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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 8期
刊出日期:2015-08-25

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
645 马鹏飞, 王军, 刘卫伟, 蔡奎义
弯管对双向轴流泵导叶区流动的影响
轴流泵弯管会对其上游流体产生干扰,为研究弯管和导叶的最优相对位置,以1台高比转数双向轴流泵为研究对象,分析了导叶网格转动时数值模拟结果产生变化的原因,发现导叶和叶片、导叶和弯管相对位置的变化均会影响定常数值计算结果,进而基于LES方法模拟了去除导叶和叶片流道的流场,分析了导叶和弯管相对位置变化时泵性能变化的原因,通过比较不同位置导叶区的流场进一步验证了结果,分析表明:由于弯管的影响,导叶安放位置不同时泵的性能有一定变化,导叶叶片进口冲角可能偏离设计冲角,设计时可通过延长扩散管、减小弯管角度或调整导叶布置来减小弯管对泵性能的影响.
2015 Vol. 33 (8): 645-650 [摘要] ( 1134 ) [HTML 1KB] [PDF 2212KB] ( 811 )
651 杨军虎, 李泰龙
蜗壳结构对液力透平径向力的影响
为研究蜗壳结构对液力透平径向力的影响,以某化工厂XWT 500-18型液力透平为研究对象,采用SST k-ω湍流模型和边界层网格,对单蜗壳、双蜗壳匹配同一叶轮的液力透平进行内部流场数值模拟.根据数值计算结果对比分析2种不同蜗壳结构液力透平的外特性、压力分布、径向力特性.结果表明,在全工况内,单、双蜗壳透平的水头、轴功率接近,双蜗壳结构并无性能优势;双蜗壳结构由于隔板的存在使得叶轮进口附近的静压分布不如单蜗壳的均匀;在最优工况点下,单蜗壳透平的径向力最小,约为双蜗壳的一半,双蜗壳液力透平的径向力水平大于单蜗壳液力透平,双蜗壳液力透平径向力平衡较差;单、双蜗壳液力透平径向力方向与隔舌夹角在小流量下变化较大,在大流量下变化较小.分析结果可对液力透平径向力的认识和蜗壳设计提供参考.
2015 Vol. 33 (8): 651-655 [摘要] ( 1266 ) [HTML 1KB] [PDF 2004KB] ( 959 )
656 杨兴标, 李红, 陈超
湍流模型对离心泵扬程预测准确性的影响
为研究涡黏性类湍流模型和雷诺应力类湍流模型在离心泵扬程预测中的准确性,采用CFX 14.0软件分别对10台不同比转数ns的离心泵在3个不同流量(0.3Q,1.0Q,1.2Q)下的扬程进行预测,并将模拟值与试验值进行对比.研究结果表明:在0.3Q流量下,低比转数离心泵采用雷诺应力类中的BSL-EARSM模型可以获得更为准确的扬程值;在1.0Q,1.2Q流量下,采用雷诺应力类模型中的BSL-RS模型相对于常用的RNG k-ωk-ω模型具有更好的准确性.当采用涡黏性类模型对1.0Q流量下的扬程进行预测时,预测值均小于试验值.对于文中研究的比转数大于103的扬程预测,在3个流量下,模拟值均小于试验值.研究结果为离心泵扬程预测的数值模拟方案选择提高提供了参考.
2015 Vol. 33 (8): 656-660 [摘要] ( 1360 ) [HTML 1KB] [PDF 1340KB] ( 905 )
661 刘瑞华, 李贵东, 王洋
气液两相下离心泵内部流动数值模拟
为了研究在气液两相条件下,离心泵运行过程中内部流动及压力变化情况,选取比转数为129的离心泵作为研究对象,建立整泵的流场模型,基于仿真模拟软件CFX提供的Eulerian-Eulerian非均相流模型对模型泵进行了非定常数值模拟,得到在不同气相体积分数下,蜗壳流道内所选监测点和监测面的压力脉动及气相体积分布情况,并将数值模拟的性能曲线与试验进行了对比.结果表明:蜗壳流道内气相体积主要分布在与叶轮前盖板同侧方向.不同监测点在不同含气量下的压力脉动主频都等于叶片的通过频率.随着气相体积分数的增加,监测点压力幅值随时间呈周期性变化的规律开始受到破坏,压力脉动频域开始出现一定的紊乱,在低频处出现了一系列的波动.叶轮流道内气相分布不均匀致使叶轮周围液体压力分布不均匀,导致叶轮所受的径向力逐渐减小,周期性受到破坏.
