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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2015年 33卷 4期
刊出日期:2015-04-25

泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
排灌装备制造技术
   
泵理论与技术
277 施卫东, 邵佩佩, 张德胜, 张华
轴流泵内部流动数值模拟及PIV试验
为了研究轴流泵内部流动数值模拟中不同湍流模型的适用性,分别采用standard k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型以及大涡模拟(LES)方法,基于结构化网格与网格滑移技术,对叶轮直径为200 mm、名义比转数ns为700的模型轴流泵进行了性能预测和全流场数值模拟;计算了水泵的扬程和效率,并与在水泵试验台上测试得到的外特性结果进行了对比和分析.结果表明,在最优工况附近,standard k-ε模型、RNG k-ε模型和SST k-ε模型都能较精确地预测轴流泵的外特性,基于RNG k-ε湍流模型的扬程和效率误差相对较小;在非设计工况下,不同湍流模型具有不同的特性.在0.8Qopt,1.0Qopt和1.2Qopt工况下,针对叶轮与导叶间的轴向间隙处进行了PIV内部流场测试;将各个湍流模型下的数值模拟结果与PIV的测量结果进行比较,发现基于雷诺时均方程的3种湍流模型的内流场流线与PIV的测量结果进行比较,发现基于雷诺时均方程的3种湍流模型的内流场流线与PIV的试验结果具有基本相同的趋势性,从而证明了数值模拟计算的可靠性和有效性;而采用LES计算得到的流场与PIV测量结果产生一定的偏差.同时,对轴流泵在不同流量工况下内流场的流动结构进行了分析.
2015 Vol. 33 (4): 277-282 [摘要] ( 1338 ) [HTML 1KB] [PDF 2638KB] ( 956 )
283 冒杰云, 袁寿其, 张金凤, 李亚林, 王业芳
低比转数离心泵驼峰工况附近内部流动特性分析
为了揭示驼峰的产生机理,采用CFD数值预报对低比转数离心泵驼峰工况附近内部流动特性进行了深入分析,建立了扬程与内部流动特性之间的关系.在0.1~1.6倍设计流量下扬程的模拟值与试验值的相对误差在3.62%以内,且预报驼峰所在工况与实测结果基本一致.对驼峰附近工况0.2,0.3,0.4倍设计流量下的内部流动进行了分析,预报结果表明:泵进口管道存在大量回流,造成叶轮进口预旋,诱发驼峰;各叶轮流道内均存在不同程度大小的旋涡,在0.2和0.3倍工况甚至堵塞了整个流道;存在旋涡的叶轮流道出口相对速度值较大,而绝对速度值较小.结合泵基本方程进一步分析,发现出口相对流速的增大使得扬程降低,引发驼峰.对比叶轮出口R/R2=0.9处绝对速度,小流量下波动更加严重,且其圆周分量下降非常明显,直接降低了这些工况下的扬程值;叶轮进口的预旋及出口回流是诱发驼峰的原因,消除或者减小这些非稳态现象可作为抑制驼峰的出发点.
2015 Vol. 33 (4): 283-289 [摘要] ( 1630 ) [HTML 1KB] [PDF 3587KB] ( 1132 )
290 刘建瑞, 陈斌, 张金凤, 骆寅, 汤富俊
余热排出泵水中模态分析
为了真实反映转子在水中振动情况,基于流固耦合动力学方程,采用ANSYS WORKBENCH有限元软件,对余热排出泵转子进行水中模态分析.分别计算了转子在空气中,预应力下及水中模态分布,得到相应固有频率及振型,并对比分析预应力和水附加质量对转子振动性能的影响.分析结果表明,预应力提高转子固有频率,变化率为4.42%~22.41%,并且主要提高扭转方向固有频率;水附加质量降低转子固有频率,变化率为4.69%~11.5%,阶数越高,变化率越大,与振动方向无关.在此基础上,根据核电要求对余热排出泵转子临界转速进行计算校核.计算得:第一临界转速5 475.6 r/min和第一扭转临界转速6 694.2 r/min远远超过运行转速1 490 r/min,水力激振频率173.8 Hz也处在安全范围内,符合核电要求.
