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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 11期
刊出日期：2014-11-25
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
921 唐学林, 王秀叶, 贾玉霞
基于流固耦合的灯泡贯流泵叶轮强度分析
采用RNG k-ε湍流模型及SIMPLEC算法,对灯泡贯流泵装置内部三维流场进行全流道湍流数值模拟．采用顺序耦合方法,应用ANSYS Workbench软件,对叶轮进行结构静应力数值分析,并通过试验进行对比验证．结果表明:通过数值模拟与原型泵试验得到两者外特性曲线的变化趋势大致相同;工作面静压整体上较背面高,叶片背面进水边靠近轮缘位置出现局部低压,易发生空化;叶轮强度主要受离心力和流体压力的影响,且两者共同作用下的最大等效应力和最大总位移远小于两者单独作用的值;叶轮最大等效应力随流量的增大而增大,最大总位移随流量增大呈先减小后增大的趋势,最大等效应力出现在叶片出水边与轮毂交接处,叶轮变形的总位移随叶轮半径的增大而增大,最大变形量出现在叶片出水边靠近轮缘位置;强度校核结果表明,叶轮强度符合要求．计算结果可为灯泡贯流泵的应力特性分析提供参考．
2014 Vol. 32 (11): 921-926 [摘要] ( 980 ) [HTML 1KB] [PDF 1702KB] ( 1431 )
927 陶然, 肖若富, 杨魏, 刘伟超
可逆式水泵水轮机泵工况的驼峰特性
 为了研究可逆式水泵水轮机泵工况的驼峰特性,通过非定常分离涡模拟(DES)的方法,计算不同流量工况下机组的内部流场特征．根据机组对应工况下的模型试验,对机组流道中的流态特征进行对比分析,特别对扩散流道损失以及转轮与导叶之间的动/静干涉现象进行研究,探讨驼峰特性产生的具体原因．结果表明：机组在小流量工况下运行时,转轮出口流动呈现明显非对称性；紊乱的流动特征引发转轮内部与扩散段中产生涡结构与二次流结构；由于不良流态的出现,过流部件水力损失显著上升,并引发扬程的下降,导致机组形成扬程-流量曲线的驼峰区域．因此,改善小流量工况下转轮内部流态对于改善水泵水轮机驼峰特性具有重要的作用．该研究内容阐明了驼峰特性对水泵水轮机造成不良影响的机理,对改进机组水泵工况的水力性能提供了参考与帮助,对于水泵水轮机的稳定运行具有重要意义．
2014 Vol. 32 (11): 927-930 [摘要] ( 1385 ) [HTML 1KB] [PDF 2539KB] ( 1690 )
931 申占浩, 潘中永, 李红， 潘希伟, 黄振杰
基于CFD的对旋轴流式喷水推进泵转速控制方法

摘要: 为了研究不同转速比下对旋轴流式喷水推进泵的外特性,应用计算流体动力学的方法对不同工况下的喷水推进泵进行数值模拟,分析了推进泵外特性与转速比的关系以及不同转速比下对旋泵的内部流动结构与能量耗散的特征．计算结果表明:不同转速比下喷水推进泵的外特性变化较大;通过比较,得到了不同流量下效率最高点的最优转速比;当流量小于10Qd时,控制首级叶轮的转速可以获得最优转速比;流量大于10Qd时,控制次级叶轮的转速获得最优转速比;通过对09Qd时速度三角形和内部流场的分析,发现降低转速可以减小首级叶轮进口冲角,改善内部流场,减小水力损失．通过以上分析验证了转速控制方法的有效性．
2014 Vol. 32 (11): 931-936 [摘要] ( 1017 ) [HTML 1KB] [PDF 2141KB] ( 1421 )
937 刘祥松, 卜延鹏, 邱国帆, 冯晓东
1 000 MW核主泵导叶体型线检测新方法
为了检测核主泵水力部件数控加工完成后叶片型线的偏离程度,提出了一套水力部件的检测和评定方法．采用逆向工程点云分析软件(PolyWorks)与三维扫描设备相结合,测量导叶体模型叶片与产品叶片进出口压力、吸力面三坐标,同时计算叶片型线偏离的均方根偏差．通过对叶片进出口型线测量数据的统计处理和理论分析,提出叶片进出口型线偏离角度Δβ的计算公式、叶片间叶距角Δφ的偏离公式以及部分叶片型线偏离的修正公式K．结果表明:该方法能够准确有效地检测水力机械叶片型线的分布,保证了各型线有相同的包角．以国内福建福清核电站12号机组以及秦山一期扩建工程方家山核电站主泵导叶体翼型的检测与评定分析为例,经主泵全流量试验验证表明,与数值分析结果相比,主泵流量满足规范偏离设计流量的±25％,扬程偏离±15％的要求．
