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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 10期
刊出日期:2016-10-25

   
829 S.J. KIM, X.C. TU, H.B. KIM,
Quantitative visualization of Taylor-Couette flow with helical protrusion using optical and ultrasound imaging method
The simplified flow of drilling process in the soil hardening or oil rig site was experimentally investigated. Two flow models were used in this study. One is the concentric cylinders with helical protrusion at the inner cylinder. The other is the concentric plain wall cylinders with axial flow. The radius ratio and aspect ratio of both models are the same with 065 and 48, respectively. The mud is the typical fluid seen in the soil hardening processes. We used not only the water and but also the mud for the working fluid in this study. We used the optical PIV for the water flow measurement and echo PIV for the mud flow. In case of the water study, the dominant vortical structures appeared in both the protrusion and plain model with axial flow. In case of mud flow, the vortices shown in the water model disappeared and the push and pullup motion by the protrusion is dominant. We believe this information can be useful to understand the flow physics of drilling process in the complex fluid flow.
2016 Vol. 34 (10): 829-834 [摘要] ( 858 ) [HTML 1KB] [PDF 2764KB] ( 440 )
835 赵宇, , 赵兴安, 王国玉, 高德明
水翼间隙非定常涡空化流动的试验和数值研究
采用高速全流场显示技术对水翼叶顶间隙区域非定常旋涡空化流动进行观测,并提出一种旋涡空化模型来对空化流动进行计算.研究结果表明,提出的空化模型可以较好地捕捉非定常泄漏涡空化.此外,基于计算结果对水翼前缘云状附着空化与间隙涡空化的相互作用进行重点分析.结果表明,附着空化的发展和脱落会引起水翼叶顶附近迎背流面压力差值的变化,从而导致叶顶区域射流剪切层空化具有显著的非定常特性;附着空化末端闭合处的压力波动会造成泄漏空化涡强度的波动;附着空化的断裂所引起的吸力面局部高压会导致泄漏空化涡强度的显著降低.
2016 Vol. 34 (10): 835-840 [摘要] ( 817 ) [HTML 1KB] [PDF 2313KB] ( 650 )
841 沈陈栋, 袁建平, 付燕霞, 夏水晶
离心泵进口回流诱导的空化特性
为了研究离心泵进口回流的空化特性,以IS65-50-160型离心泵为研究对象,首先选取CFX,Fluent和PumpLinx这3种模拟软件,应用标准k-ε模型,进行了网格无关性分析;其次,搭建了可用于外特性试验的开式试验台,将3种软件的外特性模拟值与试验值进行对比,分析3种软件在各工况下数值模拟的精确度;最后采用误差最小的模拟软件进行后续的空化和压力脉动数值模拟.结果表明:与其他2种数值模拟软件相比,CFX软件对小流量工况的模拟较为准确;由于回流的排挤作用加剧了主流区空化的发生;回流旋涡空泡的初生处于非附着状态,随着空化数的降低,最终附着在叶片上;回流旋涡空泡的发展和溃灭使得泵的特性曲线在急剧下降前出现了一段缓慢上升的趋势;在回流旋涡发生时,在叶轮进口以及叶片进口均出现了频率为9.7 Hz的低频脉动.
2016 Vol. 34 (10): 841-846 [摘要] ( 910 ) [HTML 1KB] [PDF 2330KB] ( 678 )
847 黄振杰, 潘中永, 申占浩, 潘希伟
对旋轴流式喷水推进泵的进口预旋
为了研究喷水推进泵在小流量下效率下降较快的原因,应用计算流体动力学方法对不同工况下的喷水推进泵进行数值模拟,研究进口预旋的产生和发展,分析进口预旋对效率的影响以及转速对进口预旋的作用.结果表明:在设计工况Qd时,首级叶轮进口的绝对速度圆周分量vu接近0,基本不随流道半径的变化而变化,进口预旋可以忽略;0.8Qd时,vu随流道半径的增加出现小幅增大,仅仅在轮缘处有较小的正预旋;从0.6Qd开始,预旋变化明显,流量越小,预旋变化越大.小流量下,降低首级叶轮的转速,可以有效地改善进口预旋,提高泵的效率;通过调节叶轮转速,可以有效地改善泵内部的流动状态并通过比较分析出小流量相对较优的转速.研究结果对于其他比转数的喷水推进泵的进口预旋分析具有重要的指导意义.