2015 Vol. 33 (8): 661-666 [摘要] ( 1515 ) [HTML 1KB] [PDF 2263KB] ( 837 )
水利水电工程
667 李延频,, 袁寿其, 陈德新
工业循环冷却水余能利用及其关键技术
基于工业循环冷却水系统构成方式的研究,归纳出了3种典型的循环水系统:冷热水串联系统、冷热水独立系统和循环水回水开敞式系统.通过对循环冷却水系统中剩余能量的分析发现:无论构成方式如何,其系统余能一般在5~30 m左右,少数可达到50 m左右,都属中低水头余能系统.根据循环冷却水余能特点,提出了3种典型的余能利用方式:水轮-风机组余能利用方式、小型或微型水轮发电装置向外送电的余能利用方式和透平泵余能利用方式.针对3种余能利用方式,指出了各自的关键技术或存在的问题:水轮-风机组的关键是超低比转数水轮机的设计,但其成本较高、效率较低、机型单一,现缺乏对超低比转数水轮机内部流场的研究;余能发电的关键在于水轮机的选型及其循环水的保护和发电机逆功率保护;透平泵的关键是水轮机或者反转水泵的设计,并且水泵反转作水力透平在工作过程、设计理论与方法、流道型式等方面与水轮机存在很大差异.因此,透平泵中透平部分是选反转水泵、水轮机,还是水泵水轮机,应经过经济技术比较才能确定.
2015 Vol. 33 (8): 667-673 [摘要] ( 1223 ) [HTML 1KB] [PDF 1312KB] ( 952 )
674 张蓝国,, 周大庆, 陈会向
抽蓄电站全过流系统水泵工况停机过渡过程CFD模拟
通过建立某抽蓄电站全过流系统的几何模型,将VOF两相流与单相流流动模型相结合,采用三维非定常流动过渡过程研究方法对泵工况停机过渡过程进行数值计算,获得了机组转速、流量、转轮力矩,以及若干测点压力脉动等参数随时间的变化过程和不同时刻的流场演变规律,并将结果与电站原型试验资料进行了对比.结果表明:机组转速变化规律、蜗壳和尾水管进口压强极值与试验结果基本吻合;抽蓄电站泵工况停机过程中,蜗壳进口和尾水管进口压强变化明显受活动导叶关闭规律的影响,而转轮与活动导叶之间的压强主要受机组转速的影响;随着活动导叶的关闭,当流量小到一定值后,水流主要通过尾水管内侧流向上游,而外侧水流会与转轮同向旋转;导叶全关后,尾水管内的旋涡是导致其能量损耗的主要因素.
2015 Vol. 33 (8): 674-680 [摘要] ( 1827 ) [HTML 1KB] [PDF 7801KB] ( 409 )
流体工程
681 斯静, 于永海, 王金星
泵系统中柔性阀门漏水引起的自激振动分析
为了研究阀门的漏水过流特性及自激振动机理,应用特征线法对供水工程泵系统中柔性阀门漏水引起的自激振动进行分析,得到阀门上游测压管水位随时间的变化曲线.通过改变该泵系统的管长、管材与阀门漏水流量等,形成2个对比方案并进行数值模拟自激振动过程.结果表明:管道的长度及管材对自激振动的幅值、周期以及振幅增长速率影响极大;阀门的漏水流量对自激振动的幅值及周期影响较小,但对系统的振幅增长速率影响较大.任由自激振动发展,将会导致爆管事故的发生.
2015 Vol. 33 (8): 681-684 [摘要] ( 1086 ) [HTML 1KB] [PDF 1385KB] ( 935 )
685 陈汇龙, 左木子, 吴强波, 徐成, 王瑜, 李述林
上游泵送机械密封润滑膜固液两相流动特性
为了研究上游泵送机械密封润滑膜内部微小颗粒的分布规律及其对密封性能的影响,建立密封动、静环间液膜三维几何模型和数值模拟计算模型.基于两相流体的连续介质理论,利用Mixture模型对液膜内的两相流动进行数值模拟,分析了微尺度液膜内颗粒相的分布特点、进口颗粒体积分数对颗粒分布的影响以及由此引起的密封性能变化.研究表明:微小颗粒相主要存在于螺旋槽的槽根半径处及靠近螺旋槽的密封坝处,分布特征随着颗粒进口体积分数的增大而逐渐明显,这可能是上游泵送机械密封易出现螺旋槽堵塞的原因;在所研究的参数范围内,颗粒相的存在使液膜开启力增大且开启力和端面摩擦扭矩随着颗粒进口体积分数的增大而增大.
