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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2017年 35卷 1期
刊出日期:2017-01-25

泵理论与技术
   
1 董亮, 肖佳伟, 明加意, 刘厚林
液力减速器模型空化特性数值模拟及试验研究
为了研究液力减速器内部流场空化特性,基于ANSYS CFX软件,采用RNG k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,选取液力减速器模型单个流道作为研究对象,对其在泵轮外环壁不同压力时进行数值模拟,并搭建减速器试验台,进行降压性能试验.将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了数值模拟方法对液力减速器空化特性预测是可靠的.研究结果表明:数值模拟方法获得的性能曲线与试验结果变化趋势一致,且可以捕捉到空化初生状态,数值模拟与试验结果平均误差为3.24%,可较好地反映液力减速器内部空化特性;随着泵轮外环壁压力不断降低,空化最先发生在泵轮叶片吸力面靠近轮毂的位置,之后向叶片中部扩大,直至占据叶片吸力面大部分区域;空泡分布在径向存在不均匀性,泵轮外环壁压力为0.25 MPa时,空化区域面积比(Sc/S)随着径向位置(r/R)的增大呈现先增大后减小的趋势,空化现象在流道靠近轮毂位置(r/R=0.3~0.5处)较为严重.
2017 Vol. 35 (1): 1-5 [摘要] ( 989 ) [HTML 1KB] [PDF 1665KB] ( 724 )
6 史广泰, 刘小兵, 魏文景, 刘洋
含导叶的液力透平内部压力脉动特性
为了降低液力透平内部的压力脉动幅值,选择一单级离心泵反转作液力透平,首先在液力透平叶轮外径处设置一组负曲率导叶,采用试验测量的方法研究添加导叶后液力透平的外特性,之后利用Pro/E软件建立含导叶的液力透平的几何模型,采用SST k-ω湍流模型并利用CFD计算该模型在叶轮进口前有无导叶2种情况下液力透平各过流部件内的压力和压力脉动变化情况,并通过快速傅里叶变换将压力脉动的计算结果进行处理,分析各过流部件内的时域和频域分布.研究发现:在液力透平叶轮进口前添加导叶后,蜗壳内的压力脉动主频幅值以及最大脉动幅值均减小,且添加导叶后叶轮内的压力脉动幅值也降低;同时添加导叶后尾水管内液流流动稳定,且尾水管内无涡流产生,使尾水管内的主频幅值大幅减小.因此在液力透平叶轮外径处设置导叶不但能改善液力透平的性能,还能有效地降低各过流部件内的压力脉动幅值.
2017 Vol. 35 (1): 6-12 [摘要] ( 826 ) [HTML 1KB] [PDF 2499KB] ( 696 )
13 高波, 王震, 杨丽, 杜文强, 李长军
叶轮口环间隙对离心泵性能及流动特性的影响
为了研究不同叶轮口环间隙对离心泵性能及其流动特性的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,开展三维数值计算和试验.在传统口环间隙范围内选取2个不同的值(0.25 mm和0.50 mm)并选取一个大于常规范围的值(0.75 mm),通过对比各个间隙下离心泵的性能和前腔的流动特性,获得了前口环间隙对离心泵性能及流动特性的影响规律.结果表明:随着叶轮口环间隙的增大,离心泵扬程随之减小,效率也随之降低;口环间隙为0.50 mm时叶轮所受的径向力最大,其次是0.25 mm,0.75 mm时最小;随着口环间隙的增大,口环圆周截面的总压分布更加均匀,与前腔相接的部位总压下降,与叶轮进口相接的部位总压上升;受口环及叶轮前盖板所产生的离心力影响,前腔内流体的径向分速度随口环间隙的增大而增大,前腔轴截面的涡量也随之增大,流线的形状更加流畅规则.
