献，分析国内外研究现状，提出存在的问题以及解决问题的方法，明确研究目标，并制定研究方案。提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养创新性思维。提交研究方案1份。（3）研究不同电解质溶液制得的中性电解水对糙米发芽过程中大肠杆菌和霉菌等的抑制效果。主要考察不同电解质溶液制得的电解水、不同有效氯浓度等参数对杀菌效果的影响。培养学生动手和解决问题的能力。定期汇报研究结果（4）研究比较中性电解水与其它消毒剂对糙米发芽过程中的微生物杀菌效果。培养学生仪器操作和实践能力，掌握试验技巧。定期汇报研究结果（5）分析试验数据，撰写研究报告或研究论文。培养学生论文写作能力。提交总结报告1份。实施方案实验一中性电解水对糙米发芽过程中微生物的控制效果及其对发芽的影响试验材料糙米、次氯酸钠溶液、酸性电解水、碱性电解水和去离子水；培养基胰酪胨大豆肉汤（TSB）、蛋白胨、胰酪胨大豆琼脂（TSA）试验方法（1）电解水清洗对发芽糙米表面细菌总数的影响挑选饱满无缺陷的原料糙米，称取5份，每份20G，放于500ML锥形瓶中，先用自来水清洗3遍，然后用去离子水冲洗1遍，每次用水100ML，时间1MIN，5份糙米样本分别用中性电解水、次氯酸钠溶液、碱性电解水、酸性电解水和去离子水浸泡15MIN，倒掉清洗液，分别用500ML去离子水37OC浸泡12H，测定每份样品表面的细菌总数，实验重复3次，取平均值。（2）电解水清洗对糙米发芽的影响清洗部分试验方法同上，将浸泡好后的糙米转入生化培养箱中催芽，每隔12H，分别用600ML的中性电解水、次氯酸钠溶液、碱性电解水、酸性电解水和去离子水冲洗1次，催芽84H后，测定芽长和根长。实验重复3次，取平均值。实验二不同电解质溶液制得的中性电解水对糙米发芽过程中微生物的影响（1）中性电解水的制备分别采用NACL、CACL2、HCL为电解质，制备一定有效氯浓度的中性电解水；（2）中性电解水对糙米发芽微生物的影响方法同上。中性电解水对糙米发芽的影响方法同上。三、项目实施的基础和条件项目申请人主要从事电解水利用技术方面的研究，具有坚实的理论基础和丰富的科研经验。申请人具有电化学、生物化学、食品化学多学科交叉的科研背景。近年来，申请者致力于微能处理水技术的研究，主持建成了电解水开发研究实验室，并负责本研究方向。申请人研究和开发了适合于工业化应用的连续式中性电解水生成工艺和设备，此部分研究成果已申请国家发明专利1项（申请号200810057402X）；在实验室条件下研究了中性电解水对沙门氏菌及其污染鸡蛋的杀菌效果。研究结果已发表SCI论文2篇，发表中文核心期刊论文3篇，国际会议论文1篇。申请人所在的农业部设施农业工程重点开放实验室具备较好的研究条件，所需的仪器设备已经得到落实。因此，本项目具有较好的硬件条件和前期工作基础。四、学生提交的成果（1）提交文献综述1份；（2）翻译与研究课题相关的英文论文1篇；（3）提交试验研究报告1份或合作发表中文核心期刊论文1篇；（4）提交URP总结报告1份，主要内容包括URP实施过程中个人的体会、存在的问题以及提出改进的建议。项目九几种常用混凝土收缩徐变预测模型的分析比较丁敏讲师一、项目概况对混凝土结构进行收缩徐变效应分析时，确定徐变系数和收缩应变是关键问题。在工程实践中往往直接选项用已有的收缩徐变预测模型，或根据少量的试验数据，对已有的模型进行修正，以此来推算混凝土收缩徐变的长期时效特性。混凝土收缩徐变预测模型必须反映混凝土收缩徐变发展的规律一是对其机理的反映，主要因素的影响和组成应在模型公式中反映；二是混凝土收缩徐变随时间发展的规律。另外，模型公式的数学形式，也会极大影响收缩徐变计算值与实际值的符合程度。目前国内外常用的混凝土收缩徐变预测模型主要有CEBFIP模型、ACI209模型、B3模型、GL2000模型等。