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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2016年 34卷 5期
刊出日期:2016-05-25

   
369 李贵东, 王洋, 郑意, 马小虎, 梁龙一, 胡日新
气液两相条件下离心泵内部流态及受力分析
为研究离心泵在气液两相条件下叶轮内部流态及受力情况,选取一比转数ns=129的离心泵为研究对象,基于CFX软件提供的Eulerian-Eulerian非均相流模型对泵内部流场进行三维瞬态数值模拟,得到不同初始气相体积分数下叶轮流道内气相体积分数分布及叶片载荷等物理量变化规律,并将数值模拟结果与试验结果进行对比验证.结果表明:叶轮内气体主要集中分布在叶片吸力面区域,出口处则集中分布在流道中间区域,叶轮前盖板区域气相体积分数大于后盖板区域;当初始气相体积分数逐渐增大时,叶轮流道内流动紊乱,气液两相流动的不均匀性加剧,旋涡区域增大;随着初始气相体积分数的增大,叶片进口到靠近出口位置,叶片压力面所受压力载荷相对于吸力面减小的更快,而在出口位置附近叶片吸力面压力载荷减小的更快,叶轮径向力的不平衡性加剧,叶轮所受转矩减小.数值计算结果与试验结果在趋势上趋于一致.
2016 Vol. 34 (5): 369-374 [摘要] ( 1343 ) [HTML 1KB] [PDF 2995KB] ( 1539 )
375 崔宝玲, 方晨, 葛明亚
低比转数离心泵内部流动特性和外特性试验
为研究分流叶片对低比转数离心泵内部流动和性能的影响,在原型泵叶轮(具有4长4短叶片)基础上,设计了8长叶片的叶轮模型.基于雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对各模型泵内的流场进行三维定常数值模拟计算,得到了泵内部流动特性.同时对原型泵进行外特性试验,并将计算结果与试验结果进行对比验证.数值计算结果表明:离心泵蜗壳内的周向速度大于径向速度,流体呈周向流动;径向速度随着周向角度的增大缓缓变大;8长叶片的叶轮相对于4长4短叶片叶轮在设计流量工况下具有更高的扬程和效率,8长叶片的叶轮比4长4短叶轮具有更好的水力性能;8长叶轮的叶片进口处具有更大的相对低压区;叶轮内部都存在旋涡,相对于4长4短叶片的叶轮,8长叶片的叶轮具有更大的涡.试验结果验证了数值计算的正确性.
2016 Vol. 34 (5): 375-380 [摘要] ( 1079 ) [HTML 1KB] [PDF 2689KB] ( 1079 )
381 张华, 陈斌, 施卫东, 王炳祺, 王震
单叶片螺旋离心泵内部流场数值计算及油膜试验研究
针对比转数为240的单叶片螺旋离心式潜水排污泵内部流场,采用数值计算与试验相结合的手段进行研究.以多面体网格为划分形式,应用Realizable k-ε湍流模型,对其进行了全流场定常数值计算,并将计算结果与外特性试验结果及油膜试验结果进行对比.研究结果表明:数值预测的外特性及叶轮表面迹线结果与外特性试验及油膜试验结果能够较好地吻合,验证了多面体网格在单叶片螺旋泵数值计算方面的精度;通过对单叶片螺旋泵内部流场的剖析,发现了叶片进口附近存在泄漏流动,泄漏流的强度随流量的增大而逐渐减小;在3个流量工况(0.6Qd,1.0Qd和1.4Qd)下,叶片吸力面出口附近的轮毂表面存在严重的回流现象,而在0.6Qd工况时,该回流区域占据了流道宽度的80%以上;在叶片压力面与轮毂的交界处也存在多处回流,流量越小,回流越严重;3个工况下,蜗壳出口均存在较大的速度梯度.
2016 Vol. 34 (5): 381-385 [摘要] ( 1120 ) [HTML 1KB] [PDF 2230KB] ( 1131 )
386 王瑜, 赵斌娟, 陈汇龙, 仇晶, 赵尤飞
791翼型水动力性能的多目标遗传优化
首先采用贝塞尔曲线参数化翼型背面型线,控制翼型的厚度变化规律;其次,通过均匀试验设计方法和人工神经网络建立背面型线控制点与翼型性能参数之间的近似模型;最后通过多目标遗传算法优化791翼型的背面型线,获得具有较好绕流特性下的厚度变化规律.以791翼型的升阻比F最大化和阻力FD最小化为优化目标,以贝塞尔曲线的控制点为优化变量进行计算.优化结果表明:单纯地以翼型升阻比和阻力为优化目标时,优化后翼型阻力最大减小了4.17%,升阻比最大增加了15.33%,“失速”冲角增大;优化后翼型的最大厚度的位置更加靠近来流方向,出现在弦长约0.390处,最大厚度增加,约为弦长的0.090;当改变优化目标时,该多目标优化策略可也以较好地优化翼型的结构,提高翼型的绕流性能,可为其他流体机械的优化方法研究提供一定的参考.