2016 Vol. 34 (10): 847-852 [摘要] ( 876 ) [HTML 1KB] [PDF 2105KB] ( 609 )
853 张驰, 李彦军, 蒋红樱, 袁建平
肘形进水流道水力优化仿真计算与试验
为了分析大型泵站肘形进水流道的开挖量与流道水力损失及内部流态之间的变化规律,对流道设计进行了研究.设计了8组肘形进水流道方案,其中1-4组方案流道底板上翘角度不同(方案1底板上翘角为0),5-8组方案流道后壁弯曲段半径R不同.基于雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,模拟了额定流量下肘形进水流道的8组方案三维流场.结果表明:1-4组,底板倾角不断抬高.当底板上翘7°时,流道水力损失只有略微增加,流道进口底板较方案1抬高1.15 m;继续增加底板倾角,水力损失明显增加.5-8组,流道后壁弯曲段半径R不断减小.当R为1.03倍叶轮直径时,水力损失较方案1增加14.5 mm(水力损失以水头高度表示),整体流道底板抬高0.36 m;若继续减小R值,水力损失明显增加.对优选的底板上翘7°流道方案进行模型试验.换算到原型后,流道水力损失与计算结果基本吻合.
2016 Vol. 34 (10): 853-859 [摘要] ( 1145 ) [HTML 1KB] [PDF 2351KB] ( 588 )
860 银英姿, 张栋, 冯超, 冀承蕾, 杨宏志
内蒙古临河地区渠道衬砌工程保温防冻胀试验研究
在我国北方的季节性冻土地区,防渗衬砌渠道的冻胀破坏对输水工程的危害最大.针对内蒙古临河地区南边分干渠冻胀破坏问题,提出了在渠道混凝土衬砌下铺设聚氨酯保温板新材料的措施.通过进行现场保温防冻胀试验,分析了各种保温措施下渠道基土的地温、冻深、含水率和冻胀量等影响冻胀变化因素的规律及其特征,总结了不同方案下的保温防冻胀效果,得出了适合该地区混凝土衬砌渠道中聚氨酯保温材料的防冻胀破坏方案:渠道阳坡上部使用3 cm厚的聚氨酯保温板,阳坡下部使用4 cm厚的聚氨酯保温板,阴坡上部使用4 cm厚的聚氨酯保温板,阴坡下部使用5 cm厚的聚氨酯保温板就可以保证混凝土衬砌体不发生冻胀破坏,同时为后续刚性衬砌渠道中采用聚氨酯保温材料防冻胀提供了技术支持.
2016 Vol. 34 (10): 860-864 [摘要] ( 877 ) [HTML 1KB] [PDF 1504KB] ( 627 )
865 王巍, 羿琦, 林茵, 徐瑞铎, 王晓放
水翼表面布置射流水孔抑制空化
为研究水翼表面布置射流水孔对空化的抑制效果,采用RNG k-ε湍流模型结合全空化模型对8°攻角NACA0066(MOD)水翼进行二维非定常空化流场计算,分析当射流比分别为0.1,0.2和0.3时的水翼表面空化流场结构及其演化过程的流动特性,得到了不同射流条件下水翼升阻力系数的变化趋势.计算结果表明:布置射流水孔可以有效阻挡回射流从翼型尾部向翼型头部的运动,使得空泡脱落现象明显减弱,从而抑制了片空化向云空化的发展,且随射流比增加,射流对回射流和云空化的抑制作用更加显著;射流的注入同时使得升力系数和阻力系数的波动幅度明显降低,有效减弱了升阻力的周期性振荡;虽然时均升力和时均阻力受射流的影响有下降趋势,但升阻比呈上升趋势,水翼升阻比由无射流孔时的6.11增加到射流比为0.3时的7.06,布置射流孔还起到了减阻的作用.
2016 Vol. 34 (10): 865-870 [摘要] ( 981 ) [HTML 1KB] [PDF 2572KB] ( 706 )
871 毕祯, 李仁年,, 黎义斌,, 肖丽倩
多级旋涡泵内部流动特性与压力脉动的数值分析
为了揭示旋涡泵内部流场结构和非定常压力脉动特性,研制具有开式叶轮和闭式流道结构的多级旋涡泵,基于RNG k-ω湍流模型、SIMPLEC算法与块结构化网格,对旋涡泵内部流场进行数值模拟和试验验证.通过外特性数值预测验证了该旋涡泵能够满足设计参数的要求.基于CFD数值模拟技术,对旋涡泵内部流场进行数值模拟.结果表明:随着流量逐渐增大,旋涡泵扬程呈现陡降的趋势,同时叶轮叶片的做功能力变差,叶片对液体的增压能力逐渐降低.在叶轮吸入口和压出口两侧的叶片流道内部,其速度分布和湍动能分布变化梯度较大,其它叶片流道内部速度分布和湍动能分布较为相似.叶轮流道内部叶顶区域中间流道内存在1个低速区,随着流量的逐渐增大,低速区越来越小.叶轮流道内部叶根区域中间流道内存在1个速度梯度密集区,该区域湍动能较大,即叶片流道的叶根区域存在较大的损失耗散区,随着流量的逐渐增大,该损失耗散区越来越小.分析旋涡泵各特征位置的压力脉动特性发现,在叶轮叶片不同监测位置和闭式流道不同监测位置,压力脉动频率特性较为明显,即此处会诱发较为明显的水力振动和噪声.结果揭示了旋涡泵内部流场和性能的影响机理,为旋涡泵的设计提供了理论依据.
