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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 2期
刊出日期:2017-02-25

   
93 顾延东, 袁寿其, 裴吉, 刘永, 曹健
导叶安装位置对混流泵压力脉动特性的影响
为研究混流泵导叶最优的周向安装位置,采用ANSYS CFX 14.5进行定常和非定常计算,分析了8个不同导叶安装位置(C0-C7)对水力性能、压力脉动频域特性、压力脉动强度的影响.经过网格无关性检查后,原始导叶安装位置C0的数值计算结果与外特性试验具有很高的一致性,验证了数值模拟的可靠性.研究结果表明:导叶安装位置对该混流泵扬程的影响较小,各个安装位置的扬程均满足设计要求,而对水力效率的影响较大,C2水力效率最高,C7最低,其差值达到2.6%;导叶安装位置对监测点的主要激励频率没有影响,均为3倍叶频,但对主频的幅值有较大影响,C7主频的幅值最大,而C0和C2的幅值比较接近;压水室中的压力脉动强度随着导叶位置的改变而变化,极大值出现在导叶的工作面附近,C7的压力脉动强度最大,C0次之,C2最小.综合考虑该混流泵的水力性能和压力脉动特性,导叶安装位置为C2时,整体性能最优,可为该混流泵的导叶安装提供参考.
2017 Vol. 35 (2): 93-99 [摘要] ( 993 ) [HTML 1KB] [PDF 6377KB] ( 1140 )
100 孙帅辉,, 吴凯, 黄益, 郭鹏程, 罗兴锜
涡旋式液泵内流场及空化的数值模拟
对涡旋液泵的内流场进行了数值模拟,其中空化模型采用Schnerr-Sauer模型,流体域的变化通过动网格技术来实现,得到涡旋式液泵在0.5 mm啮合间隙下的流场,同时对泵内特殊点的压力和速度进行了监测,并对其进出口流量进行了计算.结果表明:涡旋液泵吸液腔在0°附近产生压力峰值,达到1.5 MPa,在高压差的作用下,外啮合间隙处存在高速射流,使外部流道内产生涡和空化.在啮合间隙低压侧,动盘运动使吸液腔局部面积增大而产生负压和空化.涡和空化造成其附近压力和速度的脉动,从而堵塞流道,并使泵的整体流量产生脉动.动盘的运动和进口的不对称导致涡旋液泵两侧工作腔内压力、速度、涡的分布以及吸液量存在较大的差异,并在吸液后期导致右侧吸液流道内流动趋于静止,流体主要通过顶部流道流入右侧吸液腔.
2017 Vol. 35 (2): 100-105 [摘要] ( 1253 ) [HTML 1KB] [PDF 3222KB] ( 1267 )
106 林刚, 袁建平, 司乔瑞, 周帮伦, 孙威
叶轮几何参数对离心泵进口回流特性的影响
为研究叶轮几何参数对离心泵进口回流特性的影响规律,以IS65-50-160型低比转数离心泵为研究对象,基于Standard k-ε湍流模型,对模型泵进行三维定常数值模拟,得到模型泵的性能曲线,并与试验结果进行对比,分析了叶片数、叶片进口冲角和叶片进口边位置3个叶轮几何参数对模型泵进口回流特性的影响,研究回流发生时不同工况下的速度、流线分布.研究结果表明:叶轮进口回流首先发生在管壁附近,随着叶片数增加,叶轮进口回流速度不断减小,当叶片数Z=7时,模拟的扬程在各个工况下均较高,回流强度较小;当叶片进口冲角Δβ=10°时,流体从叶轮进口向进水管的反向流动速度较小,叶轮流道流线分布较好,回流强度较弱;当叶片进口边向前延伸时,离心泵性能得到改善,叶轮进口回流强度有减小的趋势.
