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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2014年 32卷 9期
刊出日期：2014-09-25
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
737 卢加兴, 袁寿其, 袁建平, 司乔瑞, 骆寅
射流水冷结构对离心泵性能影响的试验研究
与风冷系统对离心泵电动机进行散热相比,采用水冷系统能降低离心泵机组运行过程中电动机的噪声.为模拟水冷电动机冷却水的循环过程,设计了一种引射流装置,测试了去除电动机风扇前后离心泵机组在不同流量下噪声变化情况,研究了引射管径分别为6 mm和10 mm情况下离心泵的能量性能及空化特性.结果表明:相比较于风冷电动机,去除电动机风扇后泵机组随流量变化的系统噪声至少降低8.70 dB;引射管径为6 mm时能满足电动机的散热需要,对泵的性能和空化特性影响不大,并且在小流量工况下有改善泵驼峰的趋势;引射管径为10 mm时,泵的能量性能和空化特性变化较大,且在大流量工况下下降明显,这主要是由于引射管径太大,加大了泵的泄漏量,增加了其容积损失;引射管径为10 mm时,流量在0~15 m3/h范围内,泵扬程略有上升,关死点扬程提高了0.30 m.
2014 Vol. 32 (9): 737-741 [摘要] ( 1900 ) [HTML 1KB] [PDF 3644KB] ( 1184 )
742 王晓晖, 杨军虎, 史凤霞
能量回收液力透平的研究现状及展望
能量回收液力透平技术的发展与应用对节能减排有重要意义.液力透平在石油、化肥等行业应用广泛,但存在设计理论与方法不完善、运行不稳定等问题,因此亟须开展相关研究.介绍了能量回收液力透平的工程应用、透平结构形式、能量回收装置形式,提出液力透平主要有反转泵式、冲击式、导叶式和专用液力透平,能量回收装置形式分为直驱式和辅助式.综述了近年来国内外取得的相关研究成果,探讨了能量回收液力透平的选型计算、优化设计、转速稳定性控制、力特性及结构强度、透平速度滑移现象.对能量回收液力透平技术研究的未来发展进行了展望,明确提出未来的重点方向是:采用新的理论与方法研制适用于各种特殊工况的液力透平,提高透平的效率;正确配置能量回收设备及系统参数,保证液力透平转速稳定性;在运行工况偏离设计点时,选择合理的调节方式充分回收余压能.
2014 Vol. 32 (9): 742-747 [摘要] ( 2032 ) [HTML 1KB] [PDF 1658KB] ( 2066 )
748 蒋跃, 李红, 刘宜
单、双出口双蜗壳泵的压力脉动及径向力特性
为研究两种不同双蜗壳型式离心泵的水力特性,采用RNG k-ε湍流模型和滑移网格技术,对单出口双蜗壳及双出口双蜗壳离心泵进行了不同工况下三维非定常湍流数值模拟,得到不同型式双蜗壳泵内压力脉动情况,同时对两种型式泵的径向力进行定常计算对比分析.结果表明:单出口双蜗壳泵内压力脉动高于双出口双蜗壳泵内的压力脉动;在设计工况和非设计工况下,两种型式泵的隔舌及出口处压力脉动的频率均以叶片通过频率为主;在小流量工况下,单出口双蜗壳泵的出口及隔板起始端位置处频率以叶轮转频为主;两种型式双蜗壳离心泵在不同工况下都能有效地平衡径向力,由于单出口双蜗壳泵内存在较为明显的压力脉动,导致其叶轮受到的径向力较大.
2014 Vol. 32 (9): 748-753 [摘要] ( 1432 ) [HTML 1KB] [PDF 1948KB] ( 1414 )
754 许万国
焦油渣切割泵内部流场分析
随着槽中槽氨水焦油分离工艺在现代焦化工业中的广泛应用,对该工艺的核心设备——焦油渣切割泵进行研究.介绍了该切割泵的工作原理和物理模型,采用三维造型软件Pro/E建立计算模型并进行网格划分,通过网格无关性检验确定最优网格数.应用计算流体动力学CFD技术对焦油渣切割泵进行内部流场模拟及性能预测,通过试验对预测结果进行验证.结果表明:修正切割泵的设计方法及边界条件,使其更具有实际的可操作性及准确性.根据对网格内部流场、旋涡进行分析,得出较准确的预测切割泵性能.因此,通过对网格无关性处理,得出切割泵的吸入口和泵腔体内产生大量旋流,有利于泵的切割,同时也将加剧切割泵过流部分的磨损,必须采用耐磨材料来提高泵的可靠性.该研究对焦油渣切割泵的设计及制造具有一定的参考价值.
