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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 6期
刊出日期:2017-06-25

   
461 WANG Wei, YI Qi, WANG Yayun, LU Shengpeng, WANG Xiaofang
Adaptability research of hydrofoil surface water injection on cavitation suppression 
To study the effectiveness of hydrofoil surface water injection on cavitation suppression, the unsteady cavitation flow field around the NACA0066 hydrofoil at attack angle of 6° was simulated by the modified RNG k-ε turbulence model combined with the fullcavitation model. The structure of cavitation flow field and the hydrodynamic performance of hydrofoil were analyzed at the cavitation number of 085, 070, 055, respectively. Results show that barriered by the jet, the momentum of the reentrant jet was reduced; therefore the development of cavitation and the strength of cavity shedding were weakened to some extent. Cavitation suppression effect was very obvious in the cavitation conditions with the cavitation number of 07 and above when the injection position was at 37% chord length from the hydrofoil leading edge and the jetflow ratio kept 03. Timeaveraged lift and drag coefficient were reduced, but the liftdrag ratio increased in water injection conditions.
2017 Vol. 35 (6): 461-466 [摘要] ( 610 ) [HTML 1KB] [PDF 3109KB] ( 483 )
467 LU Jie, QIAN Zhongdong, GUO Zhiwei,WANG Chihang, SU Jiahui
Effect of wall jet on the bubble dynamics near a rigid wall
The bubble dynamic near a rigid wall with a wall jet is investigated by computational fluid dynamics (CFD) method with the volume of fluid (VOF) model, which is validated by previous experimental data. The effects of different velocities of the wall jet and different standoff distances on the bubble dynamics are studied. The results show that the bubble is squeezed with the wall jet due to more force added on the the bubble. When the velocity of the wall jet increases, the wall and the pressure along the wall at collapse time increase because of the extra push induced by the wall jet. As the standoff distance increases, the pressure along the wall first increases then decreases although the distance from the bubble to the wall increases.
2017 Vol. 35 (6): 467-471 [摘要] ( 748 ) [HTML 1KB] [PDF 1778KB] ( 568 )
472 程效锐, , 叶小婷, 包文瑞
导叶轴向安放位置对核主泵性能的影响
基于Reynolds时均化N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法和多重坐标系法,对3种不同导叶轴向安放位置核主泵缩比模型的内部流动进行了全三维定常数值计算.通过对比分析外特性、压力场和速度场,研究了导叶轴向安放位置对模型泵叶轮、导叶和泵壳内部能量转换特性的影响.结果表明,减小导叶与泵出水管轴线在叶轮旋转轴线方向的距离,小流量工况下,泵的效率增加,其中叶轮效率增加,泵壳内的流动状态有所改善,回流现象有所抑制,从而减小了泵壳损失,但同时导叶损失也有所增加;设计及大流量工况下,泵的效率减小,其中叶轮效率有所降低,同时导叶和泵壳损失也相应增加.由于核主泵叶轮、导叶和泵壳的参数相互关联和影响,改变导叶轴向安放位置会影响各单元间耦合匹配特性,进而影响叶轮、导叶和泵壳内流动状态及能量转换效率.
2017 Vol. 35 (6): 472-480 [摘要] ( 794 ) [HTML 1KB] [PDF 3770KB] ( 719 )
481 陆荣,袁建平,李彦军,蒋红樱
基于神经网络模型和CFD的轴流泵自动优化
参数化设计和计算流体力学被广泛应用于流体机械的优化设计.采用旋转机械设计软件CFturbo对轴流泵进行水力设计.为缩短优化周期,基于Isight多学科优化平台,通过编写批处理命令将CFturbo与PumpLinx集成,实现了轴流泵的CFD自动优化.以提高轴流泵的水力效率为优化目标,采用最优拉丁超立方设计对叶轮和导叶的7个设计变量进行空间采样,设计了72组方案.基于PumpLinx的数值模拟结果,建立了目标函数与设计变量之间的径向基神经网络模型,并采用多岛遗传算法对其进行优化,结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好,且径向基神经网络模型能准确预测轴流泵效率与设计变量的关系.优化后,设计点效率提高了4.46%,而扬程几乎不变.通过Pareto图分析,获得了设计变量对目标影响的显著水平,可为轴流泵的优化设计提供一定的参考.
