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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2010年 28卷 4期
刊出日期：2010-07-30
泵理论与技术
流体工程
节水灌溉工程
泵站工程与给排水
   
泵理论与技术
277 刘厚林, 任 芸, 谈明高, 陆斌斌, 舒敏骅
双流道泵内压力脉动的CFD计算及测试
基于计算流体动力学软件Fluent,应用滑移网格技术,对一比转速为99的双流道泵在设计工况下的内部流场进行非定常计算,得到不同时刻叶轮和蜗壳内监测点的压力脉动规律．计算结果表明叶轮流道内不同位置处点的压力波动在一个周期内呈现周期性变化规律,同时从进口到出口逐渐升高,压力出现波峰和波谷的时间间隔大致相同．蜗壳流道内,离隔舌位置越近,压力波动越大,蜗壳出口的压力波动呈周期性变化规律,关于基圆中心对称的两个点的压力波动规律非常相似．利用虚拟仪器技术和水下压力传感器测量了蜗壳出口处的压力脉动,对比结果表明数值计算结果与试验压力结果基本一致,满足压力脉动预测的要求．
2010 Vol. 28 (4): 277-281 [摘要] ( 2114 ) [HTML 1KB] [PDF 456KB] ( 1224 )
282 谭 磊, 曹树良
中比转速离心泵叶轮的优化设计及数值模拟
基于流体流动的连续方程和运动方程,通过两类相对流面的迭代计算,实现中比转速离心泵叶轮内准三维正问题的数值计算,得到了轴面速度分布．应用逐点积分法进行叶片骨线绘型,在轴面上加厚叶片,在保角变换平面上修圆叶片头部,实现了离心泵叶轮的反问题设计．正反问题进行迭代计算求解直至收敛,得到最终设计的叶轮．采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵叶轮内三维流场进行数值模拟,得到了叶轮内压力和速度分布．模拟结果表明设计得到的叶轮内部压力分布非常均匀,流动稳定无分离,叶轮出口能量分布合理,所设计的叶轮具有优越的水力性能．
2010 Vol. 28 (4): 282-285 [摘要] ( 1928 ) [HTML 1KB] [PDF 399KB] ( 1531 )
286 周凌九, 王占民， 江东智
离心泵非定常流动计算及性能预测
采用以SST k-ω模型封闭的雷诺平均方程和滑移网格技术计算了离心泵内的非定常流场.基于非定常流动计算结果，考虑容积损失、圆盘摩擦损失和机械损失，对离心泵的性能进行了预测，并与实测性能曲线进行了比较.结果表明，在给定进口速度的条件下，由于叶轮与蜗壳隔舌的相对位置不同，泵的扬程和轴功率有比较大的脉动，且其脉动幅值随流量的增大而增大.定常流动计算和非定常流动计算所预测的性能曲线在大流量与设计工况时相差不大，在小流量时有明显的差别.与试验曲线相比，预测的扬程曲线偏低，轴功率曲线也偏低，效率曲线比较接近.由于在设计工况时定常计算和非定常计算差别不明显，在设计过程中采用定常计算是可行的
2010 Vol. 28 (4): 286-290 [摘要] ( 1922 ) [HTML 1KB] [PDF 418KB] ( 1607 )
291 孔繁余， 王 婷， 黄道见， 王文廷
核电站余热排出泵热冲击回路设计
为检验余热排出泵的耐热冲击能力及其运行稳定性，基于能量守恒定律和冷态、热态回路不同工况的实际要求，设计了热冲击回路系统，并对主要设备进行热平衡计算，以确定设备型号.设计的热冲击回路系统包括冷态、热态两回路，通过三通阀的自动切换作用，进行冷态、热态条件的及时切换试验，以模拟核动力装置中余热排出泵的实际工作状况.试验结果表明，设计的余热排出泵热冲击回路系统可较为真实地模拟核动力装置实际运用情况；对设备进行的热平衡计算确定了主要设备型号；构建便捷的冷态、热态切换方式，可验证泵各部件的耐热冲击能力.