2014 Vol. 32 (9): 754-758 [摘要] ( 1447 ) [HTML 1KB] [PDF 1768KB] ( 1447 )
759 王文杰, 袁寿其, 裴吉
导叶安装位置对余热排出泵内流特性的影响
为研究导叶与蜗壳的最优相对安装位置,采用ANSYS CFX14.0对百万千瓦级核电用余热排出泵不同流量工况下定常流动进行全流道三维数值模拟,分析导叶与蜗壳5种不同相对位置对余热排出泵内部流动特性的影响规律,对比分析了泵内部压力、速度及湍动能分布特性.结果表明:在设计流量和大流量工况下,导叶与蜗壳不同相对位置对扬程的影响较小;在小流量工况下,导叶与蜗壳的相对位置对叶轮内部压力分布影响较小,对导叶和蜗壳内流特性影响较大;当导叶与蜗壳相对位置θ=79.56°时,余热排出泵高效区最宽,导叶流道内沿流线方向压力梯度变化比较均匀,蜗壳流道内压力、速度梯度变化最小,蜗壳出口压力梯度变化均匀.该研究为导叶的最优相对安装位置提供了一定的参考.
2014 Vol. 32 (9): 759-764 [摘要] ( 1147 ) [HTML 1KB] [PDF 4302KB] ( 1133 )
水利水电工程
765 陈世凡, 周大庆, 陈洋
基于弱可压缩模型的抽蓄电站引水系统数值模拟
通过建立全三维的弱可压缩流体模型,利用求解非定常三维N-S方程的方法,在阀门出口边界加入流量随时间变化的程序,以模拟抽水蓄能电站的甩负荷工况,并对不同水体模型下的情况进行模拟,得到了引水管道内各测量断面压力与流量、调压井内水位随时间的变化规律,以及管道出口处压力、管道内部水流流态的变化规律,并参照试验数据与不可压缩流体模型及一维特征线方法进行对比.结果表明:在考虑流体可压缩性的情况下,弱可压缩模型结果较不可压缩模型更接近试验数据,提高约0.16%;而弱可压缩模型阀门出口处的压力头值,较不可压缩模型低10.87 m.而流态分析表明,数值模拟方法在管道内流态的表现以及在调压井的波动方面,相比一维特征线方法更有优势.结论可为研究抽水蓄能电站引水系统甩负荷工况提供新的参考,并为精确的数值模拟计算提供新的思路和方法.
2014 Vol. 32 (9): 765-770 [摘要] ( 1349 ) [HTML 1KB] [PDF 3106KB] ( 1429 )
771 王磊, 娄瑜, 王照福
混流式模型水轮机空化流动分析与试验研究
采用基于气泡动力学的两相流方法,对白鹤滩水电站百万千瓦级混流式模型水轮机进行定常、非定常空化流动分析,并与模型水轮机的空化试验结果进行比较.定常空化流动计算中采取降低尾水管出口绝对压力、减小装置空化系数的方式模拟模型水轮机空化试验过程,流道内压力、速度矢量、气体体积分布分析能够较好地预测水轮机流道内空化的发展特性、叶片空穴区域和尾水涡带空腔的发展过程.非定常空化流动分析能够准确地预测叶片空化和涡带空腔随时间的变化规律以及尾水压力脉动频率,其计算出的振动频率和振幅与试验结果比较相一致,结果显示尾水管空腔涡带随空化发展对压力脉动和机组不稳定运行的影响显著增大,压力脉动也对空化较为敏感,空化越为严重,压力脉动越严重,空化的产生加剧了水轮机内部流场的水力不稳定性.
2014 Vol. 32 (9): 771-775 [摘要] ( 1627 ) [HTML 1KB] [PDF 6591KB] ( 1713 )
流体工程
776 周良富, 薛新宇, 贾卫东, 丁素明, 孙竹
CFD技术在果树风送喷雾中的应用与前景分析
为了分析计算流体动力学(CFD)模型在果园风送式喷雾技术中的应用现状,探究了CFD技术在风机结构优化(包括叶片数、倒流结构、叶片受力、叶片安装角和风筒结构等)与性能预测(效率、噪声)方面的广泛应用,验证了k-ε标准模型的应用成熟性;此外,CFD技术在喷雾微观特性研究的应用验证了拉格朗日法研究气相与离散相相互作用的有效性,但目前研究还不能提供一次雾化机理的相关信息;在果树冠层内流场及药液沉积方面,验证了k-ε标准模型的适应性,但果树冠层对气流的湍流动能耗散研究不细致,而且缺乏雾滴在冠层中的沉积模型研究.文中展望了今后在风机结构优化与性能预测、雾化机理及果树冠层对喷雾气流的影响等方面的发展前景,提出与果树冠层特征相匹配的喷雾量与风速是未来的研究热点.