2014 Vol. 32 (11): 937-942 [摘要] ( 1104 ) [HTML 1KB] [PDF 1948KB] ( 1695 )
943 张人会，郭苗, 杨军虎， 刘宜
基于伴随方法的离心泵叶轮优化设计
针对水力机械优化设计过程中存在计算量巨大、叶型的控制及修改不便等问题,提出了基于伴随方法的离心泵叶轮优化设计方法．以某低比转数离心泵叶轮为研究对象,采用泰勒展开法进行离心泵叶片形状的参数化控制．将泵内流动控制方程作为优化问题的约束条件,通过引入伴随变量将约束优化问题变为无约束优化问题,推导了目标函数的变分形式、伴随方程及伴随变量在计算域各边界上的边界条件．根据伴随方法计算目标函数对设计变量的梯度矢量,在任意给定的初始直叶片的基础上沿梯度矢量反方向不断更新叶片形状,直至目标函数达到最小值时即为最优设计．由于在目标函数的变分中不包含流场参数的变分,在一次优化迭代中只需要计算流场及伴随变量场各一次,大大减少了叶轮优化过程的计算量．算例计算结果表明所提出的离心泵叶轮伴随优化方法是可行的．
2014 Vol. 32 (11): 943-947 [摘要] ( 1115 ) [HTML 1KB] [PDF 1397KB] ( 2046 )
948 李永鹏, 陈晖, 王文廷, 杜玉洁
多工况高抗汽蚀性能的诱导轮设计
针对某流量调节范围(最大流量／最小流量)为30的低比转数高速离心泵,基于能量匹配法,设计了等螺距和变螺距2种结构形式的诱导轮．采用SST湍流模型和Rayleigh-Plesset空泡动力学模型,对离心泵多工况下的全流场进行汽蚀数值模拟,分析了离心泵多工况下的汽蚀断裂特性和气泡分布等流场特征,揭示了不同工况下带诱导轮离心泵的汽蚀断裂机理．在高速试验台上进行了离心泵外特性水力试验,试验结果与计算结果吻合较好．研究结果表明:能量匹配法是指导高抗汽蚀诱导轮设计的基本方法;随着进口压力的降低,带诱导轮离心泵在各工况下的汽蚀断裂特性不尽相同,大流量工况下的扬程断裂曲线呈大斜率形状快速下降,中流量工况下扬程断裂曲线呈直角形,小流量下扬程断裂曲线呈小斜率形状缓慢下降;相对于等螺距诱导轮,变螺距诱导轮具有更小的冲角和更高的扬程,使高速离心泵具有更宽的稳定工作区间．
2014 Vol. 32 (11): 948-954 [摘要] ( 1062 ) [HTML 1KB] [PDF 2972KB] ( 1726 )
984 张洪生, 史有程, 徐波
隔膜泵液力特性的数值模拟
为丰富往复式隔膜泵隔膜设计理论进而解决隔膜寿命不足的问题,对隔膜泵液力端动态特性进行流固耦合数值模拟计算.结果表明:一个运动周期内隔膜应力脉动幅度很大,最大应力值约为最小应力值5倍;隔膜上边缘为应力集中区域,该结论也符合工程中上边缘为疲劳破坏高发区的事实;活塞冲次不高于50 min-1时对隔膜应力的影响较小,但当活塞冲次较高时隔膜应力增大非常明显;泵排量占隔膜吞吐能力体积分数应低于85％,该比例超过85％时隔膜应力值急剧增大．采用的计算方法较好地解决了由于活塞、隔膜运动所引起的计算区域变化问题,实现了隔膜泵吸、排液过程的流固耦合分析．
2014 Vol. 32 (11): 984-989 [摘要] ( 1001 ) [HTML 1KB] [PDF 1516KB] ( 1550 )
水利水电工程
955 丁淮波, 潘卫锋
南水北调东线工程泗阳站流道型式的比选
南水北调东线工程泗阳泵站采用立式轴流泵装置,在初步设计阶段提出了流道方案1(肘形进水流道、虹吸式出水流道)和流道方案2(钟形进水流道、蜗壳出水流道)2种流道型式．从水力性能、水泵结构、安装检修、断流方式及工程投资等方面对这2种方案进行了比选．经技术经济综合比较,得到主要结果:方案1的进、出水流态和流道水力性能优于方案2;方案1的断流方式更为简单可靠,且日常维护工作量少,具有明显优势;方案2的水泵结构较复杂、安装检修不便;方案1的泵房土建尺寸较大、土建投资较多;方案1的工程总投资比方案2要节省约1465万元．比选结论:泗阳站流道型式的2种方案各有特点、均可应用,但方案1总体上具有更明显的优势,宜优先采用．泗阳站根据比选结果最终采用了方案1．
