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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2013年 31卷 12期
刊出日期：2013-12-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
编读园地
   
泵理论与技术
1013 AnnieClaude BayeulLainé, Patrick Dupont, Giovanna Cavazzini, Patrick Cherdieu, Antoine Dazin, Gérard Bois, Olivier Roussette
Comparisons between numerical calculations and measurements in vaned diffuser of SHF impeller
The paper presents analysis of the performance and the internal flow behaviour in the vaned diffuser of a radial flow pump using PIV (particle image velocimetry) and pressure probe traverses. PIV measurements have already been performed at middle height inside one diffuser channel passage for a given speed of rotation and various mass flow rates. These results have been already presented in several previous communications. New experiments have been performed using a threehole pressure probe traverses from hub to shroud diffuser width at different radial locations between the two diffuser geometrical throats. Numerical simulations are also realized with the commercial codes Star CCM+702011 and CFX. Frozen rotor and fully unsteady calculations of the whole pump have been performed. Comparisons between numerical results, previous experimental PIV results and new probe traverses one′s are presented and discussed for one mass flow rate. In this respect, a first attempt to take into account fluid leakages between the rotating and fixed part of the pump has been checked since it may affects the real flow structure inside the diffuser.
2013 Vol. 31 (12): 1013-1020 [摘要] ( 1274 ) [HTML 1KB] [PDF 2054KB] ( 1521 )
1021 胡芳芳, 陈涛, 吴大转, 王乐勤
导叶式混流泵汽蚀振动噪声试验研究
混流泵汽蚀的产生将导致性能的下降,同时伴随着较大的振动和噪声.为分析导叶式混流泵的振动噪声特性并对汽蚀进行诊断预测,通过安装在导叶式混流泵机体不同监测点的加速度传感器以及泵入口段的水听器测试了混流泵的振动和噪声信号,利用1/3倍频谱信号分析手段对试验结果进行了进一步的分析,研究了混流泵内汽蚀时的振动噪声的特征和规律.试验结果表明,导叶式混流泵入口法兰位置及靠近入口的泵体位置处的振动信号对混流泵汽蚀较为敏感,可以用于监测混流泵汽蚀的发生;随着流量的增大,混流泵机体的振动信号可以用于监测其汽蚀特性的频段越来越宽;混流泵发生汽蚀时入口辐射噪声呈现出先增大,达到极值后又逐渐减小的趋势;泵入口处的低频段辐射噪声可以用于监测混流泵汽蚀的发生.
2013 Vol. 31 (12): 1021-1024 [摘要] ( 1617 ) [HTML 1KB] [PDF 1194KB] ( 1444 )
1025 唐学林, 陈雄盛, 王福军, 杨魏, 吴玉林
灯泡式贯流泵内湍流流动数值模拟和性能预测
为深入了解贯流泵的内部流动及其水力性能,基于标准k-ε湍流模型,利用Fluent软件对贯流泵内流场进行了数值模拟,并计算了贯流泵外特性曲线.结果表明:偏离最优工况时,导叶体和出水流道内出现二次流,造成较大的水力损失,装置效率降低;大流量工况时,水流在叶片进口边产生负冲角,叶片工作面进口附近出现最小压力值;小流量工况时,水流在叶片进口边产生正冲角,背面进口边附近存在最小压力值;最优工况时,整个泵的内部流动平顺均匀,叶片工作面和背面进口边的压力值均较大,而在背面进口偏后区域出现低压区.通过进一步计算得到了新设计贯流泵的扬程、功率和效率的性能曲线,将该模型计算结果与原有JGM-3模型试验数据对比可知,该模型的设计较为合理,其数值结果可为优化低扬程灯泡式贯流泵的设计提供重要的参考.
2013 Vol. 31 (12): 1025-1029 [摘要] ( 1295 ) [HTML 1KB] [PDF 1899KB] ( 1463 )
1030 席三忠,, 张桐林,, 萧崇仁, 侯永胜, 高江永
基于损耗分析法的水泵轴功率近似计算与试验
为简化泵轴功率测量方法中损耗分析法的测量过程与数据处理,在对损耗分析法进行理论推导的基础上,结合多年从事水泵测试技术的经验,对损耗分析法的部分处理过程进行近似计算,得到较为简单的近似计算轴功率公式.随机选用3台不同功率等级的潜水电泵进行试验,将近似计算方法的计算结果与理论计算结果进行对比.结果表明,用近似公式计算的水泵轴功率与损耗分析法得到的结果非常接近,3台泵在2种不同方法下泵轴功率(电动机实际输出功率)的偏差均不超过0.15%,简化后的计算公式完全可以用于潜水电泵在出厂试验时计算电动机实际输出功率和泵效率.
