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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 6期
刊出日期：2016-06-25
   
461 李仁年,, 毕祯, 黎义斌,, 肖丽倩
诱导轮偏转角对离心泵叶轮空化性能的影响
为了阐明诱导轮偏转角对离心泵叶轮空化性能的影响,改善离心泵的空化性能,找到最佳周向位置,基于均相流假设,采用IDM空化模型与RNG k-ε湍流模型,先选取诱导轮偏转角分别为0°,10°,20°,30°,40°,50°共6种方案,对离心泵外特性及诱导轮和叶轮空化性能进行数值模拟和试验对比,得到不同方案下离心泵的性能数据.计算得到的NPSHR曲线与试验数据吻合较好,验证了计算方法的准确性;基于数值模拟结果,分析了不同偏转角下诱导轮与叶轮内气泡分布规律,发现不同偏转角下诱导轮和叶轮内空化发展过程及气泡发展规律基本相同,但偏转角为10°时气泡发展速度较慢、各空化阶段分布面积较小,进一步选择5°和15°偏转角进行计算分析,得到更精确的结论,即诱导轮偏转角为5°时离心泵的综合水力性能最优.
2016 Vol. 34 (6): 461-469 [摘要] ( 1111 ) [HTML 1KB] [PDF 2518KB] ( 1483 )
470 郭义航, 袁寿其, 骆寅, 孙慧
基于CFD的离心泵叶片水力矩非定常特性
为研究离心泵叶片水力矩的非定常特性,利用CFD技术对XS50—160/7.5型离心泵内部流场进行三维非定常数值模拟,并通过离心泵能性能试验验证了数值模拟的有效性与准确性.通过模拟得到不同工况下叶片水力矩和叶片表面各监测点的压力脉动情况,并对其进行了分析.分析结果表明:在各工况下,叶片通过频率分量在叶片水力矩脉动中均占主导地位,泵轴转动频率分量在叶片表面压力脉动中均占主导地位;当频率大于叶片通过频率后,水力矩脉动强度与叶片表面压力脉动强度均相对较小;在设计工况下,叶片水力矩强度的RMS(均方根)值最小,偏离设计工况点越远,其RMS值越大,小流量工况和大流量工况下水力矩强度的RMS值相对于设计工况点近似对称分布;叶片压力面压力脉动强度大于吸力面压力脉动强度,叶片进口处压力脉动强度远小于叶片出口处压力脉动强度.
2016 Vol. 34 (6): 470-476 [摘要] ( 999 ) [HTML 1KB] [PDF 1744KB] ( 1066 )
477 曹卫东, 刘冰, 张忆宁, 刘光辉
预应力下矿用抢险排水泵转子部件湿模态计算
为计算多级泵运行过程中转子部件的模态特征,以某多级矿用抢险排水泵为研究对象,分别建立流场模型和转子部件模型,重点基于流固耦合技术,在ANSYS WORKBENCH平台上计算流场预应力下的转子湿模态.此外,还分别计算了无预应力下的湿模态和不同转速下的干模态,得到了不同情况下的模态分布,分析了造成模态分布差别的原因.结果表明:真空中,转子转速发生改变时,其相应固有频率有一定程度变化;在流体介质中,转子各阶临界转速较真空中均有不同程度的降低;而预应力对于转子动力特性有较大影响,预应力下转子的固有频率有较大幅度上升;其次,随着阶次升高,预应力下湿模态的变形量逐渐超过干模态,两者振型亦存在差异,流场介质的阻尼同样是影响转子动力特性的又一重要因素.转子部件的湿模态计算对合理的结构设计和转速的选取具有重要的指导意义.