以上模型的计算公式基本上都是建立在试验数据基础上的经验公式，由于试验条件的局限或研究者侧重点的不同，不同的研究者提出的模型所考虑的影响因素也不尽相同。工程中不同情况下的混凝土结构，采用哪种混凝土收缩徐变预测模型进行长期效应分析更为合理，是一个值得研究的问题，这就要求必须对各模型公式计算混凝土收缩应变和徐变系数时所考虑的影响因素加以区分，并了解各模型计算结果的规律及其相互区别。本项目重点分析几种常用混凝土收缩徐变预测模型考虑的影响因素及差异，研究各模型计算混凝土收缩应变和徐变系数与时间变化关系的规律及其相互区别。本项目研究成果将对如何选取混凝土收缩徐变预测模型，以较为恰当地确定混凝土结构和预应力混凝土结构中混凝土收缩应变值和徐变系数大小提供科学依据和参考。二、实施计划及方案1研究内容1几种常用混凝土收缩徐变预测模型考虑的影响因素及差异；2各模型计算混凝土收缩应变和徐变系数与时间变化关系的规律及其相互区别与联系；3各模型预测混凝土收缩徐变时的特点。2研究方案1查阅混凝土收缩徐变相关研究资料，找出几种常用混凝土收缩徐变预测模型的公式表达式，如CEBFIP模型、ACI209模型、B3模型、GL2000模型；2根据模型公式表达式，分析各模型所考虑的影响因素及差异；3选取一定的工程概况，根据各模型计算混凝土收缩应变和徐变系数与时间变化关系的规律，并分析相互间区别与联系；4根据以上研究成果，分析模型预测混凝土收缩徐变时的优缺点。3对学生的创新能力培养的思路1通过查阅资料与调研，了解混凝土收缩徐变预测模型中的理论与工程问题，了解土木工程领域科学研究的一般思路；2通过计算与分析，了解工程中混凝土收缩徐变效应的处理方法和科学研究中掌握规律性问题的一般方法。4考核办法1考查查阅的几种常用混凝土收缩徐变预测模型公式表达式的正确性；2考查各模型考虑的影响因素及差异分析的正确性；3考查各模型混凝土收缩应变、徐变系数与时间关系的合理性；4考查各模型预测混凝土收缩徐变特点的合理性。三、项目实施的基础和条件1参与本项目研究的同学学习过材料力学、钢筋混凝土原理、建筑材料等基础课程，了解影响混凝土收缩徐变的因素；2在教师的指导下，能够完成几种常用混凝土收缩应变和徐变系数与时间变化关系的计算及分析；3具备计算机硬件设备和EXCEL或CURVEEXPERT等数据处理软件。四、学生提交的成果1几种常用混凝土收缩徐变预测模型的公式表达式及其影响因素分析；2各模型计算混凝土收缩应变和徐变系数与时间变化关系的规律及相互间区别与联系的分析；3各模型预测混凝土收缩徐变时的特点分析。项目十拖移式圆形喷灌机水马达设计与试验研究严海军副教授一、项目概况2008年10月中共十七届三中全会通过了中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定，明确提出我国必须通过土地流转，促进农业适度规模经营，走中国特色社会主义农业现代化道路。农业规模化、集约化和规范化生产，为大型农业机械发展创造了广阔的市场空间。作为大型农机具之一的圆形喷灌机，具有自动化程度高、控制面积大、适应性强等优点，是国内外备受青睐的大型节水灌溉设备之一。近几年在内蒙古、甘肃、宁夏、东北等地发展迅猛，灌溉作物有小麦、玉米、马铃薯、甜菜、药材等主要粮食和经济作物。据有关部门预测，到2010年我国节水灌溉面积将达到546万HM2，新增喷灌面积300万HM2，对于发展喷灌机产业是一个很好的机遇。大型喷灌机以多支座多塔架为主，采用电力驱动方式，在推广使用时要求实施地具备以下条件经营规模大、水源充沛、电力供应方便、经济条件宽裕等。目前同时符合上述要求的用户较小，绝大多数用户的农田经营规模较小且分散、地块面积在50100亩；灌溉水源分散、供水能力在3060M3/H左右等。