2013 Vol. 31 (12): 1030-1033 [摘要] ( 1170 ) [HTML 1KB] [PDF 1095KB] ( 1744 )
1034 陈红勋, 张维勇, 潘志军, 陆伟刚, 李彬
轴流泵液压式叶片调节机构调节过程受力分析
采用试验测量和数值计算2种方法,研究分析轴流泵液压式叶片调节机构在调节过程中的受力情况.一方面对江都抽水站某轴流泵进行试验测量,获得叶片角度从-6°增加到+2°过程中接力器活塞上下油缸的压力,然后通过换算得到作用在拉杆上的调节力.结果表明,调节力随着叶片角度的增加而逐渐减小;另一方面,对轴流泵原型进行全流道的三维湍流数值模拟,以0.2°为1个增长单位,计算了叶片从-6°增加到+2°过程中所受到的水力矩、离心力矩和摩擦力矩,同时发现水力矩和离心力矩的共同作用会使叶片有向关闭方向旋转的趋势.综合各力矩作用计算得到拉杆调节力,并与试验结果比较,发现两者的趋势一致,调节力均随着叶片角度的增加而逐渐减小,且曲线的变化规律均近似于线性.研究结果可为轴流泵液压式叶片调节机构的设计提供参考依据.
2013 Vol. 31 (12): 1034-1038 [摘要] ( 1525 ) [HTML 1KB] [PDF 1412KB] ( 1727 )
1039 袁建平, 洪锋, 衡亚光, 周帮伦, 毛水平
多面体网格在离心泵内部流动数值模拟中的应用
针对非结构四面体网格在离心泵内部流动数值模拟中计算效率和离散精度方面的技术缺陷,采用聚合式多重网格方法生成的多面体网格及非结构四面体网格建立XA65/20型单级单吸离心泵内部流场的数值模型,利用Ansys Fluent 13.0对设计工况及多个非设计工况下离心泵内部流场进行了数值计算,得到其内部流场的静压、速度以及湍动能分布情况,并对其内部流动状态进行分析.在数值计算的基础之上,对样机进行了性能试验,预估泵的扬程及效率并与试验值进行对比分析.数值模拟结果表明:多面体网格收敛速度较快、残差曲线更为光顺、占用计算机内存较少,得到静压、湍动能分布更为均匀.模拟计算结果与试验数值的对比验证了多面体网格模拟计算值的可行性与准确性.从网格设置时间、计算成本、数值耗散3个角度分析,多面体网格能较好地应用在离心泵内部流动数值模拟中.
2013 Vol. 31 (12): 1039-1044 [摘要] ( 1522 ) [HTML 1KB] [PDF 4876KB] ( 2079 )
1045 周正富, 陈松山, 何钟宁
离心泵叶轮内部流动的PIV正交测量
按正交试验要求,设计制作了9副长短叶片复合式离心泵叶轮.正交因素为短叶片进口直径D′、短叶片进口偏置角θ1和短叶片出口偏置角θ2,每个因素取3个水平.在设计转速下(1 250 r/min),应用粒子图像速度仪测试了每个叶轮在4种不同工况下的叶轮内瞬时流场.揭示了叶轮内相对速度矢量场的特征及其分布规律,发现叶轮叶槽内部的流动具有非对称、非均匀的特点,即吸力面附近的相对流速高于压力面附近的相对流速,吸力面附近的相对流速沿前进方向递增,压力面附近的相对流速沿前进方向递减.吸力面的前端(进口处)存在高速区,压力面前端(进口处)存在低速区.短叶片的形状、位置对叶轮内流场有显著影响,不同方案的差异较大.当短叶片进口直径适中,进口偏置角较大,出口偏置角适当时,叶轮内流场流态较好.外特性测试与粒子图像速度仪测试所揭示的规律一致.