2015 Vol. 33 (4): 290-295 [摘要] ( 1222 ) [HTML 1KB] [PDF 1969KB] ( 1010 )
296 张钊, 苏敏, 韩伟, 李仁年, 权辉, 黎义斌
螺旋离心泵固液两相非定常流动诱导力特性
采用雷诺平均N-S方程,结合滑移网格技术对150×100LN-32型螺旋离心泵进行了固液两相非定常流动的数值计算,给出了在不同固相体积分数下蜗壳出口面的压力脉动、叶轮径向力、叶轮轴向力以及作用在叶轮上扭矩的分布规律,并分析了固相体积分数的变化对其大小和方向的影响.结果表明,不同固相体积分数对蜗壳出口面压力、作用在叶轮上的扭矩、轴向力和径向力在1个周期内的变化趋势和力的方向没有影响,但各个力的大小随着固相体积分数的增加而增大;蜗壳内壁各监测点的压力在1个旋转周期内呈波动状态,并且波动趋势明显不同,这与各监测点的位置和叶轮与蜗壳之间的干涉作用有关,随着叶轮的旋转,在螺旋叶片的作用下,全流道内的压力顺着蜗壳内壁沿叶轮旋转的方向逐渐增大;固相体积分数的改变对蜗壳内各监测点的压力脉动趋势影响较小,固相体积分数的增加使得各监测点的压力值随着固相体积分数的增加而增加,但是固相体积分数变化对蜗壳表面压力波动的幅值影响较小.
2015 Vol. 33 (4): 296-300 [摘要] ( 1212 ) [HTML 1KB] [PDF 2048KB] ( 843 )
301 王文廷, 陈晖, 李永鹏, 杜玉洁
高速离心泵诱导轮与离心轮的匹配
某型号液体火箭发动机推进剂泵压力脉动量级较大,诱导轮与离心轮匹配性不好,是导致泵内压力脉动较大,泵性能降低的重要原因.为了研究诱导轮与离心轮的匹配关系对泵性能及泵内压力脉动特性的影响,通过数值仿真计算方法,从诱导轮与离心轮的匹配性出发,分析了不同诱导轮方案,以及诱导轮与离心轮相对位置变化对泵内流场特性及性能的影响.结果表明:对于大流量高速离心泵,诱导轮出口保持一定长度的等螺距段,有利于改善离心轮入口流动情况,提高泵的性能;诱导轮叶片转折角过大,会导致离心轮进口回流,降低泵的性能;与诱导轮结构方案相比,诱导轮与离心轮的相对位置对泵性能的影响较小;诱导轮与离心轮轴向距离过小会造成离心轮内流动不均匀,泵性能下降;综合考虑汽蚀性能、压力脉动水平和效率,泵方案设计选用进口变螺距、出口等螺距的诱导轮方案.
2015 Vol. 33 (4): 301-305 [摘要] ( 1559 ) [HTML 1KB] [PDF 2145KB] ( 1050 )
306 杨敏官, 邵腾, 高波, 李忠, 王达
熔盐泵分流式空间导叶内部流动及其非定常特性
为了抑制熔盐泵空间导叶内存在的二次流以及轴向旋涡,提高熔盐泵的效率和稳定性,提出一种分流式空间导叶体.采用k-ε模型、SIMPLE对2种不同形式空间导叶的熔盐泵模型进行了数值模拟,以获得2种不同形式熔盐泵的外特性参数及其内部的速度、压力分布等特性.结果显示:在0.8Q和1.0Q,分流式空间导叶内部速度分布更为均匀,导叶吸力面二次流旋涡明显减少,提高了模型泵的效率.在1.2Q下,分流式导叶导致模型泵效率降低.但在空间导叶出口速度分布均匀,低速区域明显减少.分流式空间导叶内部压力脉动幅值叶频占主导地位,其出口压力脉动得到明显改善,在设计工况下,压力脉动幅值比常规空间导叶低近40%,空间导叶轮缘面压力脉动普遍高于轮毂面,在导叶轮缘面上,其压力面的压力脉动幅值低于吸力面;在导叶轮毂面上压力脉动幅值则基本相同.