2017 Vol. 35 (2): 106-112 [摘要] ( 1084 ) [HTML 1KB] [PDF 2190KB] ( 1297 )
113 刘志超, 孔繁余, 王洋, 谢山峰, 赵立峰
非等距叶片分布对旋涡自吸泵压力脉动的影响
为了减小旋涡自吸泵压力脉动幅值及泵运行时的噪声,采用非等距叶片的分布方式,设计了3种叶片分布叶轮,分别对旋涡自吸泵进行稳态性能和压力脉动分析.利用RNG k-ε模型求解旋涡自吸泵内部非定常流动和性能,并获得旋涡自吸泵内部径向和轴向间隙处压力脉动数据.数值结果表明:非等距叶片分布会对旋涡自吸泵的性能产生一定的影响.当调制角较小时,其对旋涡自吸泵的性能影响较小;总体上,调制角对自吸泵效率影响不大.与等距叶片相比,非等距叶片的压力分布较小.另外,非等距叶片分布能够有效地减小旋涡自吸泵的压力脉动幅值和改变脉动的主频,同时调制角的变化会影响压力脉动特性,当调制角为5°时,主频幅值下降幅度最大.控制调制角在合适范围内可以获得更好的压力脉动特性.
2017 Vol. 35 (2): 113-118 [摘要] ( 1153 ) [HTML 1KB] [PDF 2204KB] ( 1031 )
119 张习同, 徐伟, 何秀华
对数螺旋组合管无阀压电微泵性能
为了增大流管的流阻比以提高微泵性能,在传统的扩散/收缩管基础上提出1种新型对数螺旋组合管结构.该组合管为三通结构,由汇流管即传统的扩散/收缩管和分流管即以对数螺旋线为轮廓的一对对称流管组成.利用数值模拟方法分别对汇流管和分流管进行正交优化设计,并通过试验对数值模拟结果进行检验.结果表明优化后的对数螺旋组合管正反向流阻比近似为常数1.7,优于传统的扩散/收缩管.正、反向流动数值模拟结果相比试验值误差分别小于20% 和12%.加工出应用对数螺旋组合管的样泵并进行试验测量,结果显示该微泵的扬程和流量在频率为225 Hz下存在峰值,该频率下扬程和流量随输入电压的增大而增大.该微泵最大扬程为396 mm水柱,最大流量为0.43 mL/min.应用该组合管可以有效增大正反流阻比从而提高无阀压电微泵的性能.
2017 Vol. 35 (2): 119-125 [摘要] ( 865 ) [HTML 1KB] [PDF 2441KB] ( 1074 )
126 陈宇杰, 郑源, 阚阚, 张海胜, 徐建叶, 陈鹏, 陈荣杰
轴流泵转子系统水中模态分析
为了研究轴流泵转子系统在水中的模态以及水介质对于模态的影响,保障轴流泵机组高效稳定运行,避免发生共振,采用基于流固耦合的理论对ANSYS Workbench平台进行二次开发,通过编写APDL语言实现流体与固体计算方程的耦合,计算轴流泵转子系统在空气中以及水中的模态.结果表明:与流场计算不同,模态分析过程中对结构域进行三维建模时,不能将结构中的空心部分简化为实体;水介质的存在使得转子系统各阶固有频率均有下降,频率降低系数的范围为7.95%~13.29%,各阶频率的下降系数未呈现出显著的规律性;轴流泵的叶片通过频率为15 Hz,导叶通过频率为25 Hz,这两个机组特征频率的值远小于转子系统在水中的各阶固有频率,可以认为轴流泵在工作过程中发生共振的可能性比较小.
2017 Vol. 35 (2): 126-132 [摘要] ( 1010 ) [HTML 1KB] [PDF 1545KB] ( 1196 )
133 王文全, 李伟忠, 闫妍
水轮机活动导叶匀速开关过程的三维湍流数值模拟
针对水力机械水力暂态过程中非定常流动的动边界问题,基于浸入边界法的建模思想,将刚体运动对流场的影响以附加体力的形式加入Navier-Stokes方程,建立了活动导叶连续运动和流体相互作用的数学模型.采用直接分步投影方法求解基于浸入边界法的耦合系统方程,其中固体边界离散点的作用力密度通过强制满足流固边界的无滑移条件导出,并通过δ光滑函数转换到流场的欧拉网格点上,实现对速度场的二次修正.通过数值模拟活动导叶连续运动下叶道内复杂湍流流动,获取活动导叶连续开、关过程中涡量等流动参量的时变特性和作用于转轮上的水力载荷特性.计算结果有助于水力机械暂态过程和机组稳定性控制策略的优化设计.
