排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2019年 37卷 5期
刊出日期:2019-05-25

泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
   
泵理论与技术
1
封面
2019 Vol. 37 (5): 1- [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 2185KB] ( 5 )
2
目录
2019 Vol. 37 (5): 2- [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 370KB] ( 1 )
369 ZHAO Weiguo,HAN Xiangdong,FU Yidong
Effects of silt particle on cavitatingflow in centrifugal pump
Based on numerical method, effects of silt particle with certain silt mean diameter and silt concentration on the evolution of cavitation in a centrifugal pump were studied. Silt mean diameter 0.005 mm and silt concentration 1.0% were adopted in numerical simulations. Capitaton flow in a flat-nosed cylinder was simulated to validate the designed algorithm. Cavitaton flows of water and silt-laden water were simulated and compared. The results indicate that the silt particles promote the evolution of cavitation. At the outlet pressure of 6.0?105 Pa, cavitation bubbles do not exist in the water flow, but a few cavitation bubbles appeare in the silt-laden water flow, demonstrating the silt particles induce the formation of cavitation bubbles. At the outlet pressure of 5.29?105 Pa, the vapor volume fraction in the silt-laden water flow is much larger than that in the water flow, indicating that the silt particles enhanc the evolution of cavitation. The properties of silt particle, static pressure, flow field structure, turbulent kinetic energy and density difference have a close relationship with the evolution of cavitation.
2019 Vol. 37 (5): 369-374 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 2808KB] ( 5 )
375 李红,李淑婷,陆天桥
外混式自吸离心泵瞬态高速摄影试验
为了研究自吸泵在自吸过程中的内部流动变化,设计了可视化自吸离心泵样机,利用LABVIEW虚拟仪器记录了自吸泵在自吸过程中压力、流量、转速等参数随时间的变化,研究了转速对自吸泵出口压力及自吸时间的影响.同时通过高速摄影试验,拍摄了各阶段自吸泵关键部位的气液两相流动状况,分析了自吸泵在自吸过程中气液两相的变化规律.研究结果表明:根据压力和流量随时间的变化规律,自吸泵的自吸过程可以分3个阶段,分别为自吸启动阶段、自吸稳定阶段和自吸突变阶段,且不同转速下的出口压力变化规律也符合这一特征; 叶轮转速越大,自吸泵出口压力在自吸稳定阶段的波动幅度越大,最终稳定的压力值越大,且自吸时间越短; 在自吸过程中,蜗壳和叶轮流道内均存在气泡分裂现象,单个大气泡逐渐拉长呈哑铃状,后随着气泡中间连接通道的消失,分裂成2个小气泡,以促进气体的排出和自吸的完成.
2019 Vol. 37 (5): 375-380 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 6664KB] ( 3 )
381 杨从新,,张扬,*,钱晨,
专用堆型对应的核主泵正反转流动数值模拟
为了研究核主泵在定转速工况下的正反转特性,采用相似换算法,基于SST k-ω 湍流模型与块结构化网格,对缩比系数为0.5 的核主泵模型泵进行数值模拟.定义流量从泵进口流向出口为“+”,反之为“-”.在正转工况下分别对-0.8Qd到+2.0Qd流量范围内的16个工况点进行计算、反转工况下对-1.4Qd到+1.0Qd流量范围内的14个工况点进行计算,得到其全特性曲线.计算结果表明:在相同流量工况下,核主泵正转时的扬程与转矩总是高于反转时的扬程与转矩,叶轮扬程与泵扬程存在不同的变化趋势;在正转工况下,在 -0.1Qd到+0.4Qd流量范围内,叶轮扬程曲线呈现反“N”型变化趋势;在反转工况下,在-0.4Qd到+0.1Qd流量范围内,叶轮扬程曲线呈一个明显的“V”型变化趋势;叶轮出口处产生二次流回流现象,这是正转小流量工况下叶轮扬程降低的主要原因,而叶轮与导叶之间过渡段区域内的环形高速带和叶轮流道内的大尺度涡是反转小流量工况下叶轮扬程降低的主要原因.