因此，研制开发一种单跨式、能拖移、多点作业的小型化圆形喷灌机，对于完善圆形喷灌机的型谱、促进喷灌机的应用和推广、解决面积小且分散地块的农业灌溉问题具有重要的实际应用价值。在整理分析大量技术资料和用户调研的基础上，对目前多支座的电动圆形喷灌机进行了技术改进与设计，提出了新型的单跨、可拖移式圆形喷灌机；为了降低投资和维护成本、解决无电网地区的应用难题，提出应用水马达作为驱动装置，取消电动机及减速器，利用入机灌溉水作为驱动喷灌机旋转的工作水。经过技术分析和方案筛选，最终确定反冲式旋转水马达作为研究对象。因此开展对反冲式旋转水马达工作性能研究是开发新型喷灌机的技术核心和难点，也是决定该喷灌机是否可以投入市场、为节水灌溉事业服务的重要因素。本项目就是围绕对水马达进行结构设计与性能试验研究，提出提高水马达工作性能的技术措施和设计方案。二、实施计划及方案本项目的研究对象是单跨拖移式圆形喷灌机的水动驱动装置反冲式旋转水马达。马达作为单跨圆形喷灌机的关键部件，既为塔架车行走提供动力，同时又是完成喷灌机喷灌作业的部分喷洒器，对塔架车周围区域进行喷水。因此，水马达的输出转矩和输出转速决定圆形喷灌机转圈速度、也决定喷灌机整机的平均灌水深度；水马达自身的水量分布特性又影响了整机的喷灌均匀性，而这些都与水马达的结构设计紧密联系。因此本项目的研究内容主要包括以下二部分一是水马达工作性能试验（运转性能、机械性能及水力性能），二是水马达结构优化设计。首先对现有水马达的工作性能进行试验，测试在不同转臂臂长、喷嘴角度、进口压力下水马达的输出转矩、输出转速、传动效率等技术指标，提出影响水马达运转及机械性能的技术参数及相互关系；测试水马达阀体阻力损失与工作流量的性能曲线、工作流量与进口压力的性能曲线、水量分布特性等，提出影响水马达内部及外部水力性能的结构参数，并对水马达的结构进行优化设计。本项目在实施过程中，将应用多门基础理论和专业知识，注重试验、设计与综合分析，充分发挥学生的科研潜能和主动性，有利于培养学生科技创新能力。参与本项目的学生必须主修过大学物理、机械制图、机械设计、流体力学、工程测试等课程。具体地说，（1）将利用流体力学动量距定理、孔口出流理论、阻力损失等流体力学基础知识，对水马达的转臂长度、喷嘴尺寸、喷嘴轴线与转臂轴线夹角、输水管管径等进行水力设计；（2）将利用机械制图、机械设计等技术基础课对水马达主要零件进行结构优化设计；（3）将利用机械原理、水力机械测试技术、灌排机械原理与应用等技术基础课和相关专业课对水马达的转动特性、输出转速扭矩和水力性能进行试验研究。通过参与本项目，可以巩固、掌握诸多课程的知识点，掌握应用理论知识解决实际问题的综合分析能力，以及提高学生动手操作技能和团体协作能力。在开展项目过程中，对参与学生具体考核办法有三种方式（1）水力与结构设计在应用相关课程的基础上，进行水马达的水力设计，对现有水马达结构进行优化设计。（2）性能测试参与搭建试验装置、制定试验方案，全程参与水马达性能试验，操作完成水马达运转、机械与水力性能试验。（3）试验数据处理分析整理分析试验数据，寻找出不同结构参数、试验工况下试验参数的变化规律，建立水马达重要结构参数和工作参数与其工作性能之间的关系曲线。三、项目实施的基础和条件项目申请人从1996年开始，一直从事节水灌溉装备技术及应用相关的教学科研工作。曾以主要参加人参与了总理基金课题“行走式节水灌溉机具的设计与开发”工作、参与了“十五”国家科技重大专项“轻小型移动式与大型自走式喷灌机组及配套产品研制与产业化开发（2002AA2Z4161）”、“十五”国家科技攻关计划“精准农业机械装备技术开发与应用（编号2002BA207B）”及国家“863”计划“低能耗多用途喷灌技术与新产品（2001AA242023）”，主持完成了国家自然科学基金课题“摇臂式喷头全流道湍流数值模拟与试验研究（50509024）”，目前正参与的“863”项目、“十一五”支撑计划等项目也与节水灌溉装备有关。