2017 Vol. 35 (2): 133-137 [摘要] ( 1079 ) [HTML 1KB] [PDF 2054KB] ( 992 )
138 何城, 张健, 郑源, 王焰康, 何东阳
卧式空气罐的水锤防护性能
针对立式空气罐存在安全稳定性较差,占地空间大,易受地形、厂房大小等安装条件限制的问题,提出了水平放置的卧式空气罐方案.建立了卧式空气罐的边界条件数学模型,并给出了卧式空气罐内水位和压力波动的数值计算公式.结合工程实例,对立式和卧式2种不同放置形式的空气罐在抽水断电工况下的水锤防护性能进行了数值模拟.结果表明立式和卧式空气罐均能够有效防护停泵水锤;同等体型参数下,卧式空气罐的罐内水位变化幅值小于立式空气罐,在防护输水管道停泵水锤方面的效果相对较优于立式空气罐.对于给定容积的卧式空气罐,理论上存在一个较优的连接管径使得水锤防护效果最佳;在罐内水量满足空气罐向管道补水要求的前提下,可尽量加大空气罐的初始气体体积和适当提高空气罐的罐底安装高程,以获得更好的水锤防护效果.
2017 Vol. 35 (2): 138-143 [摘要] ( 884 ) [HTML 1KB] [PDF 1537KB] ( 1077 )
144 邓强国,, 宋鹏云, 毛文元, 许恒杰
气体黏度与温度和压力关系的拟合表达式
为了了解气体黏度对干气密封等气体润滑机构性能的影响,在高压条件下,气体黏度与气体温度和压力均有关系.文中以氮气作为研究对象,以AP1700物质物性平台数据库作为数据源,采用数学软件用最小二乘法拟合出黏-温、黏-压、黏-温-压3种关系式.将拟合关系式与美国国家标准与技术研究院(NIST)数据库、中国国家标准《热交换器》(GB/T 151—2014)附录中给出的气体黏度值、Booser编著的《摩擦数据手册》中提供的气体黏度计算值和Lucas经典方程计算数据进行对比.结果发现:文中拟合得到的关系式具有较高精确度,可以作为气体黏度与温度和压力变化规律的一种表达式,用于涉及黏-温、黏-压、黏-温-压的黏度计算.
2017 Vol. 35 (2): 144-151 [摘要] ( 2559 ) [HTML 1KB] [PDF 1677KB] ( 4396 )
152 孙丰, 汪建文,, 刘雄飞,
风力机侧偏限速机构的机理分析及倾角优化
针对具有限速机构的小型风力机侧偏过程中理论力矩公式推导,分析风轮叶片及尾翼的气动性能,揭示了限速机构的风轮侧偏、尾翼偏转及重力回位力矩的产生机理并推导出其各力矩的精确表达公式,指出侧偏限速机构的研究重点在于侧偏时力矩之间动态平衡的过程;在此基础上,对侧偏限速机构重要参数的选取原则提出了具体说明,并在8种不同尾翼斜铰轴后倾角β′及侧倾角β″组合下,采用Matlab仿真软件对其编程绘制出尾翼回位力矩Mb及电动机输出功率P的变化曲线图.结果表明:具有β′>β″结构的侧偏限速型风力机在调速过程中能较好满足力矩之间动态平衡要求;采用Matlab软件在β′>β″倾角组合中找到了一组后倾角β′=8°、侧倾角β″=3°的最佳倾角组合,可以保证大风时电动机输出功率较为恒定及整机侧偏性能稳定,这将对小型风力机侧偏机构的进一步优化分析提供一定的技术基础.
2017 Vol. 35 (2): 152-157 [摘要] ( 1006 ) [HTML 1KB] [PDF 1408KB] ( 1035 )
158 雷宏军, 冯凯, 张振华, 潘红卫, 臧明
河南3种典型土壤曝气滴灌草莓生长与品质
以草莓(红袖添香)为供试作物,研究了循环曝气滴灌下河南3种不同土壤盆栽种植草莓生长、生理指标、产量和品质.结果表明,郑州黄黏土(YC)、南阳黏壤土(CL)和驻马店重壤土(HL)3种土壤曝气处理草莓的生长的品质指标较未曝气对照处理均有显著提升,其中,株高分别增加了25.3%,21.5%和18.2%;净光合速率分别增加了18.6%,13.4%和15.7%,蒸腾速率分别增加了26.4%,5.6%和10.9%;VC含量分别增加了12.6%,3.4%和14.4%;糖酸比分别增加了47.1%,7.7%和25.1%;根长、根冠比和根系活力显著提高,其中,郑州黄黏土分别提高了48.0%,24.1%和40.2%,南阳黏壤土分别提高了17.8%,28.0%和20.0%,驻马店重壤土分别提高了27.7%,20.8%和40.1%.与对照相比,上述指标差异均在0.05水平下具有统计学意义.循环曝气滴灌对河南3种典型土壤草莓均具有显著改善效果,其中郑州黄黏土改善作用最为明显.