2015 Vol. 33 (8): 685-690 [摘要] ( 1147 ) [HTML 1KB] [PDF 1563KB] ( 890 )
农业水土工程
691 Ju Xueliang,, Wu Pute,, Paul R. Weckler, Zhu Delan,, Zhang Lin,
Newlysimplified method for hydraulic design of microirrigation laterals based on emission uniformity
An analytical approach was developed to design a single uniformly sloping lateral in the microirrigation systems. Emission uniformity was used as the water application uniformity criterion. Energy relations based on the energygradientline approach were revamped to account for the spatial variance of emitter outflow and the emitter connections local energy losses. Four pressure head grade line profiles were distinguished: uphill, horizontal, gentle downhill and steep downhill. Analytical expressions of emission uniformity by hydraulic variation for each pressure profile were developed based on the design variables: length and diameter of lateral, emitter spacing, emitter flow equation parameters, equivalent length characterizing local losses and ground slope. The design conditions for selecting emitter type, the number of emitters per plant and designing the diameter of the uphill and steep downhill laterals were also developed. The nonlinear equations for determining lateral diameter and lateral length were solved iteratively by using the builtin rootfinding function of (Tools> Goal Seek…) in the calculation spreadsheet of Microsoft Excel. The procedures also provide the options to fix the design lateral diameter with the commercial standard size or fix the design lateral length based on the field size. The operating inlet pressure and maximum amplitude of the pressure head throughout the lateral could also be determined easily by the procedure. Two numerical applications with various slope combinations indicate that the proposed analytical approach produces results close to the accurate stepwise numerical solutions. In comparison with Keller method, the proposed approach could produce more appropriate designs.
2015 Vol. 33 (8): 691-700 [摘要] ( 929 ) [HTML 1KB] [PDF 1592KB] ( 410 )
701 王卫华, 李建波, 武向博, 王全九,
生物结皮对土壤水气传输特性的影响
为研究生物结皮对土壤气体传输、水力传导特性的影响,在陕北水蚀风蚀交错区,以4种处理土样(无结皮、去结皮、3 a生结皮和7 a生结皮)为研究对象,进行土壤导气率、饱和导水率和入渗速率的测定分析.结果表明:在土壤吸湿和脱湿过程中,相同土壤含水率所对应的土壤导气率值不同,且脱湿过程的导气率值高于吸湿过程;生物结皮导致土壤导气率降低;由于生物结皮的存在,土壤总孔隙度和毛管孔隙度增加,在增强土壤持水性的同时降低了土壤的导水性;生物结皮生长年限越久,土壤水分入渗的能力显著降低;3种入渗模型中Horton模型的决定系数R2的值大于同处理下其他模型,该模型更适合于用来模拟该区域生物结皮覆盖下的土壤入渗特征.
2015 Vol. 33 (8): 701-707 [摘要] ( 1451 ) [HTML 1KB] [PDF 1621KB] ( 932 )
708 万梦丹, 王露, 张岩, 刘小刚, 杨启良, 吴昊
滇东北作物耗水特性及影响因素
基于滇东北地区3个气象站点(会泽站、昭通站、沾益站)1955—2013年逐日气象资料,采用FAO-56 Penman-Monteith公式,计算并分析滇东北地区水稻、春玉米和冬小麦全生育期需水量及其变化趋势,同时采用偏相关分析和逐步回归分析探讨各气象因子对主要粮食作物需水量影响的程度.结果表明:昭通站主要粮食作物需水量随时间呈不同程度减少,每10 a水稻需水量减少10.07 mm,春玉米减少1.44 mm,冬小麦减少1.06 mm.而其他站点呈增加趋势,水稻需水量每10 a分别增加8.85,4.48 mm,春玉米分别增加8.38,4.57 mm,冬小麦分别增加7.39,3.10 mm.3个站点同一种作物各生育阶段需水量规律基本一致,水稻各生育期需水量从大到小依次为:分蘖,拔节,抽穗,乳熟,黄熟,返青;玉米的依次为:拔节,灌浆,苗期,孕穗,成熟;小麦的的依次为:乳熟,开花,成熟,苗期.日照和平均风速是影响水稻和玉米需水量最主要的气象因子,且呈显著正相关关系,就各站点而言,影响冬小麦需水量的气象因子存在差异,其中会泽站和沾益站同日照时数和平均气温呈显著正相关,而昭通站与平均湿度呈显著负相关,同日照时数呈显著正相关关系.