2017 Vol. 35 (1): 13-17 [摘要] ( 1261 ) [HTML 1KB] [PDF 4846KB] ( 992 )
18 杨从新, 强盼, 安莎, 徐楠, 刘军年
口环间隙变化对高转速离心泵性能的影响
为了阐明口环间隙变化对高转速离心泵性能的影响,以一台转速n=38 500 r/min的离心泵为研究对象,基于泵几何参数,建立前、后口环间隙变化为0.01 mm的16种匹配方案,通过数值模拟方法预测了不同匹配方案下离心泵的性能.结果表明:当后口环间隙越小时,效率及轴功率对前口环间隙变化的敏感度越高;当前口环间隙越小时,效率及轴功率对后口环间隙变化的敏感度也越高;当前口环间隙一定时,随着后口环间隙的增大,扬程下降;当后口环间隙一定时,扬程随着前口环间隙的增大出现微小上升;无论是小间隙匹配还是大间隙匹配,前、后口环处泄漏量均随着流量的增大而减小;匹配的间隙值越大,对应模型的扬程及效率越低,功率越大,扬程随流量的变化越明显;口环内部水力阻力的形成主要是消耗了静压,液体通过口环后,其速度的变化并不明显;随着口环间隙的增大,在口环内同一位置处静压下降,动压上升.
2017 Vol. 35 (1): 18-24 [摘要] ( 1036 ) [HTML 1KB] [PDF 1988KB] ( 768 )
25 张霞, 袁寿其, 张金凤, 黄茜
螺旋形蜗壳型式对高比转数离心泵性能的影响
为了研究2种不同螺旋形蜗壳型式下高比转数离心泵的水力特性,以某一螺旋形单蜗壳为原型,设计了一台各截面面积相等、主要几何参数相同且带有对数螺旋形隔板的双蜗壳.选用SST k-ω湍流模型,应用ANSYS 14.5软件,对单、双蜗壳高比转数离心泵进行了不同工况的三维湍流数值计算,并利用原型泵的外特性试验,验证了数值计算方法的准确性.结果表明:在大流量工况下,双蜗壳泵具有更高的水力效率和扬程;额定工况及小流量工况下,隔板的存在影响不大.此外,双蜗壳内的压力脉动整体小于单蜗壳内的,尤其在靠近蜗壳出口处,双蜗壳内的监测点压力脉动幅值显著降低,这表明隔板能有效地抑制压力脉动;从扩散管段的截面流线图可以看出其流动比单蜗壳的更顺畅;不同工况下,双蜗壳匹配作用下的叶轮所受径向力均小于单蜗壳作用下的,尤其在大流量工况下,差值最大,说明隔板也能更好地平衡叶轮所受径向力.这对高比转数离心泵水力设计具有一定的参考价值.
2017 Vol. 35 (1): 25-31 [摘要] ( 885 ) [HTML 1KB] [PDF 3245KB] ( 703 )
32 张仁田,, 朱红耕,卜舸, 单海春, 周伟, 姚林碧
南水北调东线一期工程灯泡贯流泵性能分析
南水北调东线一期工程中有6座泵站采用灯泡贯流泵,由于其结构不同,因此性能存在差异.分析了这6座泵站装置模型试验成果,介绍了优化设计的方法和措施;根据模型装置验收试验成果,其性能均达到和优于合同保证值.采用量纲一的流量系数、扬程系数和空化系数,对6座泵站的性能进行对比分析,相同的水力模型在不同结构中的扬程系数-流量系数曲线基本重合,而且最高效率都达到了约80%,因此性能均较优.通过现场测试的数据,进一步验证了灯泡贯流泵的优越性能和良好的运行稳定性,而且实测数据好于模型装置试验预测值,灯泡贯流泵适合于南水北调工程低扬程泵站.
2017 Vol. 35 (1): 32-41 [摘要] ( 796 ) [HTML 1KB] [PDF 3408KB] ( 786 )
42 潘强, 施卫东, 张德胜, 赵睿杰
泵站用轴流泵鱼友好型设计及鱼类存活率预测
传统泵站使用中存在大量鱼类死亡现象.为了提高鱼类流经泵站流道后的存活率,采用与试验值吻合度较高的叶片撞击模型,预测了原型泵不同工况下的鱼类死亡率:理论上设计流量点鱼类死亡率高达68%.基于叶片撞击数学模型,提出了提高鱼类存活率的鱼友好型设计方法,分析了各鱼友好型设计对提高鱼类存活率的效果,其中叶片数和转速是影响撞击概率的主要因素,而叶片数是导致扬程变化灵敏度较低的因素;前缘弯掠大幅降低了垂直前缘的撞击速度分量,是影响撞击死亡率的主要因素,加厚型线头部是影响撞击死亡率的次要因素,但两者会加剧径向流动,降低叶片效率及汽蚀性能.经鱼友好型设计后,鱼类死亡率整体控制在30%以下,设计工况点下的鱼类死亡率由68%降低至13%,效果显著.该研究可为鱼友好型泵及泵站的开发应用提供参考.
