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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 3期
刊出日期：2017-03-25
   
185 陶艺, 袁寿其, 刘建瑞, 张帆, 陶建平
陶瓷泵半开式叶轮前盖板流线对泵性能的影响
为了研究陶瓷泵半开式叶轮前盖板流线对泵性能的影响,对叶轮前盖板流线与径向夹角分别为24°,22°,20°,18°,16°,14°,12°共7种方案进行数值计算,得到了各方案的外特性及内部流动情况.通过分析叶轮中液体沿流线从叶轮进口到叶轮出口的平均静压、平均总压及平均相对速度的变化规律,以及从叶轮前盖板流入泵腔间隙与从叶轮外缘所流出的液体流量大小,得到主要结论:随着叶轮前盖板流线与径向夹角减小到一定程度,泵扬程、效率都将随之下降,最高效率点往小流量方向偏移;在叶轮流道中段流入泵腔间隙的液体变多,导致从叶轮外缘流入蜗壳的高能液体变少,加上与在蜗壳内高压驱使下回流入叶轮流道的流体,在流道出口处混合产生的回流及二次流动,是导致泵扬程、效率下降的主要原因.为了验证数值计算的准确性,试制了最优方案3和最差方案7的叶轮,进行外特性试验,并将试验结果与模拟结果对比,发现试验结果与数值计算结果吻合,从而完成了优化设计,可为陶瓷泵半开式叶轮的设计提供一定的参考.
2017 Vol. 35 (3): 185-191 [摘要] ( 1046 ) [HTML 1KB] [PDF 3030KB] ( 1195 )
192 张克玉, 袁建平, 孙文婷, 司乔瑞
余热排出泵不同启动过程的内部流动特性
为研究余热排出泵不同启动过程的内部流动演化过程,采用基于Flowmaster与CFD的联合仿真方法对余热排出泵3种启动过程内部瞬态流场进行了数值模拟,分析了不同启动过程泵内压力、速度分布规律以及叶轮和导叶流道内的旋涡演变过程.基于Matlab-Simulink建立电动机启动模型,通过仿真后得到电动机启动过程转速随时间变化规律,结果表明:电动机经过5.5 s后,达到额定转速;在Flowmaster中建立余热排出泵启动过程仿真模型,得到不同启动过程中的流量变化规律;分析不同启动过程余热排出泵内部流场,由于交替启动过程是在高温高压的工况下运行,泵内压力梯度要明显大于最小流量管线启动过程,而双泵运行状态时蜗壳内的压力分布基本保持不变;分析不同启动过程余热排出泵内部速度分布及旋涡演化规律,3种启动方式都经历了旋涡的产生、分离、消失3个不同阶段,双泵运行状态下旋涡消失要早于最小流量管线启动和交替启动过程,在t=5.5 s时流道内流动已相对均匀,直至稳定运行状态,由此反映了启动过程中流体的惯性作用明显影响着流场的发展;对比3种启动过程下扬程曲线,双泵运行状态时扬程最小,扬程随叶轮旋转达到最大值,并出现一个瞬时冲击扬程,双泵运行状态时冲击现象最为明显.
2017 Vol. 35 (3): 192-199 [摘要] ( 1044 ) [HTML 1KB] [PDF 2896KB] ( 1153 )
200 史凤霞,, 杨军虎,, 王晓晖,
液力透平变工况瞬态特性的数值分析
为了研究液力透平变工况时的瞬态特性,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,对液力透平内部流场进行全三维非定常数值模拟,获得了变工况下液力透平内部流场的瞬时压力脉动、轴向力和径向力的变化规律.结果表明:变工况条件下,液力透平内部的瞬时压力脉动更为明显,小流量工况时静压力虽小,但压力脉动幅度最大,大流量工况的压力脉动幅度次之,最优工况时的压力脉动幅度最小;转轮进口动静耦合面处各个位置的压力脉动幅度与所处的位置有关,蜗壳环形出口位置的压力脉动较大,隔舌处压力脉动较小,压力脉动幅度随着流量的增大而增大;转轮进口动静耦合面和进出口的压力脉动主频等于叶频(转动频率与叶片数的乘积);液力透平在各个工况下均有径向力和轴向力存在,变工况下瞬时径向力的矢量分布近似圆形,瞬时轴向力在一个周期内变化趋势为先减小后增大,且存在最小值区域;流量越大,径向力和轴向力越大.