申请人通过10余年的教学科研工作，为本项目的开展积累了大量的技术资料，多年来在本科生毕业设计和硕士生培养亦积累了丰富的指导经验，完全具备指导本科生顺利开展并完成所申请的“URP”项目。此外，本申请项目也是申请人正从事的科研课题的一部分。该课题可以为本项目的顺利实施提供资金和技术支持。申请人所在学院具有一批与本项目相关的基础和专业实验室，可以为本项目开展提供试验场所和大部分试验仪器。上述工作基础和工作条件可以确保本项目的顺利实施。四、学生提交的成果（1）水马达设计图纸一套，其中主要零部件要求三维造型（2）水马达试验方案和试验报告，包括水马达运转性能、机械性能和水力性能三部分（3）试验数据整理分析，归纳提炼出结构参数、工作参数与主要性能指标之间的关系（4）完成一篇学术论文项目十一水泥土抗渗性能室内试验研究郝仕玲副教授一、项目概况水泥土是通过将水泥强制搅拌、混合到土体中，经过一系列物理化学反应后所形成的具有一定强度和耐久性的加固体。因为土体经过水泥加固后，其物理力学性质能得到较好的改善，同时水泥土还具有经济适用、施工方便等优点，目前,水泥土在工程中已得到广泛应用,也有很多关于水泥土力学性质的研究成果,但水泥土抗渗性能方面的研究相对较少本文对一般壤土水泥土进行室内渗透性试验研究,探讨水泥土渗透系数受水泥掺入量的影响程度,得到水泥土渗透系数与水泥掺入量的定量关系二、实施计划及方案计划具体实施办法与程序1）由于本项目名称指明的是学生科研的范围，学生在参加URP计划后，即开始检索国内外有关文献文献，通过系统分析，结合实验室的实验条件，再确定其研究具体的内容，使学生体验科研立项的工作过程。该环节着重培养学生文献查阅和学习的能力。2）学生在参加URP计划的3个月左右上交一份开题报告（字数不得少于2000字），内容包括国内目前研究动态、实验方案、实施计划等。该环节着重培养学生社会调查能力，完成相关调查报告。该环节着重培养学生社会调查能力，完成相关调查报告。3）由指导教师组织项目研究的有关人员对开题报告进行评审，提出评审意见，并听取学生的陈述。学生在与指导教师及有关人员讨论后，对开题报告进一步完善。4）学生按项目研究实施计划开展研究工作。5）学生在参加URP计划6个月左右提交中期总结报告，内容包括研究进展情况分析、存在问题和解决方案等。该环节着重培养学生创新思维能力。6）研究期满，学生填写的水利与土木工程学院URP计划实施情况考核表，提交书面研究报告，并向考核小组汇报有关情况。利用课堂所学知识，整理实验结果，编写研究报告，7）指导教师评价学生在参加URP计划过程中的合作能力、思维能力、动手能力、独立工作能力、工作态度等方面的综合表现，整理有关档案资料，上交学校有关部门备案。三、项目实施的基础和条件1指导教师从事该方面研究多年，有一定的研究基础，熟悉相关研究内容；2、实验条件学生可在中国农业大学土力学实验室和建筑材料实验室进行实验。2002年学校对建筑材料实验室基本建设投资60万元，2004年土力学实验室被列为学校振兴计划建设项目，学校对该实验室投资40万元，目前两个实验室实验基本条件比较完善，仪器更新率均在80以上，因此本项目设计的实验基本可以在两个实验室内完成。四、学生提交的成果学生应按中国农业大学本科生科研训练计划URP实施办法的规定，提交1、开题报告2、中期总结报告3、提交研究报告1份4、在国内正式刊物发表论文1篇项目十二水轮机引水流道水力损失分析周凌九教授一、项目概况在电站的技术改造中，一般都以提高出力为目的，但由于电站的埋设部件无法改变，一般只有对转轮部件进行改造。而水力机械在工作过程中各过流部件形成一个互相影响的系统，水轮机引水流道的水力损失对机组的总体效率和出力的影响很大。有时电站为了提高经济效益可能会提出过高的指标比如过大的增加出力和效率。