2019 Vol. 37 (5): 381-386 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 6181KB] ( 6 )
387 黄凯乐,袁建平,司乔瑞,林刚
多级离心泵多工况内部压力脉动数值计算
为研究多级离心泵内部压力脉动特点和瞬态流动特征,以三级卧式离心泵模型为研究对象,采用DES方法进行了4种不同流量工况下的全流场非定常数值模拟.为保证划分的网格准确反映多级离心泵内流动特性,进行网格无关性分析.通过定常计算的扬程效率和外特性试验值进行对比,证明数值模拟的可靠性.在每级叶轮、正导叶、反导叶上共设置36个监测点,通过分析模拟数据得出压力标准差值图、系数图和频域图.结果表明:导叶喉部是低压区频繁出现的区域,不同流量下,压力脉动呈现周期性变化规律,脉动强度以正导叶最为剧烈,偏离设计流量工况,压力标准差幅值增大.不同流量下,多级离心泵正导叶流道内压力脉动主频为叶频(327 Hz),倍频处峰值衰减迅速.研究成果为揭示多级离心泵内部压力脉动规律提供一定的理论参考.
2019 Vol. 37 (5): 387-392 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 3818KB] ( 10 )
393 俞芸芸,周大庆*,戴启璠,梁豪杰,仲子夜
轴流泵叶轮的三维多参数设计及试验
为解决南水北调某泵站改造工程中轴流泵的设计问题,利用BladeGen软件进行了轴流泵叶轮的三维多参数设计,建立了轴流泵全流道模型并进行结构化网格划分、数值模拟和试验验证,分析了不同叶轮参数对轴流泵外特性的影响,并对影响较大的参数即翼型中心线角度方程的3种方案进行了叶片压力和流速分布对比分析及空化性能分析.计算结果表明:通过对比,最终确定叶轮选取方案6,即轮毂比为0.40,叶片轮缘截面中心点处厚度为10 mm,叶片翼型B;该轴流泵在设计流量工况下,扬程为4.90 m,装置效率为79.76%,叶轮效率为92.19%,符合设计要求,且与试验结果基本一致;利用BladeGen软件可对轴流泵叶轮进行较为精确的三维化设计,可减小原始叶轮设计及优化过程中反复建模的工作量,提高了轴流泵叶轮优化的效率.
2019 Vol. 37 (5): 393-399 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 2449KB] ( 7 )
400 曾培*,曾昊,徐德富,郭晓军,李永亮,叶子兆
磁力泵滑动轴承磨损传感器设计
为了实现磁力泵轴承磨损实时监测,设计了一种新颖的磁力泵滑动轴承磨损传感器.针对磁力泵采用特殊的传感器结构,变曲面测量为平面测量,经过防腐处理的导磁材料制作的检测轮固定在内磁转子上,检测探头固定在隔离套上的环型嵌槽内,其一端为密闭罐形,另一端为检测工作平面,并与检测轮平面相对,检测磁钢、导磁体、导磁体铁额与霍尔集成电路均放置在检测探头内,检测探头与检测轮组成闭环检测磁路.采用磁路分析法,对检测探头和检测轮磁路简化.传感器确定后,磁路各参数如导磁体磁导、磁钢磁动势、磁路截面积等均为常数,因而霍尔集成电路输出电压与检测探头铁额的面积变化量关联,即和检测轮移动量δ关联.通过磁力泵X轴差分检测传感器试验,传感器的位移特性曲线线性度得到改善,分辨率为0.1 mm,测量精度为0.1~2.3,传感器灵敏度为10 mV/mm,该传感器对实现磁力泵轴承磨损实时监测具有一定的应用价值.
2019 Vol. 37 (5): 400-405 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 2044KB] ( 6 )
水利水电工程
406 王思琪,俞晓东*,倪尉翔,张健
长距离供水工程空气罐调压塔联合防护水锤
结合某实际供水工程并基于特征线法,建立了包含水泵、管道及水锤防护措施的全系统过渡过程数学模型,模拟了停泵工况下系统的压力变化过程.通过计算发现,由于局部高点内水压力较小,为了保证沿线不出现负压,采用常规空气罐方案时,空气罐体积达到530.00 m3.针对常规空气罐方案体积过大的问题,提出了空气罐双向调压塔联合防护方案和空气罐单向调压塔联合防护方案,并对比分析了2种联合防护方案的效果.结果表明2种联合防护方案都能较大幅度地降低空气罐的体积.空气罐双向调压塔联合防护方案下,空气罐体积降至40.27 m3,但双向调压塔高度受测压管水头控制,水泵扬程较高时导致其高度较高,双向调压塔高达到27.00 m;单向调压塔的高度不受测压管水头限制,联合防护方案下空气罐体积为43.83 m3,但为了保证局部高点不出现负压,需增加沿线单向塔的数量.