2016 Vol. 34 (10): 871-877 [摘要] ( 823 ) [HTML 1KB] [PDF 3250KB] ( 626 )
878 苗天丞, 吴大转, 王乐勤
喷管尺寸对水下排气噪声的影响及降噪方案
为研究喷管结构对管口流动的影响以及如何改善喷管噪声,设计合理的操作参数和系统结构参数,通过试验手段,在相同气体流量(30~150 m3/h)条件下,对2种喷管直径分别为10 mm和20 mm的喷管排气噪声进行了研究,通过频谱分析得到喷管尺寸对不同频段噪声的影响.在此基础上设计了一种多喷管降噪方案,并通过试验验证了其降噪效果.结果表明:10~100 Hz频段的水下排气噪声受喷管直径的影响明显,减小喷管直径有利于降低这部分噪声;100~1 000 Hz频段的噪声对气速的变化敏感,其幅值随气速的升高而增大;在气体流量一定的情况下,减小喷管直径会使排气速度增大,从而导致100~1 000 Hz频段的噪声增强;将单个大直径喷管改为等截面积的多个小直径喷管有利于降低水下排气噪声.
2016 Vol. 34 (10): 878-882 [摘要] ( 877 ) [HTML 1KB] [PDF 1583KB] ( 660 )
883 吴军虎, 朱端端, 刘业伟, 陶汪海, 王锦辉
改进密切值法的灌区运行状况综合评价
为了科学评判灌区的综合应用,实现灌区的利润最大化,农民纯收入大幅提高,需要对灌区的整体运行情况进行综合效益评价研究.首先将德尔菲法和模糊分析法相结合,引入信息熵进而计算获得的结构熵权法对评估指标进行综合赋权,赋权值后再引入密切值决策法对大型灌区洛惠渠灌区2007—2012年的运行状况进行综合评价研究.结果表明:洛惠渠灌区在2007—2012年的密切值分别为2.719 2,2.205 1,1.311 7,0.485 5,0.188 8,0.000 0,运行状况越来越好;相隔年数密切差值为0.514 2,0.893 3,0.826 3,0.296 7,0.188 8,运行状况趋向稳定.基于结构熵权—密切值法的评价研究结果与拉开档次—集对分析法、灰色关联理论—TOPSOS法的评价结果都大体相同,都伴随着时间的推移,灌区运行的状况越来越好,且更加精确,这也符合洛惠渠灌区的实际发展状况.该方法计算简明,可靠性高.
2016 Vol. 34 (10): 883-888 [摘要] ( 847 ) [HTML 1KB] [PDF 1367KB] ( 581 )
889 徐曼, 杨启良, 李婕, 雷龙海, 刘小刚, 伍进波, 徐天宇, 贾维兵
水盐处理对小桐子生长和水分利用的影响
为研究盐胁迫下小桐子的生长和水分利用,通过水盐处理种植小桐子进行试验.研究采用盆栽试验,共设3种盐分处理(风干土中分别加入NaCl分析纯的质量比为S0:0 g/kg;S1:2.5 g/kg;S2:5g/kg)和3种灌水处理(W1:0.9 L;W2:1.8 L;W3:2.4 L)对小桐子进行63 d的试验处理.结果表明:施盐分处理相同时,与W1和W2水平相比,W3水平小桐子的株高、茎粗、壮苗指数、干物质量和水分利用效率均显著提高(P<0.05).因此,试验中小桐子最优的灌水量为W3.当灌水量为W3时,与W3相比较,处理W3S1促进小桐子的干物质量及水分利用效率显著提高,而处理W3S2的小桐子的干物质量及水分利用效率下降甚微(P>0.05).可见,土壤含盐量较低时,适宜的土壤水分调控有助于提高小桐子的生长和水分利用效率;土壤含盐量较高时,适宜的土壤水分调控有助于提高小桐子的抗盐胁迫能力.
2016 Vol. 34 (10): 889-896 [摘要] ( 753 ) [HTML 1KB] [PDF 1467KB] ( 597 )
897 李明玉, 李晓丽, 陈溯航, 张强
冻融循环对鄂尔多斯砒砂岩重塑土样力学性能影响
为了分析内蒙古南部鄂尔多斯市准格尔旗砒砂岩重塑土的力学性能,采用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数的三轴压缩试验,研究冻融对砒砂岩重塑土力学性能的影响.在不同冻融循环次数(0~7次)和不同围压(50~300 kPa)条件下,得到了砒砂岩抗剪强度、内摩擦角和黏聚力、弹性模量的变化规律.结果表明:在相同的冻融循环次数下,随着围压的增大,抗剪强度峰值呈线性增长.在相同的冻融循环次数下,砒砂岩黏聚力均随含水率增大而减小,内摩擦角随着含水率的增加呈现上下波动,因此冻融循环对抗剪强度的影响主要表现在对黏聚力的影响.在饱和含水率之前,弹性模量基本保持不变,含水率和冻融对其弹塑性的影响可以不考虑.达到饱和含水率后,偏应力-应变曲线不再存在直线段,砒砂岩弹性消失,全面进入塑性阶段.此研究可以为鄂尔多斯砒砂岩冻融侵蚀的破坏机理研究以及治理提供基础依据.