但出力的增加往往必需提高流量，由此将导致过流部件损失的大幅增加，机组总效率难以提高。为此，有必要对不同比转速水轮机的引水部件水力损失进行全面系统的分析。拟利用URP计划连续开展不同系列水轮机的引水部件水力损失，本年度将针对其中12个比转速的水轮机进行分析。分析的结果将用于指导电站改造过程中技术参数的确定。二、实施计划及方案水轮机在工作过程中是通过调整导叶的开度改变水轮机的运行工况的。因此本项目将对每个比转速的水轮机在8个流量，68个开度共4864种组合条件下计算和分析水轮机引水部件（含蜗壳、固定导叶、活动导叶）各部件内的水力损失，并撰写分析报告。本项目将对培养学生的三维造型能力，熟悉流动分析软件的使用以及流动分析方法，同时项目的成果将直接用于指导实际工程。考核办法提交一份详细的计算分析报告。三、项目实施的基础和条件本项目适合三年级已上完部分专业课如流体机械原理等课程的同学。作为指导教师，将提供计算用的计算机及相关计算软件。四、学生提交的成果提交一份详细的计算分析报告。项目十三抽水蓄能电站水泵水轮机装置起停机动态过程的计算机仿真李小芹副教授一、项目概况随着抽水蓄能电站的快速发展，水泵水轮机组的安全性、稳定性、灵活性、速动性成为人们关心的主要问题，其中抽水蓄能电站的水力装置动态过程是关系到电站安全与运行稳定的关键因素之一。抽水蓄能机组工况变化频繁，随着工况参数的大幅度变化，在系统中由水流惯性及运转部件惯性力引起的动态附加载荷和一系列复杂的物理现象，对电站的安全稳定运行有着十分重要的影响。由于水泵水轮机机组特性及输水系统比常规水电站复杂，且工况变化类型也较常规电站多，因此抽水蓄能电站水力机械装置的动态过程也十分复杂。由于真机测试具有局限性，因此随着计算机技术的迅猛发展，使得计算机仿真成为研究水力机械静态与动态工作过程的重要途径。而抽水蓄能电站的启停机过程是水泵水轮机重要的过渡过程。对其进行仿真可对系统的运行状态进行分析，寻求系统改进的途径并找出最佳控制参数。本项目以我国响水涧抽水蓄能电站为依托，基于常近时教授的叶片式水力机械内特性解析的理论与计算方法为基础，旨在进行大型抽水蓄能电站水泵水轮机装置启停机动态过程进行仿真。可对学生熟悉科研工作方法，提高学生参与实际工程的能力有一定的提高作用。二、实施计划及方案1、学生要掌握抽水蓄能电站水泵水轮机的工作过程2、应熟练掌握面向对象的程序设计方法，利用C语言进行计算出启停机过渡过程中蜗壳进口压力、机组转速、轴向水推力等值。3、对计算出的结果进行数据处理，能应用软件将其绘制成相关的曲线。4、掌握科研方法，为以后走向工作岗位打下基础。最后，学生应掌握阅读文献资料并能进行整理的能力。真正掌握抽水蓄能电站的启停机过渡过程的仿真。三、项目实施的基础和条件本项目依托我国响水涧抽水蓄能电站，以常近时教授的叶片式水力机械内特性解析的理论与计算方法为基础。同时具备计算机和模拟软件。在项目中，学生利用所学的流体力学以及水力机械的有关专业知识，应用C语言进行编程，计算出启停机过渡过程中蜗壳进口压力、机组转速、轴向水推力等值，并将其绘制出时程曲线以便以后的学生对其进行与现场试验数据的分析比较四、学生提交的成果1、开题报告。2、中期总结报告。3、计算软件一份。项目十四园林景观设计图规范研究崔山副教授一、项目概况园林景观是我国建设工程领域近年来新兴的行业，它是集园林、建筑和美术的大地艺术与技术，它关照人们生存空间的生态与文态建设。在我国，园林景观设计作为大学专业，发端于园艺专业，后有美术师和建筑师参与其中的工作。园林景观设计图在园林景观工程界占有举足轻重的地位。我国的园林景观设计图一般依据建筑学建筑场地设计图的标准来绘制。我国目前有多所高校开设园林景观设计专业，但大都缺乏建筑工程领域的系统教学，园林景观设计图教学都不算成熟。