2014 Vol. 32 (11): 955-962 [摘要] ( 815 ) [HTML 1KB] [PDF 2216KB] ( 1440 )
963 陆银军, 周伟, 明月敏, 丁国莹
基于数值模拟的闸站结合布置优化设计
平原闸站枢纽工程采用水闸泵站结合布置方式,具有布置紧凑、占地少等优点,但同时亦存在局部回流和强横流等不利流态．选取新沟河延伸拓浚工程遥观北枢纽闸站结合布置方案为例,采用二维水流数模计算方法,对闸站结合布置进行优化设计,论证闸站工程总体布置的合理性以及船舶通航的安全性,并提出优化方案．研究结果表明:为了减轻偏流等不利流态及满足通航要求,闸、站上下游以导流墙(导航墙)相隔是合适的,导流墙的设置可使回流区上移,且导流墙长度的增加可降低横流区横向流速;闸站结合布置形式中,泵站进水侧布置清污机桥,一方面可清除污物,提高泵站效率和机组运行的稳定性,另一方面,清污机墩可改善站前水流流态．研究成果可为类似工程设计提供参考依据．
2014 Vol. 32 (11): 963-967 [摘要] ( 921 ) [HTML 1KB] [PDF 1449KB] ( 1628 )
流体工程
968 何秀华, 韦丹丹, 邓志丹, 杨嵩, 蔡盛川
基于对数螺旋线的新型被动式微混合器的性能
为了提高微混合器的混合效果,减少能量损失,提出一种由对数螺旋线流道组成的被动式微混合器,该微混合器的流道由2条对数螺旋线构成,对数螺旋线极角的取值范围为0°～180°．采用CFD软件分析了该微混合器在不同雷诺数下的混合性能,雷诺数取值范围为02～100.0,选择层流模型进行数值模拟．结果显示,当雷诺数小于5.0时,微混合器的出口混合指标随雷诺数的增加逐渐减小;当雷诺数大于5.0时,出口混合指标随雷诺数的增加而增大．雷诺数为02时,微混合器的混合指标受对数螺旋线系数b2和宽度w的影响很小,此时混合指标在06～08;随着雷诺数的增加,对数螺旋线系数b2和宽度w对混合指标的影响逐渐变强．在雷诺数为50.0的情况下,当b2为035～050,w为005～013时,微混合器的混合指标较大,混合效果较好．
2014 Vol. 32 (11): 968-972 [摘要] ( 950 ) [HTML 1KB] [PDF 2214KB] ( 1527 )
973 宋鹏云, 产文, 焦凤
螺旋槽干气密封端面气膜的热力过程
针对螺旋槽干气密封,仅考虑气体沿密封面流动经历压缩与膨胀的热力过程．利用萨特兰黏-温方程和气体过程方程表征气体黏度与压力的关系,将该方程代入Muijderman建立的螺旋槽流体膜压力控制方程,得到考虑多变指数m影响的端面气膜压力控制方程,对该方程求解获得气膜温度沿密封端面的变化规律．结果表明,随着m的增大,相应位置的气膜压力降低,但降低幅度不大．随着气体从外径流到内径,气膜温度沿密封环半径方向的分布规律反应出气膜的压缩膨胀特征．气体受到压缩时,气膜温度高于边界温度To,且m越大,温度越高;气体得到膨胀时,温度逐渐降低,且m越大,温度下降越迅速．
2014 Vol. 32 (11): 973-977 [摘要] ( 948 ) [HTML 1KB] [PDF 1471KB] ( 1316 )
978 李冲, 郑源, 朱大胜, 刘友英, 李果
乌鲁木齐地区风能资源及风力发电机特性
为了评估乌鲁木齐地区不同高度的风能资源及当地风力发电机特性,分析了两参数威布尔风速分布模型、风速随高度变化的模型、风能功率密度和容量因子等模型．利用乌鲁木齐地区10，20，30，40，50，60，70 m高度的风速数据,分析了该地区典型气象年不同高度的月平均风速、年平均风速、年平均风能功率密度、风速概率分布、基于极大似然法的威布尔形状参数与尺度参数、累计概率分布,同时选取了该地区使用的8种中小型风力发电机,分析了这些风力发电机的容量因子及能量输出．结果表明:乌鲁木齐地区10～70 m范围内的风能资源介于可利用区和较丰富区之间,该地区风力发电机的容量因子偏小,其变化范围为44％～198％,这主要是由于该地区平均风速不大所致,说明了乌鲁木齐地区不适合建大型的风力发电厂,但是适合建小型的风力发电厂，或以风力发电为辅助的混合发电系统，或者以风力驱动的机械系统．