2013 Vol. 31 (12): 1045-1048 [摘要] ( 1654 ) [HTML 1KB] [PDF 14577KB] ( 1145 )
1049 李玉龙
外啮合齿轮泵困油膨胀区的最小压力
为探求建立齿轮泵最小困油压力解析式以克服试验和仿真上的局限性,分大、小侧隙2种情况,针对困油的膨胀阶段,采用细长孔的流量公式计算侧隙内的压差流量,在对困油的轴向泄漏路径做适当简化后,由困油区内的“困油容积的膨胀率=泄漏量”,即困油压力变化率为零的瞬态位置,计算出最小的困油压力,并与现有文献的试验结果做比对分析.结果表明,最小困油压力发生在卸荷槽开口附近,处于内侧时一般会出现负值的最小困油压力,处于外侧时可近似为进口压力;最小困油压力由出口压力和转速2部分的线性贡献所得,出口压力的影响为正,转速的影响为负;泵卸荷槽整体向进油侧偏置比较合理.所建解析式可快速求出最小困油压力及其发生位置,从而节省大量的过程计算,减少过程仿真的累积误差,结果更精确.
2013 Vol. 31 (12): 1049-1055 [摘要] ( 1628 ) [HTML 1KB] [PDF 2079KB] ( 1600 )
1056 马皓晨, 丁荣, 杨东升
低比转数离心泵驼峰现象的PIV测试
低比转数离心泵性能曲线驼峰问题严重影响泵的运行稳定性,但至今尚未得到很好的解决.为了揭示低比转数离心泵驼峰现象的内流机理,首先根据一比转数为73的离心泵水力设计要求设计了2种水力模型,其中方案1有驼峰,方案2无驼峰,并对2种方案进行了能量性能试验从而验证水力设计的正确性;接着采用粒子图像测量技术对2个方案的内部流动进行了多工况测试与分析.结果表明:当性能曲线出现驼峰时,叶片压力面处的低速区迅速增大,且在多个流道的叶片压力面出现了较大的旋涡,引起叶轮内流态恶化;叶轮出口与蜗壳基圆间隙之间的回流进一步增大;叶轮出口绝对速度与蜗壳基圆处流速差值也明显增加,导致了泵内冲击损失增大从而引起性能曲线的驼峰现象.研究成果能够为控制低比转数离心泵驼峰现象提供理论参考.
2013 Vol. 31 (12): 1056-1060 [摘要] ( 2099 ) [HTML 1KB] [PDF 2475KB] ( 1782 )
水利水电工程
1061 郑小波, 同焕珍
水泵水轮机全特性曲线的改进Suter变换
水泵水轮机的全特性曲线在水泵工况和反水泵区表现出“S”型特征,曲线存在交叉和重叠现象,这种流量和转矩的多值性会给过渡过程分析带来不便.采用改进的Suter曲线变换方法,将水泵水轮机在四象限内的全特性曲线转换为2组周期性变化的曲线,即WH(x,y)线和WM(x,y)线;在保持原有数据曲线特性不变的基础上,对水泵水轮机的全特性曲线进行了变换处理,然后采用最小二乘曲面拟合数学模型对变换后得到的WH曲线和WM曲线进行曲面拟合,得到了2组曲线的三维曲面拟合图.变换后的WH曲线和WM曲线平滑光顺,成为2组近似平行的曲线,消除了Suter转换曲线的分布不均匀和插值多值性等缺陷,从而消除了水泵水轮机全特性曲线在水泵和反水泵区的交叉和重叠现象以及曲线两端的分布不均匀现象,为水泵水轮机的过渡过程分析提供了方便.