2010 Vol. 28 (4): 291-294 [摘要] ( 2691 ) [HTML 1KB] [PDF 301KB] ( 1630 )
295 谢 蓉， 单玉姣, 王晓放
混流泵叶轮流动性能数值模拟和叶型优化设计
在设计工况下，对一个较高比转速的混流泵叶轮内部流动进行三维湍流数值模拟计算.通过分析混流泵叶轮内部的流动特点，发现由于局部结构设计不合理，流道内产生了较大范围漩涡区和壁面脱离现象，增加了流动损失.针对这一问题提出了改进措施，采用一种多参数的优化方法对叶轮叶型进行设计，并分析了叶片型线对叶轮内部流场的作用规律.结果表明，控制叶型弯曲度可以有效控制叶片进口处的马蹄涡，消除近壁面流动分离和漩涡，减小流动中的通道涡强度和影响范围，改进后叶轮流道内存在的涡团和流动脱离现象基本消失，叶轮水力效率相对提高4.74%，单位功耗的扬程增加11.5%.叶轮性能参数的计算数据与试验数据吻合较好，验证了所采用的计算方法及模型的准确性和可靠性.
2010 Vol. 28 (4): 295-299 [摘要] ( 2101 ) [HTML 1KB] [PDF 463KB] ( 1453 )
300 郭鹏程， 罗兴锜， 周 鹏， 丁 况
不同断面型式蜗壳对离心泵性能影响的数值模拟
基于SST k-ω模型封闭的雷诺平均方程，应用ANSYS CFX 11.0软件，在原离心泵马蹄形断面蜗壳的基础上重新设计了圆形断面和矩形断面两种蜗壳，并分别将3种不同断面的蜗壳与同一叶轮组合进行三维数值模拟.计算结果表明，不同型式断面的蜗壳对离心泵性能有一定的影响，矩形和圆形蜗壳在大流量工况区的效率比马蹄形蜗壳略有提高，在设计点，矩形蜗壳的效率比马蹄形的略低，但大流量工况却高；在小流量工况圆形蜗壳的扬程比马蹄形蜗壳的扬程低，而矩形蜗壳和马蹄形蜗壳相差不大，在设计点矩形蜗壳和马蹄形蜗壳略高于圆形蜗壳，在大流量工况马蹄形蜗壳的扬程有所降低.不同的断面型式对蜗壳的水力损失也有一定的影响，而且随着流量的变化损失也在变化.矩形蜗壳壁面上的压力脉动的幅值在设计流量工况较马蹄形蜗壳和圆形蜗壳要小一些.
2010 Vol. 28 (4): 300-304 [摘要] ( 1382 ) [HTML 1KB] [PDF 413KB] ( 1545 )
305 丛小青, 贾自强, 张 建, 王光辉
弱辐射下光伏离心泵的流动计算与试验
在太阳弱辐射下,推导了光伏离心泵入口附近的冲击损失公式．分析了转速降低时二次流的部位和范围,并讨论了辐射的锯齿波动和有向持续改变对流场造成的影响．应用计算流体动力学Fluent软件,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,考虑4种不同的辐射条件,采用SIMPLEC算法对设计的光伏离心泵进行计算,并通过试验进行验证．计算和试验结果表明,入口冲击损失主要取决于圆周速度平方;流场内会出现正反向交替的振荡脉动,产生压力扰动波和稀疏波;随着太阳辐射减弱,入口先出现冲击损失,然后变成与旋转方向相同的漩涡;出口扰动滞后于入口扰动,先发生在叶片背面附近,然后迅速向下一叶片压力面发展．
2010 Vol. 28 (4): 305-309 [摘要] ( 1990 ) [HTML 1KB] [PDF 415KB] ( 1178 )
310 袁建平, 付燕霞, 刘 阳, 张金凤, 裴 吉
基于大涡模拟的离心泵蜗壳内压力脉动特性分析
为了研究由离心泵内部非定常流动引起的蜗壳流道内的压力脉动这一现象及其特性,针对带有三长三短叶片叶轮的离心泵,采用大涡模拟方法计算包括吸水室、叶轮和蜗壳全流道的流场,获得蜗壳流道压力脉动分布特性,并对其进行了频域和时域分析.结果表明:由于叶片和蜗壳的动静相干作用,蜗壳内的压力脉动比较明显;在设计工况下,叶轮与蜗壳交界面周向上的隔舌处脉动最大;蜗壳内各监测点压力脉动的主频都是长叶片的通过频率,次主频为叶片的通过频率;蜗壳流道不同断面上的压力脉动基本一致,而扩压管内的压力脉动要比螺旋段的更有规律性;设计工况下,蜗壳内压力脉动没有明显的高频成分.