2017 Vol. 35 (3): 200-206 [摘要] ( 916 ) [HTML 1KB] [PDF 1717KB] ( 1115 )
207 冯进升, 刘厚林, 丁剑, 吴贤芳, 董亮
单流道离心泵的研究现状及发展趋势
简要介绍了单流道离心泵的应用和结构.在国内外学者研究工作的基础上,概述了单流道离心泵设计方法、能量预测模型、非定常特性的研究现状,并进行了归纳总结.根据前面所述的研究成果,展望了单流道离心泵研究的发展趋势,提出了未来的研究方向:针对单流道离心泵强烈的非定常特性,需要建立单流道叶轮全流量范围内滑移系数的求解公式,修正完善能量损失公式,建立单流道离心泵的能量性能预测模型;基于滑移系数和性能预测模型,提出单流道叶轮的水力设计方法.因此,认为研究单流道离心泵的非定常特性、建立高精度的单流道离心泵能量性能预测模型以及完善其设计方法是今后单流道泵研究工作的重点.
2017 Vol. 35 (3): 207-215 [摘要] ( 1163 ) [HTML 1KB] [PDF 1440KB] ( 1283 )
216 卢展雄, 刘琼, 王凯, 陈昆
基于专利地图的国内外多级离心泵技术分析
为了分析多级离心泵发展趋势,从专利数据的视角对国内外多级离心泵技术进行深入研究,剖析了国内外多级离心泵技术的专利申请趋势、申请国家分布、IPC分布、申请人分布、以及专利被引频次,同时基于专利地图技术对国内外多级离心泵技术的主要研究方向进行分析.研究结果表明:全球多级离心泵技术的研究相对较少,主要集中在中国,正处于发展阶段,多级离心泵技术仍然是研发的热点,在未来依然会持续发展;国外多级离心泵技术的专利权人以企业和个人为主,国内则以科研单位居多,多级离心泵技术的研究成果并没有完全产品化和市场化;多级离心泵技术的专利主题主要集中在泵零部件的设计研究,其应用研究相对较少;多级离心泵的核心技术或基础研究主要分布在美国,被引频次最高的专利是US7407371B2.
2017 Vol. 35 (3): 216-221 [摘要] ( 5582 ) [HTML 1KB] [PDF 1900KB] ( 1351 )
222 魏雪,,,, 周蓓蓓,,,, 王全九,,,
泾惠渠灌区渠道衬砌对土壤有机质的影响及其空间变异性
为了解灌区渠道衬砌节水对土壤质量的影响,以陕西关中典型灌区泾惠灌区为研究对象,综合运用传统统计学、地统计学和GIS技术,研究了泾惠渠灌区干支渠衬砌渠道两侧土壤有机质(SOM)空间变异及土壤颗粒分布特征.结果表明:衬砌渠道两侧SOM含量介于18.96~162.92 mg/kg,平均为86.07 mg/kg,其中,预制混凝土衬砌渠道两侧SOM含量最高,现浇凝土衬砌和浆砌石衬砌其次,复合土工膜衬砌最低;地统计分析表明,研究区SOM的半方差函数可用指数模型进行最优拟合,变程为21.7 km,结构方差占总方差的比例为0.37,SOM表现出中等程度的空间依赖性,SOM含量和土壤颗粒的kriging插值图表明,两者具有显著空间相关性.SOM的空间分布格局是随机性因素和结构性因素共同作用的结果.
2017 Vol. 35 (3): 222-227 [摘要] ( 851 ) [HTML 1KB] [PDF 1518KB] ( 1072 )
228 洪振国
水电站调压井的水力学特性
为了研究调压井在水轮机负荷变化时的水力学特性,以漾洱水电站调压井为研究对象,通过数值法计算调压井稳定断面面积、阻抗孔尺寸、最高和最低水位,同时为了论证数值法可行性,采用调节保证计算机组转速、蜗壳压力和尾水管压力,且以模型试验进一步分析调压井水力学特性.结果表明:调压井的稳定断面面积为688.134 m2,阻抗孔直径为4.50 m,最高涌波水位低于调压井顶高程2.120 m,最低涌波水位高于调压井底板5.541 m;蜗壳最大压力水头升高值为67.85 m,上升率为29%;机组转速上升值为350.7 r/min,上升率为40%;尾水管最低压力水头为0 m;蜗壳压力、机组转速和尾水管压力在安全可靠、经济合理范围内;调压井水流稳定,流态良好,没有产生旋涡,没有出现负压,阻抗孔上下压力差较小.因此调压井水力学特性良好,调压井体型是合理的.