2016 Vol. 34 (6): 477-482 [摘要] ( 832 ) [HTML 1KB] [PDF 2251KB] ( 1120 )
483 夏勇, 王春林, 杨晓勇, 叶剑, 曾成
双吸泵作液力透平内部流动诱导噪声数值分析
为进一步研究双吸离心泵在液力透平工况下振动与噪声的变化规律,采用一种间接混合计算方法即计算流体力学CFD与LMS Virtual-Lab声学仿真软件相结合的方式对双吸泵内部声场进行求解.利用k-ε湍流模型对双吸泵进行三维非定常流场计算,并在分析出偶极子声源为流动噪声的主要噪声源后,提取蜗壳表面以及叶片的压力脉动作为偶极子声源.基于LMS Vir-tual-Lab声学仿真模块,利用直接边界元法(DBEM)对内声场的数值仿真计算分析,得出了声学边界元模型表面声压级分布,以及内部主要检测点的声压级频率响应函数.结果表明:叶片通过频率及其谐频是产生流动噪声的主频,在叶频处泵蜗壳进口和叶片的声压值最大;各谐频处流动噪声也出现了峰值,但随着频率的增大,流动噪声的声压值明显衰减.研究结果为泵作液力透平工况下减振降噪提供有益参考.
2016 Vol. 34 (6): 483-489 [摘要] ( 915 ) [HTML 1KB] [PDF 2340KB] ( 1070 )
490 朱荣生, 陈宗良, 王秀礼, 曹梁
CAP1400核主泵空化特性数值研究
针对CAP1400核主泵事故下的空化问题,在对核主泵进行水力设计及三维造型的基础上,采用CFD技术对核主泵的空化问题进行定常数值模拟,并分析了正常工况、空化初生、临界空化、严重空化和断裂空化等5个阶段核主泵叶片背面气相体积分数、叶片间气相体积分数及叶片间介质温度的分布特性.计算结果表明:核主泵空化首先发生于叶片背面靠近前盖板一侧并向叶片工作面、后盖板方向发展;临界空化与严重空化阶段气相体积分数在叶轮流道相对位置S=0.35~0.45时增长趋势相同,S=0.45~0.50时相对平缓;叶片间由于相变导致的两相之间的热传导在两相界面附近的液相中形成温度梯度,空泡内气相介质的温度低于附近液相介质的温度,两者温差随空化的发展而增大.
2016 Vol. 34 (6): 490-495 [摘要] ( 1119 ) [HTML 1KB] [PDF 1825KB] ( 1119 )
496 仇晶, 赵斌娟, 赵尤飞, 陈汇龙, 张成虎
基于流固耦合的隔舌位置对双流道泵综合性能的影响
为了研究隔舌位置对双流道泵水力性能与结构性能的影响,针对3种不同隔舌安放角的双流道泵进行双向流固耦合计算,结果表明:水力性能方面,隔舌位置对扬程的影响较小,而对效率的影响较大,3种方案的最大扬程差仅为0.09 m,而最大效率差达1.1%;隔舌位置主要影响隔舌圆角及往第1断面方向附近与叶轮间隙处的压力脉动程度,隔舌安放角越大,压力脉动越强;叶轮旋转1周,蜗壳所受径向力呈现周期性变化规律,叶片扫过隔舌圆角时,蜗壳所受径向力最小,转过90°时径向力达到最大值.增大隔舌安放角可显著减小蜗壳所受径向力.结构性能方面,叶轮应力集中出现在出口吸力面,蜗壳应力集中出现在隔舌圆角附近靠后盖板处,增大隔舌安放角会增加蜗壳的最大应力值,但振幅减小;双流道泵发生10-5m量级的位移,最大位移出现在蜗壳出口处,主要受叶片通过频率的影响,呈周期变化趋势,且随着隔舌安放角的增大,蜗壳最大变形量增大,振幅减小;隔舌位置对泵的振动速度影响比较明显,增大隔舌安放角,有助于减小振动.
2016 Vol. 34 (6): 496-503 [摘要] ( 832 ) [HTML 1KB] [PDF 3492KB] ( 1147 )
504 张醒, 张德虎, 刘莹莹
基于分数阶模糊PID控制的水轮机调节系统研究
针对水轮机调节系统中传统PID控制规律存在适应性不足的问题,设计了一种新型的分数阶模糊PID控制器(FOFPID),该控制器在模糊PID控制器(FPID)的基础上将微分及积分阶次进行从整数阶到非整数阶的拓展,并利用改进Oustaloup滤波算法对该控制器中的分数阶微积分进行数字实现.提出了一种基于Rechenberg五分之一法则的动态适应量子粒子群算法(DAQPSO),对水轮机调节系统控制器参数进行优化.仿真试验表明:FOFPID控制器在水轮机调节系统扰动幅度及运行工况变化时具有较强的适应性,并在水轮机调节系统参数发生变化时具有更好的鲁棒性;与QPSO,RLQPSO及MLQPSO相比,DAQPSO算法具有较好的计算精度,能为水轮机调节系统控制器提供更优的参数候选方案.