2016 Vol. 34 (5): 386-391 [摘要] ( 1031 ) [HTML 1KB] [PDF 1535KB] ( 1306 )
392 王凯, 王文博, 刘厚林, 夏晨
多级离心泵叶轮与导叶的匹配特性
基于CFX软件,采用k-ε模型对某一立式三级离心泵全流场进行数值模拟,并进行试验验证,表明在设计工况下数值计算结果与试验结果吻合较好,但泵内流场分析发现,叶轮-导叶间隙及导叶内的流动损失较大.为了减少流动损失,提高多级离心泵叶轮与导叶之间的匹配特性,分别重新设计4种采用不同进口结构形式的导叶.在设计工况下对4种不同进口的导叶模型进行定常数值计算,并对水力性能、内部流动规律及叶片表面压力分布规律进行分析.结果表明:导叶进口采用扩散结构,与叶轮出口边相平行的模型水力性能最好;导叶进口采取扭曲结构时,能够提高叶轮扬程,但也会增大导叶与叶轮间隙的流动损失,并导致导叶进口压力不稳定;当导叶进口与叶轮出口平行时,可以减小导叶内的流动损失,提高导叶的水力性能;当导叶进口与轴线平行时,可以弱化叶轮与导叶之间的干涉作用,提高叶轮的水力性能,但会增大叶轮与导叶间隙处产生的流动损失.
2016 Vol. 34 (5): 392-398 [摘要] ( 1632 ) [HTML 1KB] [PDF 3186KB] ( 1486 )
399 王业芳, 袁寿其, 张金凤, 冒杰云, 黄茜
低比转数离心泵小流量工况下的压力脉动特性
为了研究低比转数离心泵在小流量下的压力脉动特性,以IS50-32-160型离心泵为研究对象,在对模型泵进行网格无关性分析的基础上,采用分离涡模拟对不同小流量工况下的内部非定常流动进行数值计算.计算结果表明:隔舌对叶轮内部流动的影响较大,靠近隔舌的3个流道内均存在不同程度的进、出口旋涡,进口旋涡从叶片吸力面处产生,方向与叶轮旋转方向相同,而出口旋涡在叶片压力面产生,方向与叶轮旋转方向相同;随着流量的减小,旋涡不断发展,尤其是隔舌所在流道,进、出口旋涡会堵塞整个流道,且蜗壳出口会出现流动分离,导致出流不均匀;对叶轮和蜗壳内各监测点进行快速傅里叶变换,发现叶轮内的主要脉动频率为轴频及其倍频,且脉动从吸力面到压力面、进口到出口均逐渐增大;蜗壳内主要脉动频率为叶频及其倍频,且越靠近隔舌脉动越大,在隔舌处达到极大值;各监测点的脉动强度随流量的减小而增强.
2016 Vol. 34 (5): 399-405 [摘要] ( 1232 ) [HTML 1KB] [PDF 6229KB] ( 1141 )
406 康灿, 李利婷, 鲁国辉
导叶开度对贯流式水轮机性能及流动特征的影响
针对某型号贯流式水轮机,运用ANSYS CFX,分别在导叶开度为1 550,1 405和1 278 mm条件下,对水轮机内部三维流场进行全流道数值模拟,研究导叶开度对水轮机性能及流动特征的影响.通过分析对比3种开度下水轮机水头和效率,同时研究全流道截面压力、速度分布,导叶外环面压力分布,导叶叶片压力分布以及转轮叶片压力分布,得出开度为1 405 mm是与转轮匹配性最佳的导叶开度.进而对最佳导叶开度下水轮机在0.8Q,1.0Q,1.2Q这3种工况下的空化进行模拟,结果发现空化很大程度地降低了水轮机的水头和效率.同时对转轮、转轮叶片以及尾水管的空泡相体积分数的分布进行了分析,得知在设计工况下的空化程度最轻,小流量工况下的转轮内空化比较严重,而在大流量工况下,空化区从转轮出口延伸到尾水管内.
2016 Vol. 34 (5): 406-413 [摘要] ( 1371 ) [HTML 1KB] [PDF 3467KB] ( 1308 )
414 文明宜, 刘韩生, 范灵芝, 柳思源
台阶式溢洪道滑行水流的相对水头
为了研究台阶式溢洪道的消能特性,将台阶溢洪道与光滑溢洪道沿程的总水头进行对比,引入台阶式溢洪道相对水头的概念.通过3个工程的台阶式溢洪道模型试验,坡度为1 ∶2.0~1 ∶0.9,台阶高度为0.5~2.0 m,对影响相对水头的主要因素:流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度等进行了研究.结果表明,在滑行水流条件下,台阶式溢洪道沿程相对水头小于0;相对水头与流程长度呈良好的线性关系,相关系数为0.998 3~0.999 8;相对水头与单宽流量无关,不同流量条件同一断面的相对水头基本相等,相对误差不超过4.5%,而台阶高度、溢洪道坡度对相对水头影响较大,台阶高度越高、坡度越大,相对水头绝对值越大.试验资料证实了相对水头具有良好的水力规律,便于应用分析,可为台阶溢洪道设计提供参考.