2017 Vol. 35 (3): 228-234 [摘要] ( 915 ) [HTML 1KB] [PDF 1463KB] ( 1542 )
235 陈汇龙, 任坤腾, 李同, 王彬, 赵斌娟
乳液设备机械密封端面改型及冲洗降耗分析
针对乳液输送设备双端面机械密封主密封在实际运转中频现失效问题,采用端面螺旋槽造型技术对主密封进行端面改型,在考虑黏温关系的情况下,借助动网格UDF技术建立密封间隙液膜热流体计算模型,研究冲洗压力对液膜厚度、开启力、温度和冲洗液泄漏量等性能参数的影响规律,进行改型前后密封液膜热特性与冲洗液参数关系及端面摩擦功耗的对比分析.研究表明:冲洗压力增大,密封间隙膜厚减小,膜压增大,膜温升高,冲洗液泄漏量增大;主密封端面改型后,密封端面周向平均温度明显降低,随冲洗压力增大而增大的幅度明显减小,以及受温度、流量的影响程度也明显降低,且密封稳定性增加;同工况下,冲洗压力可降低0.1~0.5 MPa,达到延长密封寿命和显著降低冲洗系统能耗的目的.
2017 Vol. 35 (3): 235-242 [摘要] ( 1049 ) [HTML 1KB] [PDF 2460KB] ( 1144 )
243 杨雨, 邱涛
导板式扇形喷嘴清洗射流流场的数值模拟
为了提高导板式扇形喷嘴射流清洗效率和清洗质量,优化喷嘴结构,针对以水为单介质流体的导板式扇形喷嘴的流场特性,利用Pro/E软件建立了不同导流距离、导流面倾角和清洗距离的三维导板式扇形喷嘴模型.采用标准k-ε模型,并运用ANSYS Workbench软件对导板式扇形喷嘴的流场速度、压力等物理量进行了射流流场数值模拟.在边界条件和初始条件相同的情况下,分析了导板式扇形喷嘴在不同结构参数和不同清洗距离下的射流特性变化规律,从而为导板式扇形喷嘴的设计和优化提供了一定参考依据.结果表明:随着导板式扇形喷嘴倾斜角度θ的增大,打击在清洗件上的压力值逐渐减少,相反清洗范围则逐渐增大;随着清洗距离的增大,被清洗件轴线上压力逐渐减少,同时清洗范围有小幅度的增大;在20°的扇形倾斜角度、15和25 mm的导流距离及80~120 mm的喷头清洗距离下,导板式扇形喷嘴的清洗效果最佳.研究结论可 为扇形喷嘴的设计和优化提供参考.
2017 Vol. 35 (3): 243-247 [摘要] ( 1105 ) [HTML 1KB] [PDF 1582KB] ( 1211 )
248 赵连东, 高佩玲,, 王乃江, 刘小媛, 杨大明, 刘全忠
一维代数模型在重度盐碱土微咸水灌溉中的适用性
为了验证一维代数模型对微咸水在重度盐碱土入渗的适用性,以重度盐碱土为研究对象,设置不同矿化度水平(2,3,4,5 g/L)的微咸水进行室内垂直一维积水入渗试验.利用湿润锋和入渗率、湿润锋和累积入渗量之间的关系推求模型参数,对入渗历时和土壤剖面含水率进行数值模拟,采用符合度指数和均方根误差评价模型适用性.结果表明,入渗历时的均方根误差RMSE均小于6.7 min,入渗历时模型的符合度指数D均超过0.99;含水率的均方根误差RMSE小于3.5%,含水率模型的符合度指数D均在0.90以上;说明一维代数模型能够有效地描述微咸水在重度盐碱土中的入渗过程,对入渗结束后土壤剖面上水分分布情况具有较高的模拟精度.