2016 Vol. 34 (10): 897-903 [摘要] ( 905 ) [HTML 1KB] [PDF 1564KB] ( 650 )
904 董平国, 王增丽, 霍云云
垄作沟灌土壤水盐分布及作物产量试验研究
对垄作沟灌土壤水盐分布及作物产量进行了田间试验.结果表明,灌水定额为400 m3/hm2时,沟底土壤水分的垂直运动明显增大.当灌水定额增加100 m3/hm2时,土壤水分水平运动高于垂直运动.沟底土壤全盐量受灌水定额影响明显:在灌水阶段,沟底表层土壤发生脱盐现象.土壤蒸发阶段,土壤发生积盐现象.垄顶土壤含盐量相对稳定,基本不发生向下运移.重度水分亏缺(处理T1,灌溉定额为1 700 m3/hm2)垄、沟积盐量分别为1.49,1.35 kg/m2,中度水分亏缺(处理T2,灌溉定额为2 100 m3/hm2)垄沟积盐量分别为1.42,1.12 kg/m2,充分灌水(处理T3,灌溉定额为2 500 m3/hm2)垄、沟积盐量分别为1.32,0.83 kg/m2,畦灌措施使0~100 cm土壤发生脱盐现象,脱盐量为1.29 kg/m2.垄作沟灌下,制种玉米产量为2 765.1~4 619.5 kg/hm2,WUE为0.755~0.969 kg/m3.穗长(Ls)、穗粗(ds)、行粒数(NR)与作物产量呈显著正相关关系.
2016 Vol. 34 (10): 904-909 [摘要] ( 914 ) [HTML 1KB] [PDF 1901KB] ( 619 )
910 张广冬, 葛友华, 郝昕玉, 马如宏, 袁铁军
基于Workbench的立式径向挤压制管机机架的数值分析
采用CAD/CAM软件Pro/E对立式径向挤压水泥制管机机架进行几何实体建模.基于ANSYS Workbench仿真平台对制管机机架进行静态分析和模态分析以及瞬态动力分析.制管机机架采用热轧H 型钢作为机架的立柱和横梁,材料为Q235B.通过静力分析可知,下侧移动平台负载变化较大时,如更换大口径模具,其支撑气缸和牵引气缸结构强度不足.通过模态分析可知,制管机机架侧向支撑刚度不足,应根据低阶振型对其加强以提高机架整体的低阶振动的稳定性.通过瞬态分析可知,制管机机架瞬态应力集中区域主要在立柱和侧向支撑上,和预期比较一致,该区域的机械强度需要进一步增强.通过上述静态、模态以及瞬态分析验证了机架设计的合理性,优化了机架设计方案,研究了冲击载荷随着时间的变化对机架结构的影响,为大口径立式径向挤压制管机的设计提供了必要的依据.
2016 Vol. 34 (10): 910-915 [摘要] ( 910 ) [HTML 1KB] [PDF 1997KB] ( 609 )
916 鄢一新, 邵怡斌, 叶飞, 鄢碧鹏
差压隔膜式加药装置
通过在密闭式加药罐中设置柔性防水薄膜,设计了一种与现有产品工作原理不同的差压隔膜式加药装置,新装置利用输水管道中设置的减压阀产生压差,作用在密闭式加药罐上完成加药.加药罐中柔性薄膜起分隔水和药剂的作用,保持加药罐中药剂浓度不变.研究分析了输水管道压力、流量与加药流量之间的关系,发现装置加药流量与管道压力无关而与管道中流量成正比,加药装置具有加药流量自我调节功能,能够适应输水管流量变化,保证加药均匀度.加药装置性能试验表明,该装置的管道水头损失小于0.5 m,同一流量下不同时刻加药浓度偏差小于4%,不同流量下加药浓度偏差小于2%,通过调节减压阀的设置,可以调整加药比例,适应不同用户需求.该装置不会大幅度降低管道压力且加药浓度稳定,可广泛应用于设施农业喷灌、滴灌系统中的加药、施肥.
2016 Vol. 34 (10): 916-920 [摘要] ( 746 ) [HTML 1KB] [PDF 1417KB] ( 609 )
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协办单位
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 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
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编辑出版
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