2016 Vol. 34 (6): 504-510 [摘要] ( 1007 ) [HTML 1KB] [PDF 1596KB] ( 1373 )
511 张鸿清,, 戴会超, 包中进, 王斌, 王自明
秋季香溪河库湾水体冲淡时间分布特征的成因
针对三峡水库支流库湾的秋季水华问题,以香溪河库湾为研究对象,选取2009和2010两年的9月1日—11月30日作为研究时段,通过建立三维水动力模型,探讨了香溪河库湾水体冲淡时间分布特征及其成因.研究结果表明,在汛末蓄水期,香溪河库湾水体冲淡时间较长的区域均出现在中游,且随着汛末库水位抬高,库湾各层水体冲淡时间最大值均随着增长;因9月三峡库区干流水体主要由中、底层倒灌进入库湾,使得库湾中下游至下游区域表层水体冲淡时间最长,且随着中、底层倒灌持续时间增长,河口附近表层水体冲淡时间较中、底层的差值也有所增长;在支流上游和中上游区域,水体在蓄水期绝大部分时间的流动方式表现为由库湾底层流向干流,使得该区域底层水体冲淡时间较表、中层的短.研究结果可为三峡水库支流库湾秋季水华问题的防治提供借鉴.
2016 Vol. 34 (6): 511-517 [摘要] ( 948 ) [HTML 1KB] [PDF 2309KB] ( 935 )
518 GAO Hui, TANG Xuelin
Vibration analysis of the fluid-structure  interaction in water hammer
In consideration of the problem that the effect of conduit structure on water hammer has been ignored in the classical theory, the Poisson coupling between the fluid and the pipeline was studied and a fourteenequation mathematical model of fluid-structure interaction (FSI) was developed in this paper. Then, the transfer matrix method (TMM) was used to calculate the modal frequency, modal shape and frequency response. The results were compared with that in experiment to verify the correctness of the TMM and the results show that the fluid-structure coupling has a greater impact on the modal frequencies than the modal shape. Finally, the influence on the response spectrum of different damping ratios was studied and the results showed that the natural frequency under different damping ratios has changed little but there is a big difference for the pressure spectrum. With the decrease of damping ratio, the damping of the system on frequency spectrum is more and more significant and the dispersion and dissipation is more and more apparent. So the appropriate damping ratio should be selected to minimize the effects of the vibration of the FSI.
2016 Vol. 34 (6): 518-524 [摘要] ( 517 ) [HTML 1KB] [PDF 1410KB] ( 1026 )
525 高传昌, 黄丹, 马建娇, 王猛飞, 唐林钧
喷嘴几何参数对自激吸气脉冲射流性能影响的正交试验
为确定自激吸气脉冲射流喷嘴的几何参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序,运用正交试验的方法,对自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能和冲击性能进行试验研究,并通过极差分析和方差分析研究了喷嘴面积比、相对腔内面积、相对腔长等因素及其交互作用对装置的吸气性能和冲击性能影响的敏感性.2种分析方法得到的结果一致表明,自激吸气脉冲射流喷嘴几何参数对吸气性能影响的主次顺序依次为相对腔长、相对腔内面积、相对腔长与相对腔内面积的交互作用、喷嘴面积比与相对腔内面积间的交互作用、喷嘴面积比;几何参数对喷嘴冲击性能影响的主次依次顺序为:喷嘴面积比、相对腔内面积、相对腔长与喷嘴面积比的交互作用、相对腔长,其中前两者对喷嘴冲击性能影响远大于后两者.验证性试验证实了正交试验结论.