2019 Vol. 37 (5): 406-412 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 2244KB] ( 8 )
413 赵道利*,高诚锋,孙维鹏,郭鹏程,马薇
泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响
为了探究泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响,采用SST湍流模型对某混流式模型水轮机进行了全流道三维非定常模拟.对额定工况下原泄水锥、泄水锥加长这2种方案,以及对部分负荷工况下原泄水锥、泄水锥加长、泄水锥加长后补水这3种方案进行了计算.分析了不同方案下尾水管水流流线、尾水管各断面压力、尾水管涡带及流体的涡流黏度值的变化情况.结果表明:在额定工况下,泄水锥加长后对尾水管水流有稳流效果且水轮机效率略有提高;在部分负荷工况下,泄水锥加长后尾水管中心产生的涡带有变小的趋势,但涡带的偏心距稍有增加,而向尾水管补入2%额定流量的水流后,尾水管流态明显改善,直锥段水流的涡流黏度值降低,尾水管涡带的偏心距和涡带形态都有所减小,由偏心涡带引起的低频压力脉动幅值也有明显降低.
2019 Vol. 37 (5): 413-419 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 8590KB] ( 6 )
流体工程
420 江伟*,蒋婷, 朱相源
余热利用换热器硫酸和水蒸气耦合凝结数值模拟
为准确预测烟气换热器表面酸凝结,了解其表面低温腐蚀特性,采用一种预测换热器表面酸蒸气凝结和水蒸气凝结耦合计算方法,通过结合H2SO4-H2O溶液的气液平衡数据和多元组分传输理论,建立了酸蒸气和水蒸气凝结的数值模型,并采用CFD软件对方形翅片管换热器的低温腐蚀特性进行数值分析,重点研究酸蒸气含量和水蒸气含量对酸沉积和腐蚀特性的影响.结果表明:换热器翅片表面酸液质量分数的分布和翅片表面温度的分布趋势一致,酸沉积主要发生在翅片前缘及换热管前方靠近管壁的翅片表面;水蒸气含量升高会导致翅片表面酸液质量分数下降和酸沉积率上升,增加换热器低温腐蚀的风险,结果可为换热器安全运行提供参考.
2019 Vol. 37 (5): 420-426 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 5271KB] ( 6 )
427 张凌峰,孙见君*,马晨波,张玉言
一种钠冷快堆核主泵动静压导轴承间隙流体动力特性分析
针对钠冷快堆核主泵在实际运行过程中存在轴颈磨损和泄露问题,提出了一种通过设置螺旋槽来改善轴承间隙流体动力特性的方法.基于CFD数值模拟,对比了轴瓦螺旋槽轴承和主轴螺旋槽轴承性能优劣,发现主轴螺旋槽轴承效果更好.据此,探讨了螺旋槽结构参数对轴承间隙流体动力特性的影响,提出了初步优化的轴承结构.结果表明:影响支反力和偏位角的主因素是螺旋槽螺旋角,随着螺旋角的增大支反力增大、偏位角减小;影响泄漏量的主因素是螺旋槽螺旋角和槽台宽比,随着螺旋角和槽台宽比的增大泄漏量增大;头数对轴承性能参数影响不具有统计学意义.当螺旋槽结构参数设计为头数12,螺旋角42°,槽台宽比2时,导轴承具有最优的综合性能.研究成果对轴承结构设计有一定的指导意义.
2019 Vol. 37 (5): 427-434 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 3121KB] ( 6 )
435 边若鹏,昝丙合,朱建勇*,何淼
侧风对螺旋桨气动特性影响的数值模拟
为了研究侧风对螺旋桨气动性能的影响,基于滑移网格技术, 使用CFD软件求解非定常不可压流动的N-S方程和S-A湍流模型,数值模拟不同侧风倾角下螺旋桨的气动特性.数值计算结果表明:在侧风条件下,螺旋桨的瞬时气动力,包括拉力、侧向力和扭矩,在旋转一周的过程中呈现周期性非定常变化,并且这种周期性变化随侧风倾角的增大更加明显.将一个周期内的瞬时气动力时均化处理得到时均气动力,时均的拉力、侧向力、扭矩以及效率均随倾角的增大而增大,由于拉力的增加幅度大于扭矩的增加幅度,螺旋桨时均效率从0°倾角的54.3%增加到30°倾角的64.3%.通过分析桨叶表面压力分布得出,螺旋桨桨叶迎风面和背风面的共同作用导致螺旋桨气动力的非定常变化,在螺旋桨旋转过程中,迎风面压力增大和背风面吸力增大导致气动力增大,迎风面压力减小和背风面吸力减小导致气动力减小.