2015 Vol. 33 (4): 306-310 [摘要] ( 1413 ) [HTML 1KB] [PDF 7804KB] ( 554 )
311 黄丹, 潘中永, 潘希伟, 冯子政, 张肖
对旋轴流式喷水推进泵空化流动数值模拟
基于ANSYS CFX软件,利用Rayleigh-Plesset空化模型和SST湍流模型,在设计工况下,分别对首、次级叶轮单独以及对旋轴流式喷水推进泵整体进行了空化定常模拟,得到了各自的空化特性曲线.选择空化开始发生、临界空化点以及空化严重时3个工况比较分析首、次级叶轮内空化流动的发展情况.计算获得了不同净正吸头下叶片工作面、背面静压、背面空泡体积组分分布.计算结果表明,空化最初发生在首级叶轮叶片背面进口靠近轮缘的局部低压区,随着NPSH的减小,该空泡区域从轮缘向轮毂方向延伸.首、次级叶轮空化发展不同步,由于次级叶轮处于首级叶轮的预压下,首级叶轮发生空化时,次级叶轮并没有发生空化.计算结果从理论上较好地揭示了对旋轴流式推进泵空化性能的特点及其内部空化流动的特征.
2015 Vol. 33 (4): 311-315 [摘要] ( 2030 ) [HTML 1KB] [PDF 1804KB] ( 880 )
水利水电工程
316 周潇, 申林方, 阮永芬, 王志良
基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟
基于四参数随机生长法(QSGS),根据土体孔隙率,重构土体微观结构.通过格子Boltzmann方法,左右采用不透水边界,上下边界采用非平衡外推格式,颗粒之间的碰撞采用标准反弹格式,建立饱和土体渗流模型,并让恒定流速的水渗入模型.结合算例,推导了宏观物理单位与格子单位之间的转换关系,编制相关Matlab程序,并且进行运算分析,探讨在计算机模拟情况下的微观土体结构中水的渗流变化规律.结果表明:根据QSGS方法所重构的土体生成过程与自然环境下多孔介质的生成过程类似,重构土体性状各异,连通性和结构与实际土体类似;在连通性良好的前提下,土体中水的渗流速度与孔隙率大小有关;同一土体中渗流通道越小的位置水的渗流速度越小,渗流通道越大的位置渗流速度越大;在相同孔隙率条件下,大颗粒土的平均渗流速度比小颗粒土的平均渗流速度大,而小颗粒土的渗流更为稳定.
2015 Vol. 33 (4): 316-321 [摘要] ( 1394 ) [HTML 1KB] [PDF 1802KB] ( 1425 )
322 陈云良, 徐永, 杜敏, 杨华
基于正交设计的灯泡贯流式机组关闭规律优化
建立以转速升高、导叶前水压力以及轴向水推力组成的过渡过程目标函数,选取了相应的权重系数.采用适于多因素、多水平的正交设计计算法进行机组关闭规律寻优.给定导叶第一段关闭时间,以第二段关闭时间、分段点开度和桨叶关闭时间为因子,每个因子取4水平进行正交设计计算.研究表明:最佳导叶、桨叶关闭规律下,转速升高、导叶前水压力、轴向水推力以及尾水管进口压力等过渡过程品质较优化前有明显的改善.桨叶缓慢关闭能减小引水管中水击压力以及尾水管进口的真空度,可显著降低机组转速升高及轴向反推力.通过正交设计计算法可以寻求较佳的关闭规律,使灯泡贯流式机组在甩负荷时获得较好的过渡过程,对保障电站安全稳定运行具有指导意义.