2013 Vol. 31 (12): 1061-1064 [摘要] ( 3223 ) [HTML 1KB] [PDF 1508KB] ( 2494 )
1065 刘明华,, 南海鹏, 余向阳
基于PCA-SDG的水轮机调节系统故障诊断
讨论了基于符号有向图SDG的故障诊断方法,建立了闭环控制系统的SDG模型及故障诊断推理规则.利用经验方法建立了典型的水轮机调节系统的SDG模型及故障诊断推理规则.针对SDG模型节点符号确定的主观性问题及节点阈值的组合爆炸问题,将主元分析PCA方法与SDG模型结合用于故障诊断.利用系统运行数据建立主元分析PCA模型,根据PCA模型构造残差统计量进行故障检测,当有故障发生时,将每一检测分量对残差统计量的贡献率与设定的贡献率阈值比较,得到各检测分量的定性符号值,该符号值作为SDG模型中相应节点的符号,根据SDG推理规则进行故障推理,找出故障源.根据现场运行数据建立水轮机调节系统的PCA模型,应用PCA-SDG故障诊断方法对其进行故障诊断,模拟系统传感器恒偏差故障,对故障诊断过程进行仿真,结果证明该PCA-SDG故障诊断方法对水轮机调节系统是有效的.
2013 Vol. 31 (12): 1065-1071 [摘要] ( 1571 ) [HTML 1KB] [PDF 1210KB] ( 1682 )
流体工程
1072 李树勋,, 侯英哲,, 徐晓刚,, 胡建, 郝娇山
高压差迷宫式调节阀盘片降压级数
针对高压差迷宫式多级降压调节阀内部迷宫盘片设计中如何确定盘片降压级数的核心技术问题,根据可压缩流体力学理论,对迷宫式调节阀内部盘片降压级数计算公式进行了推导和分析.并借助计算流体力学商业软件CFX,对3种不同降压级数盘片流道模型的内部流动进行了数值模拟计算,获得了不同级数流道内部的压力、速度分布等流场信息,同时绘制了不同级数模型内部的压力及速度变化曲线.分析结果表明:在相同工况下,增加盘片降压级数有利于合理逐级平稳降压,合理分配压降负担,使盘片中的流速平缓上升并降低流体出口能量.另外,当降压级数已能满足出口能量标准时,继续增加级数的作用相对较弱.研究结果可以为迷宫式调节阀及相关产品的研发提供一定的参考.
2013 Vol. 31 (12): 1072-1076 [摘要] ( 2751 ) [HTML 1KB] [PDF 1372KB] ( 2422 )
1077 宋鹏云, 许恒杰
静压气体润滑机械密封刚度特性的解析法分析
为深入了解静压气体润滑机械密封的刚度特性,采用解析法,针对外加压静压气体润滑机械密封推导了一个刚度解析计算表达式.该解析式计算结果与拟合开启力曲线求导获得的刚度曲线吻合.利用该解析表达式,分析了节流孔直径、气源压力、介质压力等参数对气膜刚度的影响,获得了气源压力或介质压力、气膜厚度影响气膜刚度的三维图形.结果表明,节流孔直径对气膜刚度影响明显,针对所研究的机械密封,节流孔直径约为0.2 mm能获得较大气膜刚度.气膜刚度随气源压力或边界压比(气源压力与介质压力之比)的增加而增加,提高气源压力或边界压比能明显提高气膜刚度;同一压力下,随着气膜厚度增大,气膜刚度先增大后减小,在某一膜厚下气膜刚度最大.针对所研究的机械密封,3~6 μm的气膜厚度能获得较大的气膜刚度.
2013 Vol. 31 (12): 1077-1082 [摘要] ( 1964 ) [HTML 1KB] [PDF 2229KB] ( 1849 )
农业水土工程
1083 李令媛, 朱德兰,, 张林
大流量压力补偿式灌水器水力性能
为了研发一种适用于经济林灌溉的大流量压力补偿式灌水器,利用Pro/E软件完成了灌水器的三维造型,并利用激光快速成型制作出了灌水器样件,通过正交试验研究了灌水器垫片厚度、垫片硬度和基座下腔高度等补偿区结构参数对灌水器补偿区内的流态指数和额定流量(压力补偿区内的平均流量)的影响顺序及影响显著性.结果表明,下腔高度对起调压力及额定流量影响显著、垫片硬度和厚度对起调压力及额定流量影响不显著;垫片厚度对灌水器流态指数影响显著,下腔高度和垫片硬度对流态指数影响不显著;结构参数最优组合为:垫片厚度为1.3 mm,垫片硬度为50°,下腔高度为4 mm;补偿区结构参数为此组合时,灌水器补偿区间为50~400 kPa,流态指数为0.055 1,额定流量为13.10 L/h.该研究结果可为大流量压力补偿式灌水器的开发提供一定的科学依据.