2014 Vol. 32 (9): 776-782 [摘要] ( 1657 ) [HTML 1KB] [PDF 1402KB] ( 1645 )
783 王文全, 苏仕琪, 张立翔
基于反馈力浸入边界法的水轮机双列叶栅动态绕流特性
为了解决柔性结构体或刚性结构体与黏性流体相互作用产生的影响,采用网格生成简单,计算效率较高,适用于复杂结构外形浸入边界法进行处理,避免了贴体动网格生成的困难,相比传统的浸入边界法主要适用于柔性体,对于刚性边界问题Lai和Peskin使用反馈力近似处理.文中基于此方法对水轮机双列叶栅动态绕流特性进行数值模拟.在整个流场中使用笛卡儿自适应加密网格,利用有限差分法进行离散求解.通过数值计算,得到水轮机双列叶栅的流场分布特性以及导叶尾迹区内各流向断面压力、速度以及涡量分布的不均匀度指标.计算成果为进一步研究导叶动态绕流形成的不均匀流场对水轮机叶片流激振动的影响提供参考.
2014 Vol. 32 (9): 783-787 [摘要] ( 1520 ) [HTML 1KB] [PDF 1639KB] ( 1221 )
788 钟丽平,, 祁力钧,, 冀荣华, 袁雪, 梅银成, 高春花
基于RSM和GA的温室风送式弥雾机喷雾效果优化分析
为了研究不同喷雾参数优化方法对温室风送式弥雾机喷雾效果的影响,在试验的基础上,分别运用二次多项式回归和BP神经网络,建立了温室风送式弥雾机喷雾分布均匀性响应面模型.结果表明: BP神经网络响应面模型的相关系数、均方根误差分别为0.987 1,0.134 0,而二次多项式响应面模型的相关系数、均方根误差分别为0.928 2,0.215 9,BP神经网络模型较高的相关系数和较低的均方根误差说明其拟合精度较高;对二次多项式回归模型寻优,预测的雾滴分布变异系数最小值为1.47%,实际值为1.58%;采用BP神经网络协同遗传算法寻优,雾滴分布变异系数预测值和实际值分别为1.21%,1.28%;表明在喷雾参数优化中,基于BP神经网络的遗传算法比二次多项式响应面法具有更好的准确性. 
2014 Vol. 32 (9): 788-794 [摘要] ( 1542 ) [HTML 1KB] [PDF 1777KB] ( 1472 )
农业水土工程
795 冀荣华, 李想, 祁力钧,, 王剑秦
盆栽番茄根系三维生长模型构建与实现
为探明负压地下灌溉条件下的盆栽番茄根系分布规律,通过试验测定不同生长时期的盆栽番茄根系三维空间坐标和生长参数.统计分析所测试验数据,明确了番茄各级根长生长函数、分根点分布及其侧生概率和侧生方向.基于番茄根系拓扑结构和实际生长规律,提出利用微分L系统构建番茄根系三维生长模型以描述盆栽番茄根系生长规律及其边界条件.文中以所构建的盆栽番茄根系三维生长模型为算法基础,利用OpenGL技术实现盆栽番茄根系三维生长可视化模拟系统,直观地再现了负压地下灌溉条件下盆栽番茄根系在不同生长时期的空间分布和生长情况.通过与试验数据对比分析,对于幼苗期的盆栽番茄根系分布平均模拟拟合度约为83%,而对于结果期的根系分布平均模拟拟合度约为91%.因此所建模型能够有效模拟盆栽番茄的根系生长情况.基于微分L系统的盆栽番茄根系三维生长模型可以表达不同生长时期番茄根系的形态特征和生长规律,为进一步研究土壤水分与根系生长的互作用奠定基础.