导致在园林景观的设计实践中，园林景观施工图设计多半是由建筑学专业毕业的工程师来完成，或者由加拿大、澳大利亚等景观设计较为成熟的设计团队指导完成。从全国范围内来看，园林景观设计图的表达很不统一，甚至五花八门，让园林景观的施工组织者难以把握。之所以产生这种情况，归根结底在于园林景观设计职业教育的不完备性。我校的园林景观及其部分相关专业也同样存在着上述问题。在社会急需园林景观设计职业人才的形势下，从我校园林专业、农建专业等选拔出热爱园林、建筑和美术的学子，集中专业语言的培养，使他们真正跨越园林景观设计的最基本的语言大关，尽早以设计师的角色进入园林景观的职业创作阶段。在本科学生中开展园林景观设计图的规范研究，把学生多年来的被动学习变为主动研究，把实践课真正实践起来。对学生个体来说，能够打下坚实的专业语言基本功。对我校园林专业的发展，以及对我国园林景观设计专业职业教育的办学方向，都是有益的探索，也必将起到深远的现实意义。二、实施计划及方案1、讲授园林景观设计图概论。用时1个月，使学生进入专业语言思维状态。考核形式为讨论。2、现场研究园林景观与园林景观设计图。用时1个月，使学生重视实践环节，懂得设计图源于实践。考核形式为口头提问记录。3、讲授园林景观各阶段设计图内容，比较分析诸多景观设计图样用时1个月，使学生认识园林景观方案图和施工图设计的行情。考核形式为讨论。4、配合指导教师对国家建设部颁布的“园林景观方案图和施工图设计样图”进行审校。用时1个月，培养学生发现问题的能力和意识。考核学生提出疑问的正确数量。5、配合指导教师确认“园林景观方案图和施工图设计”规范纲要。用时1个月，培养学生严谨的学风。考核学生的文本列表的完整性。6、经过分析规范，绘制新的园林景观方案图和施工图样图。用时6个月，反复修正，趋于完善。考核学生的图纸完成的数量及其正确率。7、总结园林景观设计图的规范样图，写出园林景观方案图和施工图设计说明文。用时1个月，把学生的园林景观方案图和施工图设计的理论能力提升到较高的程度。考核学生的文本的逻辑性和内容的合理性。三、项目实施的基础和条件1、指导教师已经具备园林景观方案图和施工图设计的丰富经验。2、北京地区园林景观现场资源丰富。3、已经掌握多家园林景观施工图设计图样，以供评判和取长补短。4、国家建设部颁布了“园林景观方案图和施工图设计样图”，使我们有了研究的可比参照物。5、有足够的教学空间探讨工作。四、学生提交的成果1、“园林景观方案图和施工图设计”规范纲要。2、绘制新的园林景观方案图和施工图规范样图一套。3、园林景观方案图和施工图规范设计说明文。项目十五双江口土质心墙堆石坝静动力分析及试验验证袁林娟讲师一、项目概况土石坝是水工建筑物中历史最悠久，也是最常见的一种坝型。据统计，我国15M以上的坝有18000多座，其中，土石坝占85以上。土石坝有很多优点，比如就地、就近取材，可节省大量水泥、钢筋；地基适应性强，几乎任何地基均可建土石坝；可机械化施工，加快了施工进度；运行管理方便等。但是，目前我国高土石坝比例较少，这是因为高土石坝所需泄洪和施工导流工程量较大，造价较高；而且，土石材料变形、渗透性能复杂，坝顶不能过水，一直被认为安全性较低。近期，由于筑坝技术的进步，高土石坝，在我国也逐步发展起来。拟建和在建的高土石坝大多分布在我国西部，也是7、8度地震烈度区域。土石坝的抗震性能不仅影响坝体的安全性，更重要的是，还直接关系到该区域人民的生命财产安全。所以，土石坝的静力和动力分析一直是工程人员非常关注的问题。但这方面的分析还存在着很多问题，比如由于材料、基础等的复杂性，模型多样性，计算结果较为粗略。而且，由于有限元分析软件、程序较多，却没有统一的标准，其结论可靠性尚存疑虑。故对有限元分析结论还需要做进一步的试验验证。双江口水电站是大渡河流域水电梯级开发的上游控制性水库，是大渡河流域水电梯级开发的关键性工程之一。