2016 Vol. 34 (5): 414-417 [摘要] ( 790 ) [HTML 1KB] [PDF 1349KB] ( 1234 )
418 KIM J H, HAN S M, KIM Y J
Safety estimation of highpressure hydraulic cylinder using FSI method
Hydraulic cylinder is a primary component of the hydraulic valve systems. This paper describes the numerical study of hydraulic cylinder to evaluate the stress analysis, the life assessment and the performance of operation characteristics in hydraulic cylinder. This study incorporates the calculation of safety factor, fatigue life, piston chamber pressure, rod chamber pressure and the change of velocity of piston with flow time after the beginning of hydraulic cylinder. Numerical analysis was performed using the commercial CFD code, ANSYS with unsteady, dynamic mesh model, twoway FSI (fluid-structure interaction) method and k-ε turbulent model. The internal pressure in hydraulic cylinder through stress analysis showed higher than those of the yield strength.
2016 Vol. 34 (5): 418-423 [摘要] ( 826 ) [HTML 1KB] [PDF 2456KB] ( 671 )
424 刘志勇, 刘梅清, 王华超, 吴远为
局部阻塞对管道瞬变流频响特性的影响分析及应用
为了了解局部阻塞对有压管道系统的影响,采用传递矩阵法分析了局部阻塞对管道瞬变流频响特性的影响及频响图的变化形态与阻塞点位置和阻塞局部阻力系数之间的关系,将其应用于管道局部阻塞的检测,并进行了数值试验验证,结果表明:与正常管道相比,局部阻塞点的存在使管道瞬变流频响图中各次谐波的幅值均不再保持定值,而是随着谐波次数的不同呈周期性变化;奇次谐波的幅值随谐波次数周期性变化的主频率及相位与阻塞点的位置相关,而该主频率对应的幅值与局部阻塞的局部水力损失系数相关,据此可进行管道局部阻塞位置和阻塞程度的检测.因此,基于对管道瞬变流频响特性的分析进行管道局部阻塞的检测是可行的.
2016 Vol. 34 (5): 424-429 [摘要] ( 1055 ) [HTML 1KB] [PDF 1478KB] ( 1035 )
430 罗玉峰,, 马震, 吕辛未, 郭龙珠, 崔远来, 向昭
南方水稻生育期降雨预报准确率评价及节水灌溉策略分析
以江西省赣抚平原灌区为例,收集了中央气象台2012—2015年的三季早稻和晚稻生育期内未来7 d降雨预报数据和实际观测降雨数据,采用正确率、漏报率、空报率、TS评分及ROC对降雨预报准确率进行评价,在此基础上提出相应的节水灌溉策略.结果表明:水稻生育期晴雨预报正确率达76.3%,早稻的漏报率总体低于晚稻,空报率高于晚稻,小雨TS评分相差较小,中雨及以上量级降雨晚稻明显小于早稻;1~7 d预见期的ROC下的面积都大于0.5,表明命中率大于虚警率,都有正的预报价值,可用于灌溉管理.返青期、乳熟期和黄熟期早稻的正确率为80.1%~88.6%,如果预报结果在小雨及以上量级可不灌或少灌;分蘖前期、分蘖后期、拔节孕穗期和抽穗开花期的正确率稍低,为64.9%~77.2%,此期间如果遇连续无雨和小雨预报可按照需水量进行灌溉,如果预报2~3 d内有中雨或以上降水则应减少灌溉量;早稻与晚稻相比虽然预报的准确度较低,但降雨预报次数和实际降雨次数更多,尤其遇到中雨及以上量级预报时,可适当减少每次灌溉的水量.考虑降雨预报的准确度进行灌溉决策既可充分利用天然降雨,又可避免灌水浪费,从而达到节水增效的目的.