2017 Vol. 35 (2): 158-164 [摘要] ( 870 ) [HTML 1KB] [PDF 1429KB] ( 1555 )
165 王丹丹, 晓兰, 张俊宏,
中国粮食生产蓝绿水资源利用效率分析
为分析蓝绿水资源利用效率的空间差异,计算了省区尺度总农田与灌溉农田广义水资源利用量水分生产率(Ptu,Piu)与蒸散量水分生产率(PtET,PiET)以及雨养农田水分生产率(Pr).分析了2010年不同水分生产率指标的空间差异和灌溉对水分生产率的影响.结果显示:Ptu,PtET,Piu,PiETPr分别为0.765,0.979,0.767,1.002及0.758 kg/m3;Ptu,PtET,PiuPiET的空间分布格局相似,均与Pr无显著相关性,灌溉农田在粮食生产、水资源利用及水分生产率空间分布上起主导作用;全国灌溉农田粮食单产是雨养农田的2.6倍,黄淮海平原及其周边省区的Piu高于Pr,而灌溉在海南等15个省区的增产效益以降低水分生产率为代价.东北和西北地区蓝绿水资源利用效率的提升空间较大.研究可为农业水资源利用及管理实践提供参考.
2017 Vol. 35 (2): 165-171 [摘要] ( 963 ) [HTML 1KB] [PDF 2469KB] ( 1141 )
172 王增丽, 冯浩,, 方圆
活性炭对春玉米农艺性状及产量的影响
通过盆栽试验研究了土壤增施活性炭对春玉米生育期农艺性状及产量的影响.结果表明,随着活性炭施入量的增加(0~9 g/kg),春玉米营养生长期的株高最大生长速度和叶绿素质量比呈先增加后降低的趋势.增施活性炭对春玉米总干物质的累积的影响呈先抑制后促进的趋势.在苗期抑制作用显著,在拔节期促进作用明显.增施活性炭能提高春玉米营养生长期地上部干物质的累积,但对生育后期地下部干物质的累积促进作用存在阈值.当活性炭质量比高于6 g/kg时,对地下部干物质的累积促进作用明显减弱.春玉米产量与籽粒数、穗长构成要素在0.05水平下呈正相关关系,出籽率和根冠比两产量构成要素在0.01水平下呈正相关关系.土壤增施活性炭能增加春玉米籽粒数,改善根冠比例,提高作物产量.土壤增施质量比为1 g/kg的活性炭提高春玉米经济产量效果最好.
2017 Vol. 35 (2): 172-177 [摘要] ( 871 ) [HTML 1KB] [PDF 1299KB] ( 1018 )
178 钟韵, 费良军, 傅渝亮, 金世杰, 王锦辉
浑水膜孔灌入渗影响因素
为了揭示浑水入渗与清水入渗的差异,通过大量浑水膜孔灌自由入渗试验资料,分析了影响浑水膜孔灌自由入渗能力的因素,研究了泥沙粒度组成、膜孔直径、土壤容重和土壤初始含水量对浑水膜孔灌自由入渗能力的影响,结果表明各因素对膜孔灌自由入渗能力均有显著的影响,提出了各影响因素与浑水膜孔灌入渗能力之间的关系,建立了泥沙粒度组成、膜孔直径、土壤容重以及土壤初始含水量的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量和稳定入渗率模型,其相关系数均大于0.960 0,根据入渗时间利用这些模型可求得相应的累积入渗量、稳定入渗率,从而进一步判断浑水膜孔灌土壤的自由入渗能力.结论可为更深入地研究浑水膜孔灌自由入渗规律和浑水膜孔灌技术提供参考.
2017 Vol. 35 (2): 178-184 [摘要] ( 812 ) [HTML 1KB] [PDF 1790KB] ( 922 )
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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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