2014 Vol. 32 (9): 795-801 [摘要] ( 2402 ) [HTML 1KB] [PDF 1594KB] ( 2265 )
802 季泉毅, 冯绍元,, 袁成福, 霍再林, 齐艳冰
石羊河流域咸水灌溉对土壤物理性质的影响
为揭示咸水灌溉对土壤水力特性的影响机制,探求西北内陆干旱地区的合理灌溉模式,对石羊河流域中游地区开展制种玉米咸水灌溉田间试验,通过设置4种灌溉水矿化度水平(0.71,3.00,6.00,9.00 g/L),研究土壤盐分对土壤容重、孔隙度、质地和饱和导水率的影响.研究结果表明:对土壤进行咸水灌溉会引起土壤容重、孔隙度的改变,从而改变土壤饱和导水率.随着灌水次数的增多,各个处理土壤容重都越来越大,孔隙度越来越小,从而使得饱和导水率越来越小.此外咸水灌溉还会引起土壤质地的改变,特别是黏粒含量的增大,会使土壤饱和导水率减小.研究成果对咸水资源的高效利用及农业的可持续发展,具有重要的理论意义和实用价值.
2014 Vol. 32 (9): 802-807 [摘要] ( 1274 ) [HTML 1KB] [PDF 1601KB] ( 1398 )
808 费良军, 王光社, 孙洁,, 冯缠利, 谢芳
基于博弈论法确定灌区运行状况综合评价指标的权重
为了确定综合评价过程中的指标权重系数是否合理,考虑评价结果的合理性和科学性.通过运用博弈论思想将主观的层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和客观的变异系数法(variation coefficient method, CVM)确定的权重系数集成得到最终的权重结果,并以“驱动力-状态-响应”(DSR)模型为基础,建立了一套大型灌区运行状况综合评价指标体系,将得到的主观权重、客观权重和综合权重分别运用到灌区运行状况的综合评价中进行实证分析,研究结果表明:基于博弈论确定的综合权重对灌区进行评价的结果既能体现决策者的主观要求,又能符合灌区实际运行状况.该方法过程简洁,结果科学、客观,具有较好的通用性.
2014 Vol. 32 (9): 808-813 [摘要] ( 1214 ) [HTML 1KB] [PDF 1508KB] ( 1549 )
814 李兵, 梁静, 张凤华, 刘广明
干旱区盐渍化弃耕地不同恢复模式植被多样性及土壤生物学特性
以玛纳斯河流域冲积扇缘定位试验区为研究对象,分析补水恢复处理、人工草地处理和补植处理对盐渍化弃耕地植被多样性与土壤生物学特性的影响.结果表明:不同恢复方式均明显增加了植被多样性、土壤微生物数量及土壤酶活性.人工草地恢复和补水恢复植被多样性分别比原始弃耕地增加25.13%和9.84%,电导率降低49.15%和33.55%,有机质增加99.10%和88.34%,碱解氮增加70.10%和36.57%;人工草地模式土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶活性分别比弃耕地增加65.18%,47.21%,93.23%和116.03%.土壤微生物数量变化表现由大到小依次为人工草地、补水恢复、补植恢复、弃耕地.相关分析表明,土壤微生物量碳与土壤微生物数量呈正相关,与植物群落的α-多样性呈显著性正相关.研究表明盐渍化弃耕地采用人工种草或灌溉补水措施能够提升地表植被多样性,提高土壤酶活性,显著降低土壤盐分含量并促进土壤养分积累.
2014 Vol. 32 (9): 814-821 [摘要] ( 1238 ) [HTML 1KB] [PDF 1688KB] ( 1524 )
822 董平国, 王增丽, 温广贵, 樊晓康
不同灌溉制度对制种玉米产量和阶段耗水量的影响
通过田间试验研究了相同灌水定额(900 m3/hm2)条件下,不同灌水次数(0,2,3,4次)对制种玉米生育期土壤水分分布特征、耗水规律以及产量影响.结果表明,不同灌溉制度主要影响作物拔节后0~100 cm土壤水分分布.相同灌溉定额条件下,灌水时间影响制种玉米的穗行数、行粒数产量特征值.各处理耗水强度均呈“低、高、低”的变化趋势,峰值主要出现在制种玉米抽雄期—灌浆期.制种玉米各生育阶段对缺水的敏感程度由大到小依次为灌浆期、拔节期、苗期、乳熟期、抽雄期.在西北干旱半干旱地区,制种玉米苗期—拔节期、拔节期—抽雄期、抽雄期—灌浆期进行3次灌水,灌水定额为900 m3/hm2,灌溉定额为2 700 m3/hm2的灌溉制度具有明显的经济产量效益和节水效益.
2014 Vol. 32 (9): 822-828 [摘要] ( 1483 ) [HTML 1KB] [PDF 1623KB] ( 1567 )
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