2016 Vol. 34 (5): 430-435 [摘要] ( 841 ) [HTML 1KB] [PDF 1674KB] ( 1109 )
436 袁敏,, 邵光成,, 崔金涛,, 郭宇翔, 朱美如
干旱锻炼对番茄花后渍水产量及品质的影响
为了挖掘作物自身的抗渍能力,探索支持南方渍水下番茄生产的途径,在避雨栽培条件下,研究了花前干旱预处理对花后渍水逆境下番茄形态特征、品质和产量的影响.结果表明:番茄苗期正常供水,花后渍水胁迫可显著抑制作物的生长,使产量和品质指标下降;与无干旱锻炼相比,花前干旱预处理可促进作物根系生长,提高果实可溶性糖、可溶性固体物、有机酸、维生素C等品质指标含量;3种花前干旱预处理中,采用对照60%花前干旱预处理的果实产量最高;作物根重、根冠比、可溶性糖、可溶性固体物、有机酸、维生素C和果实密度随花前干旱程度增大而增大,而地上干物质、总干物质重和单果重量则随干旱程度增大而减小;通过主成分分析发现,采用对照50%花前干旱预处理的果实品质综合评价值最大.
2016 Vol. 34 (5): 436-442 [摘要] ( 938 ) [HTML 1KB] [PDF 1337KB] ( 1088 )
443 刘斌, 邹玉田, 于宽畏, 徐翠兰, 隋雪艳,丁继辉, 佘冬立
江苏沿海地区土地整治项目成效综合评估
为了对江苏省沿海地区大量土地进行整治,针对沿海地区盐碱土改良增产效果进行量化以获取整治效果.以江苏省沿海地区的4个土地整治项目为例,从资金投入、过程管理、工程实施、综合效益4个方面选取了27个评价指标组成效益评价指标体系,用统计类比、专家咨询等方法构建了土地整治综合评估模型,得到综合效益评价值,提出了相应的建议和措施,为沿海地区土地整治成效的定量化评价提供了科学依据.结果表明:该研究区的4个土地整治项目实施的总体成效较为显著,大部分指标达到计划要求,具有显著的经济、社会和生态效益,但是各项目单项指标成效评估差距较大,土地整治项目综合评价还有较大的提升空间.评价结果为沿海地区在土地整治实践中有针对性地改进提供了依据和借鉴.
2016 Vol. 34 (5): 443-448 [摘要] ( 1606 ) [HTML 1KB] [PDF 1262KB] ( 1154 )
449 张前, 袁寿其, 刘俊萍, 鲍亚
低压喷头喷嘴优化设计及内部流场数值模拟
针对目前喷头在低压工况下喷洒均匀性较差、射程变短等问题,依据面积相同原则设计多种形状的异形喷嘴,运用ANASY软件对其内流场进行三维仿真模拟,模拟结果表明:倒U形喷嘴出口断面的速度分布高速区域所占面积最大,整个出口的速度一致性较好,有利于提高喷头射程,改善喷灌均匀性.并通过测量低压喷头的性能参数,包括射程、水量分布和末端水滴直径,来验证数值模拟的准确性.试验结果表明:倒U形喷嘴的射程约为圆形喷嘴的1.110倍,稍低于数值模拟的计算结果,基本在2%左右;工作压力为300 kPa时,喷头的末端水滴直径以倒U形喷嘴最小为4.21 mm,说明倒U形喷嘴的雾化性能最好;倒U形喷嘴的水量分布近似呈三角形,其组合均匀性系数均在82 %以上,圆形和圆角矩形喷嘴的水量随喷头距离的变大先增大后减小,均低于倒U形喷嘴的组合均匀性系数.数值模拟和试验结果表明,倒U形喷嘴的水力性能优于其他3种喷嘴,在提高喷灌均匀性的基础上,还增大了射程.
2016 Vol. 34 (5): 449-454 [摘要] ( 1204 ) [HTML 1KB] [PDF 1703KB] ( 1122 )
455 薛延刚
基于EMD和Multi-fractal spectrum的BP水机故障诊断
为了准确判断水轮机组的故障,提高水轮机组诊断的精确性,建立了EMD-Multi-fractal spectrum和改进BP神经网络相结合的机组振动故障诊断模型.选取水轮发电机组不同工况下的轴系正常、轴承油膜涡动、转子部件不平衡、转子不对中等状态,采集各状态下的振动信号.经过经验模态分解得到振动信号波各种故障信号的EMD分量,根据信号波形趋势图由EMD系数提取出波形样本,再由多重分形谱算法提取波形样本的特征值alpha(q), f(q),将该特征向量作为BP神经网络的输入进行分类识别.将训练好的神经网络应用于全部样本,得到测试正确率为100%.该模型用波形提取信号特征代替了传统的频谱特性,并结合先进的多重分形谱进行诊断识别,为水轮发电机组故障诊断提供了一种新的思路.应用信号采集于水电厂运行的水轮机,根据诊断的结果对轴系各个部件进行局部校正,通过检测发现振动和摆度都大大减弱.该方法提高了检测精度,增强了人机交互性,具有重要的理论意义和实用价值.
2016 Vol. 34 (5): 455-460 [摘要] ( 971 ) [HTML 1KB] [PDF 1879KB] ( 1243 )
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 江苏省教育厅
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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