2017 Vol. 35 (3): 248-255 [摘要] ( 766 ) [HTML 1KB] [PDF 1601KB] ( 877 )
256 聂倩文, 罗玉峰, 刘方平, 吕辛未, 崔远来, 缴锡云
考虑未来降雨的风险灌溉决策评价
提高降雨利用效率是农业节水的有效途径.根据天气预报中的未来降雨情况制定灌溉决策尽管可提高降雨利用效率,减少灌水浪费,但同时也存在因预报不准确而使作物受旱减产的风险.以赣抚平原灌区为例,根据2014—2015年早稻和晚稻生育期间的天气预报近期天气的温度及降雨量,预报水稻需水量,推求水稻灌溉制度,制定基于考虑未来降水的风险灌溉决策,并对风险决策和常规决策进行定量的节水效果、产量及灌水次数评价.结果表明:相对于常规灌溉,考虑天气预报的风险灌溉决策,除2014年早稻灌溉用水量一致外,可节水7.8%~16.7%.由于早稻生育期降水量大,产量基本不受干旱影响;晚稻风险灌溉决策的产量尽管有所下降,但降低幅度均在0.3%以内,并且灌溉次数可减少1~2次,因此风险灌溉决策可在一定程度上提高降雨利用率,减少灌水次数,节约灌溉用水.
2017 Vol. 35 (3): 256-262 [摘要] ( 825 ) [HTML 1KB] [PDF 1698KB] ( 1144 )
263 刘显, 费良军, 刘扬
涌泉根灌交汇入渗对土壤水氮运移特性的影响
为提高涌泉根灌水肥的利用效率,通过野外肥液入渗试验,探究了不同灌水器间距(30,40,50,60 cm)条件下湿润锋运移、湿润体积、土壤水分及氮素分布的规律.结果表明:不同灌水器间距对湿润锋运移距离以及湿润体体积均具有较大的影响;随着灌水器间距的增大,水平最大湿润距离、产生交汇时间和湿润体体积均呈递增趋势,而交汇面处湿润深度和土壤氮素质量分数均呈减小趋势.灌水结束后,在灌水器处土壤水分及铵态氮量最高,交汇面处次之.随着再分布进行,湿润锋继续运移,湿润体增大,湿润体内氮素量逐渐升高;再分布1 d,湿润体基本达到稳定状态,再分布5 d,铵态氮量基本达到最大值,在观测的15 d内,硝态氮量一直处于持续增加状态.研究为涌泉根灌水氮高效利用奠定了基础.
2017 Vol. 35 (3): 263-270 [摘要] ( 763 ) [HTML 1KB] [PDF 2355KB] ( 1064 )
271 张昌爱,, 辛淑荣,, 王国良, 王成章, 盛亦兵
不同灌水方式对盐碱地苜蓿生长及土壤水盐动态的影响
为了优化盐碱地苜蓿栽培的灌水方式,采用自然降雨、滴灌、漫灌3处理3重复的田间小区试验研究了不同灌水方式对盐碱地苜蓿株高、株密度、产量及土壤水盐动态的影响作用.研究结果表明:与自然降雨条件相比,漫灌及滴灌均能显著增加苜蓿的株高和产量;滴灌与漫灌相比,在节约用水60%条件下产量不具有统计学意义差异,因而滴灌是苜蓿栽培中值得推荐的节水灌溉方式;漫灌主要影响到0~60 cm土层的土壤含水率,而对更深土层的水分含量影响较小;而滴灌主要影响到0~20 cm土层含水率,对20~60 cm土层含水率影响略小.随着土层的加深,灌溉对土壤盐分含量的影响差异逐渐减小.在试验条件下,灌溉措施主要影响到上层土壤的盐分含量(0~60 cm土层).就2种灌溉措施而言,漫灌能增加表层(0~20 cm)土壤的盐分含量,而滴灌对上层(0~60 cm)土壤盐分含量的影响较为平均.漫灌和滴灌对土壤pH值及土壤EC值均具有一定的扰动作用,且其影响作用主要体现在0~60 cm深度的土层内;相对漫灌而言,滴灌对土壤0~60 cm各土层土壤pH值及土壤EC值的影响作用较为平均.
2017 Vol. 35 (3): 271-276 [摘要] ( 862 ) [HTML 1KB] [PDF 1463KB] ( 1315 )
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