2015 Vol. 33 (4): 322-326 [摘要] ( 1406 ) [HTML 1KB] [PDF 1314KB] ( 1113 )
流体工程
327 宋鹏云, 贺鹏程
锥形叶片式泵效环内部流场特性及泵送性能
锥形双向旋转泵效环由于泵送能力强,许用间隙大,近年在机械密封循环冷却系统中获得了广泛应用.为了充分了解该类锥形泵效环引起的流体流动规律,基于CFD软件,对锥形双向旋转泵效环和密封腔之间的三维不可压缩流场进行了数值模拟,得到了泵效环内部流场的压力分布、速度分布和空化现象,揭示了泵效环工作过程流体运动的规律,对泵效环的泵送能力进行预测,获得了其扬程-流量曲线,在流量为2~3 L/min时,扬程为4.0~2.5 m,并将其与文献的试验结果进行了对比.分析了不同结构参数对泵效环扬程-流量关系的影响.结果表明:叶片厚度、叶片数、密封腔间隙距离及叶片出口角度对泵效环的性能均有一定的影响.增加叶片厚度,扬程略有增加;增加叶片数,扬程增加明显;增加密封腔间隙,则扬程减少;增加叶片出口角,扬程有所增加.出口角从55°增加到80°,扬程增加约10%.
2015 Vol. 33 (4): 327-332 [摘要] ( 1605 ) [HTML 1KB] [PDF 3957KB] ( 802 )
333 曾盛渠,, 陈孚江, 周华民
基于摩擦温升校验的往复泵密封件设计
为了避免中高压往复泵的密封件因摩擦温升而快速磨损或破坏,在选择和设计往复泵密封件时要对其摩擦温升进行分析计算,保证摩擦面最高温度不超过密封材料的许用温度.摩擦面最高温度主要由环境温度、摩擦接触体温升、摩擦面温升3个因素决定.考虑以上因素,推导了往复泵接触体温升计算公式,并在经典摩擦面温升解析计算公式的基础上,提出了1种基于摩擦面温升的往复泵密封件设计校验简洁公式.通过与试验结果对比,验证了校验式的适用性.研究结果从摩擦温升角度为往复运动密封件的选择与设计提供了参考.
2015 Vol. 33 (4): 333-337 [摘要] ( 1043 ) [HTML 1KB] [PDF 1360KB] ( 833 )
农业水土工程
338 刘仲秋, 卞城月, 刘馨惠, 刘泉汝, 马长健, 李全起
种植模式及灌水频次对冬小麦抗倒性的影响
为了研究高效节水灌溉模式对冬小麦抗倒伏能力和产量的影响,采用2种种植模式(宽幅精播种植和常规种植),每种种植模式设3种灌溉处理(拔节期、抽穗期和灌浆期各灌溉40 mm,拔节期和抽穗期各灌溉60 mm和拔节期一次灌溉120 mm),进行了灌溉频次和宽幅精播对冬小麦生育后期茎秆主要物理性状参数、机械强度、抗倒伏指数、产量及产量构成因素等的影响研究.结果表明,灌溉总量一定情况下,抽穗期、灌浆期和蜡熟期的冬小麦重心高度随着灌溉频次的增加而降低,3次灌溉对冬小麦茎秆倒数第二节间外径影响最大;1次和2次灌溉下常规种植倒数第二节间机械强度均显著大于宽幅精播,而3次灌溉下的抗倒伏指数均大于1次和2次灌溉;冬小麦茎秆机械强度和鲜质量呈显著相关,抗倒伏指数和重心高度呈显著负相关;无论何种种植模式均为2次灌溉下的产量最高,相对于常规种植模式,在减少灌溉频次的情况下,宽幅精播种植模式可以通过提高穗数发挥增产潜力.研究表明,统筹考虑冬小麦茎秆抗倒伏能力和籽粒产量,拔节期和抽穗期各灌溉60 mm和宽幅精播相结合是一种有效的节水种植模式.
2015 Vol. 33 (4): 338-345 [摘要] ( 1489 ) [HTML 1KB] [PDF 1380KB] ( 722 )
346 刘小刚, 荣烨, 杨启良, 李姝, 刘艳伟, 王卫华
灌水周期和保水剂用法对小桐子水分利用的影响
为探明小桐子幼树水分高效利用管理模式,通过盆栽试验,研究了3种灌水周期(5,10,15 d)和3种保水剂用法(环施、半环施、穴施)对小桐子幼树生长和水分利用效率的影响.结果表明:灌水周期相同时,保水剂环施的水分利用效率最大,半环施的次之,穴施的最小;保水剂用法相同时,灌水周期为10 d的水分利用效率最大,5 d的次之,15 d的最小.保水剂环施时,与灌溉周期为5 d和15 d相比,灌溉周期为10 d能明显降低蒸散量,增加根区土壤含水量,同时显著促进植株生长,增加总干物质累积量分别为12.89%和51.83%,同时提高总水分利用效率分别为51.81%和58.28%.因此,在本试验条件下保水剂环施和灌水周期为10 d组合具有促进小桐子幼树生长和提高水分利用的作用.