2014 Vol. 32 (11): 978-983 [摘要] ( 913 ) [HTML 1KB] [PDF 1679KB] ( 1579 )
农业水土工程
990 漆栋良, 胡阳光, 胡田田， 马孝义
不同灌水方式下春玉米的根系生长分布
为了研究不同灌水方式对春玉米根系分布的影响,在大田条件下对玉米进行垄植沟灌,设计常规沟灌(CI)、交替隔沟灌溉(AI)和固定隔沟灌溉(FI)3种灌水方式．结果表明,(0,40］ cm土层中,根长密度以AI较大,FI较小;(60,100］ cm土层中,CI下根长密度较小;FI下的植株两侧根长密度差异明显,CI和AI与之相反．(0,100］ cm土层中,监测时期内,AI下的玉米总根长和总根干质量都较大．相较FI,AI下的籽粒产量、生物产量和灌溉水利用率分别提高1737％,1842％和1745％．CI表现介于AI与FI之间．抽雄期、植株两侧和(0,40］ cm土层根系生长分布受土壤含水率影响较大．可见,局部灌溉对深层根系生长有利,抽雄期植株两侧(0,40］ cm土层根系生长分布受灌水方式影响最大;CI与AI下的根系分布相对均匀;与FI和CI相比,AI方式既能促进根系生长,也有利于产量和灌溉水利用率的提高．
2014 Vol. 32 (11): 990-997 [摘要] ( 1055 ) [HTML 1KB] [PDF 2747KB] ( 1618 )
998 尹世洋, 吴文勇, 刘洪禄, 孙振华, 祁兴会, 原桂霞
北京市平原区农用机井水电折算系数试验研究
沿潮白河冲积扇、永定河冲积扇上中下游,针对不同包气带结构、不同地下水埋深条件,布置62个数据监测点,系统开展了水电折算系数率定测试试验．通过布置远程水量监测系统、远程电量监测系统、动态水位监测系统、数据实时传输系统,实时获得农用机井的出水量、耗电量以及动态水位,分析得出不同区域、不同动态水位下农用井出水量与耗电量之间的折算关系,发现含水层的富水性以及区域地下水埋深是影响水电折算系数的主要参数．对比分析研究区域内的含水层富水性以及地下水水位埋深,得知北京市各区县水电折算系数为253～488 m3／(kW·h)的结论．该成果为支撑水电折算计量系统在北京以及全国的推广,并为提高较高水电折算计量系统的精度,提供了技术支撑．
2014 Vol. 32 (11): 998-1004 [摘要] ( 861 ) [HTML 1KB] [PDF 2277KB] ( 1615 )
1005 荣烨, 杨启良, 江玉波, 刘小刚, 刘艳伟, 王卫华
水肥与保水剂处理对小桐子生长与水分利用的影响
为了探明保水剂与水肥处理对小桐子幼树生长与水分利用的影响,通过盆栽试验,研究了2种供水模式(重度水分亏缺W1,40％ET;轻度水分亏缺W2,80％ET)、2种施氮水平(N1:025 g／kg风干土;N2:05 g／kg风干土)和2种保水剂水平(S1:0;S2:2 g／kg风干土)对小桐子幼树生长和水分利用率的影响．结果表明:① 在N2S2条件下,与W2相比,模式W1的小桐子总干物质质量减少72％,而总水分利用率显著增高432％;W2S2条件下,与N1相比,水平N2的小桐子总干物质质量和总水分利用率分别显著增加144％和105％．有利于小桐子幼树生长的保水剂与水肥的最优组合为S2W2N2．② 采用施加保水剂处理的小桐子具有显著提高根系、冠层和整株的干物质质量的作用．在水平N2下,与处理S1W2相比,处理S2W1在节水达351％情况下,株高增长290％、蒸散量减少了453％,而根系、冠层和总干物质的质量分别显著增多145％,218％和203％,因此水分利用率显著提高986％．
2014 Vol. 32 (11): 1005-1012 [摘要] ( 1438 ) [HTML 1KB] [PDF 1491KB] ( 1703 )
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协办单位
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编辑出版
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