坝址区地震基本烈度为7度，100年超越概率2的基岩地震动峰值加速度为205GAL，一般场地条件下计算概率地震烈度为8度。本课题旨在通过有限元计算软件ANSYS，并编制相关程序，对双江口土质心墙堆石坝进行静动力计算。还将通过模型试验，对试验结果与有限元计算结果进行分析比较，从而验证有限元法计算的准确性。这将为土石坝的有限元分析提供一定的参考。二、实施计划及方案1、预备知识的学习。要求学生学习有限元分析、土石坝计算、土动力学的相关理论，有限元分析软件ANSYS，以及FORTRAN编程基础。此环节主要培养学生自学能力。2、利用有限元分析软件ANSYS，建模并进行双江口土石坝静动力分析。通过计算，熟悉有限元计算的基本方法，对土石坝的静力和动力分析有更直观、深入的认识。此环节主要培养学生结构计算和计算机操作能力。3、编制相应程序，对ANSYS进行二次开发，加入沈珠江模型进行土石坝静动力分析。分析并比较不同模型的结论有何不同。此环节着重培养学生编程能力。4、参与土石坝模型试验，整理相关数据。并将模型试验结论和有限元计算结果进行分析对比。此环节主要培养学生试验能力以及分析解决问题的能力。三、项目实施的基础和条件本项目结合申请人参加的国家电力公司成都勘测设计研究院项目双江口土质心墙堆石坝模型试验及静动力分析本人2003年毕业于武汉大学水工结构工程专业，获硕士学位，长期从事水利水电专业的教学科研工作，有能力指导学生进行科研活动。四、学生提交的成果1、利用软件ANSYS，提交双江口土质心墙堆石坝有限元计算报告2、提交沈珠江模型的有限元程序3、提交ANSYS二次开发的有限元计算报告4、提交有限元分析与模型试验对比分析报告项目十六地下钢筋混凝土圆形沼气池结构中的若干问题研究蒋秀根教授一、项目概况农村沼气集经济、社会、生态于一体，它不仅是改变农村用能结构，使用清洁、高效能源的一项基础设施，而且更重要的是改善农村卫生面貌，保障农民身体健康，提高人口质量的一项战略措施。目前推广的圆柱型结构水压式沼气池，上部池盖部分一般设计为球壳结构，并且需要在壳体结构上设计活动盖和出气孔。壳体结构的承载力是影响沼气池结构安全和稳定的重要因素，其结构性能影响甚至决定了整体结构的可靠性。壳体结构具有很好的空间传力性能，能以较小的构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构，但是目前关于开洞壳体结构的研究尚不完全成熟。而且由于沼气池建在地面以下，它的受力状态十分复杂，不仅需要考虑土压力的问题，还要考虑沼气池上部活荷载的影响。当沼气池上部没有活荷载时，它所受的是静止土压力；当沼气池上部出现较大的活荷载时，它的极限状态如何计算（按照主动土压力还是被动土压力计算），并没有确定的统一标准。本项目的研究目标为（1）根据沼气池上部池盖部分的可能受力情况，比较不同壳体以及不同矢跨比壳体的受力情况，以及开孔的大小、形状和位置对承载力的影响。（2）针对不同荷载工况的结构方案，研究沼气池壁的土压力大小及其分布规律。（3）研究钢筋混凝土壳体结构抗裂措施。二、实施计划及方案1研究内容（1）池壁土压力合理取值研究。（2）开洞旋转壳结构内力及优化设计。（3）钢筋混凝土柱壳结构防裂技术研究。2研究方案（1）利用土压力理论，对比分析各种工况下池壁及顶盖合理土压力取值。（2）利用壳体结构分析的解析方法和数值方法，探寻开洞壳体内力分布特征及优化方法。（3）利用钢筋混凝土结构工作原理，确定密闭性要求较强的钢筋混凝土沼气池防裂设计措施。3对学生的创新能力培养的思路（1）通过调研，了解沼气池结构中的理论及工程问题，了解理论、工程、技术间的差异。（2）通过分析，了解钢筋混凝土密闭结构的分析、优化和工程设计方法。4考核办法（1）考查结构荷载取值方法的合理性。（2）考查开洞壳体结构分析方法的合理性和工程可行性。（3）考查密闭结构抗裂措施的合理性三、项目实施的基础