2019 Vol. 37 (5): 435-440 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 3918KB] ( 6 )
441 孙彩珍,李红*,汤攀
三通调节阀分流比及内部流动特性分析
为探究三通流量调节阀的分流比及内部流动特性,应用标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法,对其内部流场进行三维流道数值模拟.通过改变进口流量及阀芯旋转角度等条件,研究三通调节阀内部流动特性及分流比的变化规律,模拟和试验结果能够很好地吻合.研究结果表明:阀芯旋转角度介于15°~75°时三通流量调节阀能有效分流;随着调节阀角度的增大,水平分流比先增大,在35°左右增大到0.55附近,之后开始减小,在55°左右减小到0.40附近,最后持续增大到1.00,这种变化趋势与水平出流面积占总出流面积的比率变化相同;进口压力随着调节阀角度的增大先增大后减小,在45°左右达到峰值,压力曲线以45°为对称线呈对称形状,这种变化趋势与阀门调节部分入口过流面积的变化相符;在阀门进口段与阀芯的连接部分过流面积收缩节流,导致该处流速最高、阀门进口管部分压力最高.
2019 Vol. 37 (5): 441-446 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 3133KB] ( 7 )
农业水土工程
447 张亮,周薇,,李道西*
农业高效节水灌溉模式选择研究进展
随着节水农业的发展,高效节水灌溉成为破解农业水资源短缺的关键途径,因地制宜选择适应区域可持续发展需要的高效节水灌溉模式尤为重要,但农业高效节水灌溉模式选择研究中仍存在一系列的难题亟待解决.通过分析农业高效节水灌溉模式选择的影响因素、综合绩效评价和风险等相关研究成果,发现影响因素指标选取较为随意,偏重性较强,缺乏一套规范、科学的指标选取标准;综合绩效评价层次众多,动态变量和不确定性因素波动大,社会绩效和生态环境绩效难以量化,缺乏统一公认的绩效评价指标体系和与其配套的实用评价模型;高效节水灌溉模式的选择受到众多风险因子制约,其风险因子分类识别较为复杂,选择风险与灌溉绩效之间的定量关系难以确定等问题,并对未来农业高效节水灌溉模式研究的发展趋势进行了展望.
2019 Vol. 37 (5): 447-453 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 1681KB] ( 7 )
454 张守都,栗岩峰*,李久生
滴灌条件下揭膜时间对土壤酶活性及玉米吸氮量的影响
为了了解玉米滴灌水肥试验研究揭膜时间和施肥处理对土壤脲酶活性、天门冬酰胺酶活性及玉米吸氮量的影响,试验设置了3个揭膜时间处理和1个未覆膜处理,每个处理考虑施肥和不施肥情况,共8个处理.研究结果表明:苗期揭膜、抽穗期揭膜和全生育期覆膜均会提高土壤NH+4-N含量和含水率,显著降低土壤脲酶活性,各揭膜处理差异不具有统计学意义;不同揭膜时间并不会显著影响土壤天门冬酰胺酶的活性;各揭膜处理可显著提高苗期玉米的吸氮量,但在施肥条件下全生育期覆膜处理却降低玉米吸氮;土壤水热和无机氮的含量与土壤脲酶差异具有统计学意义,而覆膜下土壤脲酶活性的降低与土壤NH+4-N和含水率升高有关;土壤天门冬酰胺酶活性与土壤水热和无机氮含量差异不具有统计学意义;由试验可得东北地区玉米苗期或抽穗期揭膜可使土壤酶活性保持在适宜的活性水平,为玉米生长提供有利的土壤环境.
2019 Vol. 37 (5): 454-460 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 2314KB] ( 10 )
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主管单位
 中国农业机械学会排灌机械分会
主办单位
 中国农业机械学会排灌机械分会
 江苏大学流体机械工程技术研究中心
协办单位
 中国农业工程学会农业水土工程专业委员会
 上海凯士比泵有限公司
支持单位
 上海东方泵业(集团)有限公司
江苏省水利勘测设计研究院有限公司
 泰州泰丰泵业有限公司
 蓝深集团股份有限公司
主  编
 袁寿其
编辑出版
 《排灌机械工程学报》编辑部
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谈国鹏  朱漪云 盛    杰
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