2013 Vol. 31 (12): 1083-1088 [摘要] ( 1793 ) [HTML 1KB] [PDF 1313KB] ( 1608 )
1089 刘泉汝, 郎坤, 赵丹丹, 沈加印, 李全起, 韩惠芳
秸秆覆盖和种植密度对夏玉米水分利用的影响
设0(N),0.6(M)kg/m2这2种覆盖处理和10.0(1),7.5(2),5.5(3)株/m2 3种密度处理,研究秸秆覆盖和种植密度对不同层次土壤水分体积分数、产量和产量构成因素影响,探讨通过覆盖和密度优化组合进一步提高作物产量和水分利用效率的潜力.结果表明:各处理中,M2处理的产量和水分利用效率均最大,分别为 1 255.44 g/m2和3.93 kg/m3,该处理真正实现了产量与水分利用效率最佳化.秸秆覆盖对同密度处理下农田蒸散量的影响不具有统计学意义.秸秆覆盖使 7.5 株/m2处理生育中期的 0~30 cm 土壤水分体积分数、穗数、千粒重、产量和水分利用效率分别提高了8.67%,3.73%,8.04%,16.88%和21.94%.不同秸秆覆盖处理之间的产量差异是影响水分利用效率的主导因素.试验表明,通过秸秆覆盖和适宜种植密度相结合的方法可以实现夏玉米节水高产.
2013 Vol. 31 (12): 1089-1094 [摘要] ( 1798 ) [HTML 1KB] [PDF 1165KB] ( 1443 )
1095 李彩霞, 周新国, 孙景生, 邱新强, 李新强
不同沟灌方式及沟向条件下地面光温分布规律
探讨不同沟灌方式及沟向下地面光温分布规律,通过地面不同点位处的太阳辐射和温度测定,研究南北沟向和东西沟向垄作玉米田在交替隔沟灌溉(AFI)和常规沟灌(CFI)方式下的光温变化.结果表明,东西沟向时地面太阳辐射量高于南北沟向23.05~122.48 W/m2;同一沟向条件下,AFI的地面平均太阳辐射量高于CFI约80.23 W/m2.地表温度的变化规律与地面太阳辐射一致,东西沟向时日平均地表温度比南北沟向提高了0.60~3.46 ℃;同一沟向条件下,交替隔沟灌溉的地表温度比常规沟灌提高了2.23 ℃左右.东西沟向和交替隔沟灌溉增加了地面光热资源,因此,可以通过栽培方式或灌溉方式的改变调节田间光热环境以适应不同作物的生长需求.
2013 Vol. 31 (12): 1095-1099 [摘要] ( 1478 ) [HTML 1KB] [PDF 1378KB] ( 1601 )
编读园地
1100 徐云峰, 张文涛, 陈建华, 谈国鹏, 朱漪云, 盛杰
《排灌机械工程学报》近8年核心作者分析
对中国知网2006年—2013年6月《排灌机械工程学报》所有作者的发文量、被引量和下载量进行统计,根据普赖斯定理确定了118位核心作者候选人,基于综合指数法确定36位核心作者和18位扩展核心作者,并对核心作者队伍的机构及地区分布,核心作者职称、年龄及性别进行统计分析.结果表明:统计期间,共发表论文828篇,共有署名作者1 686位,篇均作者3.88人,其中572位作者曾发表论文2篇以上,占32.38%.118位核心作者候选人占总作者的7.00%,发文量占总发文量的61.71%.核心作者及扩展核心作者发文量最多为42篇,最少为5篇.核心作者来源比较集中,有31位来自江苏大学,占核心作者队伍的57.41%;39位来自江苏省,占72.22%.有66.67%的核心作者和扩展核心作者具有正高职称,64.81%为28—50岁的中青年专家,男女比例为5.75∶1.
2013 Vol. 31 (12): 1100-1104 [摘要] ( 1479 ) [HTML 1KB] [PDF 1008KB] ( 1816 )
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主办单位
 江苏大学
协办单位
 中国农业机械学会排灌机械分会
 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
 袁寿其
编辑出版
 《排灌机械工程学报》编辑部
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