2016 Vol. 34 (6): 525-531 [摘要] ( 845 ) [HTML 1KB] [PDF 1407KB] ( 1074 )
532 隋娟,, 王建东,, 龚时宏,, 张彦群,, 岑娟娟, 郭健
滴灌水氮耦合对水氮利用及冬小麦产量的影响
以华北地区冬小麦为试验对象,参考直径20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量E,通过2 a的大田试验(2012—2013),研究了大田地表滴灌条件下水氮耦合制度对作物耗水量、作物生理指标、产量、氮残留及水氮利用效率的影响,结果表明,冬小麦生育期内的耗水量、叶面积指数及产量受灌水定额的影响更为显著(P<0.05);滴灌条件下,当施氮量在120~290 kg/hm2时,水氮耦合效应对冬小麦耗水量的影响不具有统计学意义;在滴灌灌水定额为0.80E,施氮量为140~190 kg/hm2的水氮耦合模式下,冬小麦的产量较高,土壤硝态氮的当季残留较少,且进一步显著增加灌水定额和氮肥投入量将导致产量的明显下降;综合考虑冬小麦水氮利用效率和对地下水的潜在淋失风险,华北典型区滴灌水氮耦合的优化组合范围宜为灌水定额为0.80E,施氮量为140~190 kg/hm2.
2016 Vol. 34 (6): 532-538 [摘要] ( 1046 ) [HTML 1KB] [PDF 1356KB] ( 871 )
539 赵文举, 马宏, 郁文, 豆品鑫
不同覆盖模式对土壤水分蒸发的影响
为了揭示不同覆盖模式抑制土壤水分蒸发的效果,通过模拟试验,对不同覆盖模式抑制土壤水分蒸发的效果进行了分析.试验设置无覆盖(CK)、覆砂(S)、覆砂+覆膜(SM)、覆秸秆+覆膜(JM)和覆秸秆+覆砂(JS)5种模式.结果表明:土壤表层不同覆盖处理的土壤日蒸发量不同,在蒸发初期,土壤水分蒸发量从大到小依次为CK,JS,JM,S,SM,之后基本保持CK,JS,S,SM,JM的变化趋势.当有降雨发生时,土壤水分蒸发量从大到小由CK,JM,SM,JS,S变为CK,JS,S,SM,JM的趋势;土壤表层的不同覆盖处理可有效减少土壤水分的蒸发,CK,JS,JM,S,SM处理的土壤水分累积蒸发量分别为1823.6,712.2,473.3,450.6,375.1 g,与对照相比,CK,JS,JM,S,SM处理的土壤水分累积蒸发量分别减少了60.9%,74.0%,75.3%,79.4%;在整个蒸发过程中,不同覆盖模式下土壤水分累积蒸发量与时间的关系符合W=atb,综合分析可知,覆砂(S)处理是最符合试验区域的覆盖模式.
2016 Vol. 34 (6): 539-544 [摘要] ( 1127 ) [HTML 1KB] [PDF 1319KB] ( 1260 )
545 李熙婷, 田德龙, 郭克贞,, 徐冰, 赵淑银
膜下滴灌对小麦根系分布特征的影响
为了研究膜下滴灌小麦在河套灌区的适用性及根系分布特征,在河套地区开展了常规畦灌小麦与膜下滴灌小麦的对比试验.试验结果表明,膜下滴灌小麦在整个生育期内的保墒作用明显,且其根长密度、根表面积密度、根体积密度在主要的浸润层0~30 cm均优于CK;种植模式不同时,1膜5行的种植模式的根系指标数值在各个土层内平均大于1膜6行5.9%;灌水水平不同时,充分灌溉促进了0~30 cm土层中的根系生长,而轻度水分亏缺有利于深层土壤中根系的生长.膜下滴灌小麦各处理的产量、作物水分生产率与灌溉水分生产率显著高于CK,产量较CK分别提高了19.6%,14.6%,19.5%,14.7%,作物水分生产率较CK分别提高了28.2%,27.3%,29.6%,27.3%,灌溉水分生产率分别提高了37.1%,40.7%,42%,41.8%.1膜5行的充分灌溉处理不仅促进了根系的生长,同时为产量、作物水分生产率、灌溉水分生产率最优,是兼顾高产与提高作物水分生产率的优良种植模式.
2016 Vol. 34 (6): 545-552 [摘要] ( 1100 ) [HTML 1KB] [PDF 1830KB] ( 1106 )
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