2017 Vol. 35 (1): 42-49 [摘要] ( 824 ) [HTML 1KB] [PDF 1505KB] ( 799 )
50 高雪琦, 张笑笑, 王建军
缓蚀剂液膜分布规律的数值模拟
为了实现后续正常加注工艺对缓蚀剂膜的有效修复、补充,保证缓蚀剂的防腐蚀作用,对目标管段内缓蚀剂预膜层分布情况以及随流动情况变化规律进行研究,使用Fluent软件,基于欧拉-欧拉模型,建立RNG k-ε双方程模型描述管道内复杂的湍流流动,采用VOF模型模拟预膜工艺形成的缓蚀剂液膜在管壁的流动规律,计算预膜工艺形成的缓蚀剂液膜在气流作冲刷和重力作用下沿输气管道内壁分布情况以及缓蚀剂表面张力对液膜分布的影响.结果表明:缓蚀剂液膜在重力作用下向管底沉降,约占管道截面的1/3,弯头部位二次旋涡的存在会破坏缓蚀剂液膜原有的分布,向二次旋涡夹带方向移动,所以在工程实际中应重点监测这些部位.表面张力越大,壁面黏附功越大,壁面处缓蚀剂分布越均匀并且含量越高,最高缓蚀剂含率可以达到100%.因此在预膜工艺时,推荐选用壁面黏附性强且表面张力大的介质.
2017 Vol. 35 (1): 50-55 [摘要] ( 822 ) [HTML 1KB] [PDF 2695KB] ( 650 )
56 许恒杰, 宋鹏云
三自由度微扰下的静压干气密封动态特性分析
为了了解三自由度微扰下静压干气密封的动态特性,采用小扰动法和有限差分法求解静压干气密封端面气膜压力控制方程,研究了压缩数、频率数和气源压力对静压干气密封动态特性的影响.结果表明:轴向直接动态气膜刚度随压缩数、频率数、气源压力增大而增大,但两角向直接刚度受压缩数的影响较小;轴向、两角向直接动态气膜阻尼随压缩数、气源压力增大而减小.轴向直接阻尼在压缩数Λ为20以下,下降明显.两角向交叉耦合动态刚度、阻尼分别呈现轴对称特性.两角向的交叉耦合刚度在低压缩数(Λ=1~40)下,与压缩数关系不大,但高压缩数下(Λ≥40),耦合刚度随压缩数的增大而增大.两角向的交叉耦合阻尼,在低压缩数(Λ=1~40)下,随压缩数的增大而增大,但在高缩数下(Λ≥40)下,与压缩数关系不大.
2017 Vol. 35 (1): 56-64 [摘要] ( 860 ) [HTML 1KB] [PDF 1644KB] ( 580 )
泵理论与技术
65 孙道宗,, 王卫星,, 唐劲驰, 姜晟
茶树水分胁迫建模及试验
通过观测冬季和春季塑料大棚中不同灌溉条件下茶树的冠层温度、空气温湿度、土壤热流密度、土壤湿度、太阳净辐射照度及风速等因素, 利用Idso经验模式确定了冠气温差的下限方程.通过观察不同水分处理条件下茶树作物水分胁迫指数的日变化和季节变化,得出了反映茶树水分状况的关系曲线.研究分析了Jackson的理论模式与Idso的经验模式反映茶树水分胁迫的差异性,针对于华南地区经常出现的冬旱及春旱,首先通过人工田间数据采集的方法,分9—12月和1—3月2个阶段测量茶树作物水分胁迫指数中所涉及到的各个参数,建立了茶树冬季和春季的作物水分胁迫指数模型.研究结果发现,茶树冬季和春季作物水分胁迫指数模型相差不大,冬季经验模型中,系数AB的值分别为1.265和-0.220,而春季经验模型中,系数AB的值分别是1.230和-0.214,这可能与茶树属于多年生植物,冬季和春季叶面积指数等变化不大相关.