2010 Vol. 28 (4): 310-314 [摘要] ( 2338 ) [HTML 1KB] [PDF 424KB] ( 1752 )
流体工程
315 冯卫民, 肖光宇, 袁 波, 左 磊
基于数值仿真的蝶阀性能对比分析
以连续性方程、三维雷诺平均N-S方程和基于各向同性涡粘性理论的k-ε方程组成蝶阀内部流动数值模拟的控制方程组,并根据数值计算具体要求,设定出适当的边界条件,采用结构与非结构网格相结合有限体积法对控制方程组进行离散,应用CFD软件Fluent对双偏心蝶阀、单偏心蝶阀、桁架式蝶阀以及龟背式蝶阀进行内部三维湍流流动数值模拟的对比分析．通过对数值模拟结果的分析和对比,在获得蝶阀宏观性能曲线的基础上,分析其内部微观流场结构与宏观外部特性之间的关系．通过分析,桁架式蝶阀全开时的过流特性最优,双偏心蝶阀改善了阀门的动力特性和逆向自密封性,使它具有优良的调节特性和增加阀门的使用寿命．通过对比分析,获得四种蝶阀的性能以及各种蝶阀的特点,从而为蝶阀的设计和选用提供参考．
2010 Vol. 28 (4): 315-319 [摘要] ( 2140 ) [HTML 1KB] [PDF 629KB] ( 1975 )
320 张生昌, 张金海, 郑水华, 邓鸿英, 寿 涛
冷凝液输送泵用铰接式单向阀流场数值模拟
针对冷凝液温度高、极易汽化,且泵吸入口液位高度差小,单向阀水力损失要求极高的问题,提出了一种新型冷凝液输送泵用铰接式单向阀,阐述了其工作原理．以冷凝液输送泵用吸入口铰接式单向阀为例,建立了其二维物理模型,并按照单向阀实际参数给出了边界条件,利用CFD软件Fluent 6.3对单向阀开启过程中阀板开度分别为1°,2°,3°,5°,7°,10°六个工况点的流场状态进行了数值模拟,得到了新型铰接式单向阀开启过程中阀板前后部流场压力云图和速度矢量云图,并进行了不同开度状态下的对比分析．研究表明随着阀板开度的不断增加,流场的最大速度和最小速度也在不断增加,流场的最小压力区间一直出现在阀板下端,并初步总结了铰接式单向阀产生水力损失的主要位置,为铰接式单向阀工程设计计算及内部流道优化提供参考．
2010 Vol. 28 (4): 320-324 [摘要] ( 1744 ) [HTML 1KB] [PDF 434KB] ( 1624 )
325 何玉杰, 张 丽, 黄铭科, 刘三华, 张军辉
羰化循环泵的机械密封设计
针对在羰基化合成醋酐工艺装置中,国产羰化循环泵在投入使用后机械密封很快失效的情况,提出对密封选材、结构设计、型式及辅助系统布置的改造方法.从经济性方面考虑结合挂片试验结果,确定采用哈氏B2作为机械密封的结构材料,全氟醚橡胶作为辅助密封材料;将机械密封设计成两级串联集装式平衡型机械密封结构,以此防止所输送的易燃、易爆、有毒高危介质(如醋酸、碘甲烷、碘化氢、丙酸等)外漏;对密封采用PLAN 32+PLAN 54+PLAN 62的冲洗方案,改善密封工作环境;首级密封静环的前面设置挡环和卡簧,控制静环轴向位移;对压力较高的次级密封的各个参数进行了合理的选取和设计,保证端面的承压能力并减少摩擦生热,从而大大提高了机械密封的使用寿命和可靠性.