2015 Vol. 33 (8): 708-715 [摘要] ( 987 ) [HTML 1KB] [PDF 1361KB] ( 685 )
716 何进宇, 田军仓,,
旱作水稻水肥耦合模型及经济效应
为了探讨膜下滴灌旱作水稻水分、肥料与产量之间的关系,采用通用旋转组合设计试验方法,进行膜下滴灌旱作水稻水肥耦合模型试验,并对其应用前景进行了比较分析.在供试土壤膜下滴灌条件下,灌溉定额、氮、磷与水稻产量之间符合三元二次回归模型,其一次项、二次项及水氮交互项回归系数均达显著水平,三因素的增产作用从大到小依次为灌溉定额、施氮量、施磷量.采用此模型计算的预测产量与实际产量之间呈高度正相关,预测准确度达99%.由此计算得出最高产量灌溉定额及其施肥量、经济最佳灌溉定额及其施肥量.提出实现目标产量的水肥最优组合方案:若以9 300~9 600 kg/hm2为目标产量,则灌溉定额、氮、磷用量分别为9 730~10 500 m3/hm2,272~363 kg/hm2,136~147 kg/hm2;若同时考虑经济效益,则最佳的灌溉定额、氮、磷肥用量分别为8 500~9 015 m3/hm2,225~240 kg/hm2,90~120 kg/hm2.对比不同种植模式表明,膜下滴灌旱作水稻的产量与播后上水直播基本持平,其成本与育秧移栽种植持平,但水分生产效率(1.06 kg/m3)远远高于其他3种种植方式.与传统育秧移栽种植相比较,膜下滴灌旱作水稻节水50%,节约肥料30%以上.
2015 Vol. 33 (8): 716-723 [摘要] ( 1168 ) [HTML 1KB] [PDF 1395KB] ( 874 )
排灌装备制造技术
724 赵进, 邱志鹏, 彭涛, 汤跃
基于行星齿轮的卷盘喷灌机传动设计与优化
为了提高卷盘喷灌机运行效率,拓宽原动机的调速范围,使实际工况下原动机尽可能工作在高效区,重新设计了基于三级NGW型行星齿轮的传动系统.新型传动结构可以实现正常工作档、工作中途动力回收档、断电或无高压供水下的手动回收档等三档变速功能.新型传动型式总效率提高近21%.针对新设计的传动系统的行星齿轮部分建立以传动效率最高和体积最小为目标的多目标优化模型,针对包含有模数、齿数以及变位系数等混合离散变量的问题,采用遗传算法工具箱GADS进行了混合离散变量多目标线性加权优化,优化后的三级行星齿轮传动与初始设计相比效率提高了10.64%,体积减少了16.3%.新设计的传动系统方案为新型卷盘喷灌机的开发升级提供了比较有益的借鉴.
2015 Vol. 33 (8): 724-730 [摘要] ( 1416 ) [HTML 1KB] [PDF 1623KB] ( 915 )
731 李杞超, 孙文峰, 王艳花
滚移式喷灌机压力对喷灌均匀性影响
为解决喷灌机械的喷灌均匀性差、移动不方便等问题,研制一种操控简单、适应性强的大型滚移式喷灌机,对其水量分布均匀系数和喷灌强度进行试验.试验采用单因素多重比较设计方法,选取距进水端距离分别为40,150,260 m处为测试处,喷灌压力分别为0.20,0.25,0.30,0.35,0.40 MPa,并运用Design-expert软件进行分析,研究各喷灌压力在各测试处对水量分布均匀系数和喷灌强度的影响.结果表明,各测试处的压力对水量分布均匀系数的影响均为显著性差异,且随喷灌压力上升,水量分布均匀系数升高.对喷灌强度的影响呈正相关性,但喷灌压力高于0.30 MPa时影响不显著.喷灌压力在0.40 MPa时,水量分布均匀系数平均可达88.75%,喷灌强度为12.3 mm/h,各处的水量分布均匀系数和喷灌强度能够保持均匀一致,并能够稳定作业,达到最优状态,完全满足大型滚移式喷灌机的性能要求.该项研究对于促进滚移式喷灌机推广和应用具有重要意义,为其深入研究提供了参考依据.
2015 Vol. 33 (8): 731-736 [摘要] ( 1054 ) [HTML 1KB] [PDF 1612KB] ( 862 )
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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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