2017 Vol. 35 (1): 65-70 [摘要] ( 763 ) [HTML 1KB] [PDF 1421KB] ( 576 )
71 余小弟, 刘小刚, 朱益飞, 齐韵涛, 杨启良, 唐建楷
土壤质地和供水压力对竖插式微润管入渗的影响
竖插式微润管灌溉是一种适宜于果树及经济林木等宽距作物的节水灌溉新模式.为探明土壤类型和压力水头2个因素对竖插式微润管入渗的交互影响,采用3种土壤(红壤土、砂壤土和砂土)和3个水头(1.0,1.5,2.0 m),探究竖插式微润管的入渗速率、累计入渗量、湿润体体积及湿润体含水率分布特征.研究发现:竖插式微润管不同时间的入渗速率符合Horton修正模型;累计入渗量为灌水时间的2次函数;土壤湿润体随水头的升高而增大,形状为下部略大而上部略小的梨形.水头较低时湿润体增长速率变化平缓;入渗开始后第4~6 h内湿润体增长速率达到极大值,变化过程服从对数正态分布.土壤类型对土壤含水率大小影响显著,而水头对土壤含水率大小的影响较小;红壤土和砂壤土湿润体内含水率分布均匀度高于砂土.研究结果可为微润灌溉的合理应用提供理论依据和实践参考.
2017 Vol. 35 (1): 71-79 [摘要] ( 982 ) [HTML 1KB] [PDF 1628KB] ( 625 )
80 胡建桥,, 王锦辉, 张建香, 成自勇
浑水膜孔灌自由入渗特性试验研究
通过室内相同条件下清水膜孔灌自由入渗和4种不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了不同含沙率对浑水膜孔灌自由入渗特性和灌水结束后湿润体内水分分布情况的影响,建立了浑水膜孔灌自由入渗参数、湿润锋运移参数和灌水结束后湿润体内水分分布曲线参数与不同含沙率的关系,提出了不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、湿润锋运移模型和灌水结束后湿润体内水分分布曲线模型,以及不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗相对相同条件下清水膜孔灌自由入渗的减渗特性及其影响规律.结果表明:随着浑水含沙率的增大,累积入渗量逐渐减小,且均小于相同条件下的清水累积入渗量,入渗系数K随着含沙率的增大而减小,入渗指数α随着含沙率的增大而增大;在相同入渗时间内,随着浑水含沙率的增大,垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐减小;灌水结束后湿润体内垂直方向和水平方向质量含水率均随着距膜孔中心距离的增大而逐渐减小;不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗与相同条件下清水对比具有减渗作用,随着含沙率的增大,减渗率逐渐增大.
2017 Vol. 35 (1): 80-86 [摘要] ( 837 ) [HTML 1KB] [PDF 1468KB] ( 533 )
87 葛振涛, 纪晶, 兰玉彬, 胡笑奇, 秦婷婷, 胡彩旗
尾鳍对无阀压电泵性能的影响分析与试验研究
为了研究仿尾鳍式无阀压电泵的工作性能,探讨尾鳍对无阀压电泵泵送流量的影响,运用ANSYS软件对压电振子进行了湿模态分析,得到压电振子的前三阶工作频率以及压电振子的振型,然后通过Fluent软件,分别对有尾鳍和无尾鳍压电泵泵送性能进行仿真分析和试验对比.通过仿真分析得出,当激励电压峰峰值为100 V,频率为800 Hz时,有尾鳍时压电泵的泵送流量为65.34 mL/min,无尾鳍时压电泵的泵送流量为5.32 mL/min.试验结果表明:当仿尾鳍式压电振子的工作电压峰峰值为100 V,工作频率为760 Hz时,泵送流量为75.65 mL/min,工作频率为800 Hz时,泵送流量为60.25 mL/min;而无尾鳍压电泵的在相同电压和频率下的泵送流量分别为4.60,4.10 mL/min,发现仿尾鳍式无阀压电泵泵送流量的主要来源为尾鳍对流体的驱动,分析了误差产生的原因,通过试验测试泵送流量与仿真结果进行对比,进一步验证仿真分析的正确性.
2017 Vol. 35 (1): 87-92 [摘要] ( 804 ) [HTML 1KB] [PDF 1614KB] ( 731 )
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主办单位
 江苏大学
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
 袁寿其
编辑出版
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