2010 Vol. 28 (4): 325-329 [摘要] ( 2193 ) [HTML 1KB] [PDF 368KB] ( 1404 )
330 丁雪兴, 富影杰, 张 静, 张伟政, 俞树荣
基于CFD的螺旋槽干气密封端面流场流态分析
应用Gambit软件建立三维螺旋槽干气密封模型,并对其进行了网格划分．在特定工况下,运用Fluent软件对螺旋槽干气密封内部微间隙三维气体流场的两种流态,即层流和湍流分别进行了数值模拟,得到了两种流态的压力分布、速度分布以及泄漏量．运用模拟得到的层流和湍流的速度,根据流动因子进行了理论计算,结果表明:螺旋槽干气密封端面气体是以层流流动的．将模拟得到的层流和湍流的泄漏量与其相同工况下试验所测得的泄漏量进行对比分析,结果表明:螺旋槽干气密封端面气体亦是以层流流动的,模拟层流泄漏量为6.92×10-6 m3／s,试验值为6.94×10-6 m3／s,十分接近．综合以上两种结果表明:在一定工况下,螺旋槽干气密封端面气体是以层流流动的．
2010 Vol. 28 (4): 330-334 [摘要] ( 2157 ) [HTML 1KB] [PDF 398KB] ( 1223 )
335 王春林, 吕亚云, 史亚婷, 丁 剑, 李长军
桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验
对搅拌槽内的混合过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法(MRF)以及标准k-ε模型,分析了搅拌槽内液体的流动情况.为了了解采用的叶轮模型能否有效地搅拌液体,分析了搅拌槽内垂直面和水平面的速度分布情况.运用PIV技术对搅拌槽内的真实流动情况进行了研究和探讨.通过比较搅拌槽液面、叶轮排放区、叶轮流入区以及槽底的速度分布与数值模拟速度分布之间的差异,发现数值模拟和试验所反映的轴向速度增减趋势相同,但最大速度点的差别有所不同:模拟值和试验值在池底基本吻合,在叶轮排放区和流入区分别相差12.8％和14.2％,在池面相差较大.这肯定了数值模拟对试验研究的预测作用,可为搅拌器的选型和设计提供参考.
2010 Vol. 28 (4): 335-339 [摘要] ( 2318 ) [HTML 1KB] [PDF 454KB] ( 1553 )
泵站工程与给排水
340 陆永泉, 朱庆元, 仇宝云, 杨兴丽, 冯晓莉, 董 波
大套第三抽水站辅助设备能耗计算分析
 为了解大型泵站辅助设备的能耗情况,以江苏省通榆河北延送水工程大套第三抽水站为例,介绍了大套第三抽水站辅助设备设置情况;通过分析各类辅助设备的运行情况,系统计算了辅助设备运行能耗,分析了各类辅助设备能耗的特点.结果表明,大套第三抽水站辅助设备耗能约占泵站总能耗的3.13％,其中,照明、清污和电机通风等能耗所占比例较大,各占辅助设备总能耗的1／3左右.成果可为大型泵站辅助设备的设计与节能提供参考.
2010 Vol. 28 (4): 340-343 [摘要] ( 2014 ) [HTML 1KB] [PDF 288KB] ( 1407 )
344 冯旭松, 金 燕, 刘 超
扩散导叶对贯流泵装置性能影响
贯流泵装置中扩散导叶的叶片数是影响其装置水力性能的一个因素,故有必要对其进行计算和分析．通过CFD方法对配有不同导叶体的灯泡贯流泵装置内部三维流动进行了全流道数值模拟计算,获得了5种不同方案(4片、5片、7片、8片导叶和改进后的5片导叶)下贯流泵装置水力性能以及导叶段的水力损失,分析了不同导叶叶片数和叶片形状对贯流泵装置外特性的影响．结果表明,导叶体内的水力损失基本上随着导叶叶片数的增加而增大,而泵装置的效率不完全符合这一规律;采用5叶片导叶方案的泵装置效率较高,且内流场的压力和流速分布较为均匀;改进后的5叶片导叶体内的水力损失最小,泵装置效率最高，提出了对确定叶轮的最佳导叶叶片数的匹配．
2010 Vol. 28 (4): 344-348 [摘要] ( 1771 ) [HTML 1KB] [PDF 431KB] ( 1431 )
349 包家汉， 潘紫微， 徐培民， 戚晓利
基于流固耦合的泵组管系振动分析
为了找出管系的振源以及产生的原因，采用有限元法计算管系的模态和谐响应.管壁选用壳单元划分，管壁内流体则采用流体单元，建立了包括泵组的三维空间管系的流固耦合模型，考虑管系的柔性支撑边界条件，进行迭代求解.计算表明，在水泵电机二倍转频48.3 Hz附近，管系频率较集中，各测点频率响应数值均较大，50 Hz时3号泵出水管垂直方向最大位移响应达13.96 mm，计算结果与LMS动态测试系统的测试结果一致.泵组管系的振动原因是由于泵的周期性运动，造成管道内压力和流量的脉动，其变化频率和管系固有频率接近从而引起了共振.