2015 Vol. 33 (4): 346-351 [摘要] ( 1659 ) [HTML 1KB] [PDF 1501KB] ( 834 )
352 严爱兰, 郑知金, 戚毅婷
农村生活污水一级处理水灌溉对青菜生长品质影响
通过3种水质对生长中的青菜进行灌溉,探讨利用农村生活污水一级处理水对青菜植株生长发育的品质影响.研究表明,相比较自来水和50%的农村生活污水,经过一级处理的农村生活污水对生长期的青菜灌溉,对青菜植株维生素C和硝酸盐质量比有一定的影响,维生素C质量比下降10%左右,硝酸盐质量比增长6%左右,对青菜株高、叶面积、地上部分鲜质量均没有明显差异.通过与国标蔬菜中硝酸盐质量比的限值比较,经过污水灌溉的青菜在安全食用范围内,不会影响到人类身体健康.因此,农村污水作为农作物灌溉的另一个重要水源,具有一定技术可行性和经济合理性.
2015 Vol. 33 (4): 352-355 [摘要] ( 1314 ) [HTML 1KB] [PDF 1443KB] ( 830 )
排灌装备制造技术
356 李红, 陈超, 袁寿其, 高志俊
中国轻小型喷灌机组现状及发展建议
为了提高中国轻小型喷灌机组的技术水平,全面分析中国轻小型喷灌机组的研究现状和未来的发展趋势.轻小型喷灌机组是中国应用比较广泛的一种喷灌机具,在农田灌溉、排涝抗旱及生态环境建设等方面发挥着较为重要的作用.经过40多年的发展,中国的轻小型喷灌机组已经具有多种机组型式,可满足各种地形条件、投资水平及劳动力状况等不同场合应用.目前国产机组的水力性能较好,部分配套件质量达到或超过国外同类产品水平,但产品的可靠性、使用寿命和外观等与国外产品仍存在较大差距.中国农业生产力水平和经济发展状况决定了在未来较长时间内,轻小型喷灌机组在节水灌溉设备行业仍有较高的市场份额.因此,国家应加大扶持力度,支持开展轻小型喷灌机组配套模式、机械化技术、低能耗技术和使用可靠性的开发研究,进一步提高轻小型喷灌机组的技术水平.
2015 Vol. 33 (4): 356-361 [摘要] ( 1757 ) [HTML 1KB] [PDF 1690KB] ( 903 )
362 周建忠, 吴天成, 陈寒松, 徐苏强
基于模糊PID控制的激光投线仪光线调节系统
激光投线仪能提供水平线和铅垂线基准,适用于泵站建设中建筑物与机电设备安装的基准标定.为解决传统激光投线仪光线校准精度较低、调节速度慢、人为因素影响较大等问题,在对现有激光投线仪光线调校原理深入研究的基础上,提出了一种新型激光投线仪光线调节系统.首先,设计了一套光线调节平台,该平台采用伺服电动机驱动光线调节螺栓,调节光线的水平度和垂直度,并通过线阵电荷耦合元件(charge-coupled device, CCD)检测激光线的水平度与垂直度来实现设备的校准;其次,基于模糊“比例-积分-微分”(proportion integration differentiation, PID)控制方法设计了用于实现光线自动调节的闭环控制系统.试验测试结果表明,所设计的光线调节平台调节过程平缓,速度快,水平度与垂直度都能控制在±1 mm/5 m范围内,满足出厂要求.
2015 Vol. 33 (4): 362-368 [摘要] ( 1214 ) [HTML 1KB] [PDF 1720KB] ( 727 )
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主管单位
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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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