2010 Vol. 28 (4): 349-353 [摘要] ( 2231 ) [HTML 1KB] [PDF 365KB] ( 1537 )
节水灌溉工程
354 吴普特， 朱德兰， 汪有科
涌泉根灌技术研究与应用
提出了一种新型涌泉根灌灌水方法，研究设计了一种灌水器，实现了直接将灌溉水输送到植物根系部位的研究目标，研制的涌泉根灌灌水器流态指数小于0.5，属紊流范畴.为了测得不同节水灌溉方式的应用效果，在陕北山地5年生枣树实施了管灌、滴灌和涌泉根灌等工程38.67 hm2,对3种不同灌水方法的经济效益作了分析.结果表明，与不灌溉相比，管灌、滴灌和涌泉根灌的净增收入分别为4 707.70，8 446.00和10 926.00 元/hm2；管灌、滴灌和涌泉根灌每方灌溉水产值分别为1.90，11.30和14.60 元/m3.涌泉根灌与滴灌相比，年成本降低2 030 元/hm2，净收入增加2 480元/hm2，每方灌溉水产值提高3.30 元/m3；涌泉根灌与管灌相比，年成本降低743.30 元/hm2，净收入增加6 218.30 元/hm2，每方灌溉水产值提高12.70 元/m3.不同节水灌溉方式均使得枣园净收入大幅度提高，尤其是涌泉根灌方式，净增值率高达235.0%.建议在山地经济林果中大面积推广应用涌泉根灌技术.
2010 Vol. 28 (4): 354-357 [摘要] ( 2903 ) [HTML 1KB] [PDF 366KB] ( 1443 )
358 赵 华, 许 迪
喷微灌产品计量与计数抽样方案比较分析
在相同的厂方风险和使用方风险下,以旋转式喷头流量一致性指标的抽样检验为例,开展了喷微灌产品计量与计数抽样检验方案的可比较分析.结果表明,在一般检验水平Ⅱ下,与利用计数抽样标准获得的样本数量相比,当样本批量大于等于91时,基于计量抽样方案得到的样本数量降低率E在s和σ方法下分别为25.0％～43.4％和56.0％67.6％,较大样本批量下采用计量抽样检验获得的样本数量减少效果更趋明显.对同时满足计数和计量抽样检验条件的喷微灌产品指标而言,应尽量采用计量抽样检验方案,达到减少样本抽样数量、降低检验成本的目的.
2010 Vol. 28 (4): 358-363 [摘要] ( 1781 ) [HTML 1KB] [PDF 491KB] ( 1281 )
364 陈志刚, 王玉光, 杜彦生, 李 强
精确对靶喷雾施药的靶标微波探测试验
为了探索微波探测技术在精确对靶喷雾施药领域中的应用，对微波探测器在对靶探测中的性能、探测效果及影响因素进行了研究分析.采用调频连续波微波传感器，分别对模拟靶标和不同的实体植株靶标，在不同环境条件下进行了对靶探测试验.结果表明，光照强度、温度和湿度对探测效果的影响不大，而靶标尺寸对其影响较为明显.以植株作为探测靶标时，植株的种类对探测效果的影响不大，而植株的外形（疏密程度、大小）和植株间距的影响较为明显.微波探测技术更适用于枝叶茂密的大目标物.目标物有效反射截面积越大，探测效果越好，可实现的探测距离越远.探测分辨率与植株间距单调相关.
2010 Vol. 28 (4): 364-368 [摘要] ( 1881 ) [HTML 1KB] [PDF 420KB] ( 1191 )
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主办单位
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协办单位
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 国家水泵及系统工程技术研究中心
 中国农业工程学会农业水土工程专业委员会
主　　编
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编辑出版
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