2017 Vol. 35 (6): 481-487 [摘要] ( 888 ) [HTML 1KB] [PDF 2334KB] ( 1278 )
488 陈瑞华, 杨吉健, 马麟, 胡中科, 高兰兰
小湾水电站泄洪洞洞身数值模拟研究
小湾水电站泄洪洞水头高、泄量大、水力条件复杂,模型试验有缩尺效应等局限性.利用Flow 3D独特的FAVOR网格技术,采用RNG k-ε紊流模型,对小湾水电站泄洪洞9种不同工况展开三维数值模拟研究,获得了泄流能力、流态、水面线、流速、动水压力等水力学要素,并将部分数据与模型试验、原型观测结果对比.研究结果表明,小湾泄洪洞数值模拟计算的泄流能力稍大于模型试验值;有压段均无气囊等不利流态,无压段水流流态平顺,无水流或水翅冲击洞顶,掺气坎后均能形成稳定空腔,且计算结果与模型试验及原型观测基本吻合;沿程水面线与流速分布符合急流变化特征,并与模型试验结果一致;泄洪洞进口、转弯段、渥奇曲线及反弧段压力分布规律与模型试验结果基本一致;数值模拟的各项水力学指标均具有一定精确度,且比模型试验、原型观测所得结果更为系统化,克服了模型试验中个别区域不便测量的缺点.
2017 Vol. 35 (6): 488-494 [摘要] ( 969 ) [HTML 1KB] [PDF 2005KB] ( 638 )
495 李琪飞,,刘萌萌, 张建勋, 刘谦, 张震
水泵水轮机制动工况导叶区流动特性分析
为研究水泵水轮机在水轮机制动工况运行时导叶区域产生异常紊动的内流机理,在完成S区特性试验的基础上,基于SST k-ω湍流模型及SIMPLEC算法,对活动导叶小开度制动工况进行非定常数值计算,并与试验数据进行对比验证,对此工况下水泵水轮机导叶区域流场结构和压力脉动规律进行了全面分析.研究结果表明:固定导叶与活动导叶后均存在不同程度的尾迹结构,活动导叶后涡系结构的演变和能量转化是诱发导叶区流动不稳定的主要原因之一;活动导叶进口的复杂流动也增加了冲击损失,对导叶振动造成一定影响;对活动导叶区的压力脉动监测进一步佐证了导叶区流动的不稳定性;通过对时域特性和频域特性的分析发现其相对幅值达到了水轮机及水泵正常运行工况的3倍以上,其主频为叶频,幅值较大且属中频成分,可能引发共振效应.研究结果可为水泵水轮机设计优化提供指导意义.
2017 Vol. 35 (6): 495-501 [摘要] ( 709 ) [HTML 1KB] [PDF 2360KB] ( 618 )
502 陈汇龙, 李同, 赵斌娟, 任坤腾, 王彬
动压型机械密封内流场及性能的流固热耦合
为了分析液体动压型机械密封密封环变形对间隙液膜特性的影响,基于Workbench平台建立动环-液膜-静环的双向流固热耦合计算模型,对变形后的内流场进行模拟计算,对双向流固热耦合前后内流场的压力、温度以及螺旋槽内速度进行对比分析,并比较了流固热耦合后开启力、摩擦扭矩以及泄漏量的变化.研究结果表明:经过双向流固热耦合计算后,液膜在动环端面附近受压缩,在静环端面附近沿周向呈明显波浪状周期性波动,外径处液膜平均厚度减小、内径处液膜平均厚度增大,液膜厚度最大变化约16.0%;双向流固热耦合前后压力场、温度场分布规律类似,但液膜最高压力明显变大,在文中计算工况下变大约67.0%,液膜最高温度略有变大,螺旋槽根部附近液体流速降低;考虑了流固热耦合变形后,液膜开启力变大,摩擦扭矩略微变大,泄漏量明显变大,且转速越高各密封性能参数的变化越大.
2017 Vol. 35 (6): 502-507 [摘要] ( 826 ) [HTML 1KB] [PDF 3115KB] ( 627 )
508 包道日娜, 尚伟, 李恒, 张晓阳, 霍亚楠
伞形风力机功率输出特性的试验研究
介绍了伞形调节机构的组成和工作原理,对下风向风力机受到的塔影效应进行理论分析,并利用风洞对伞形调节机构进行稳态风试验.试验验证了5 kW伞形风力机和伞形调节机构设计的合理性与实用性;得到了受塔影效应较为严重的60.0°收缩角时的功率特性曲线,并分析了不同功率特性曲线现象发生的原因;发现了风轮收缩角为50.0°~62.0°,风速为13.5~17.0 m/s伞形风力机功率输出特性曲线出现衰减现象;提出了在伞形风力机叶片中心附近增加不同数量和不同形状导流板的假设,从而减小功率衰减现象对伞形风力机在应对复杂气候条件下功率输出的影响.试验可以为风力机设计人员提供很好的参考价值,并且对复杂气候条件下风力发电技术的应用研究具有理论和工程应用价值.
2017 Vol. 35 (6): 508-514 [摘要] ( 771 ) [HTML 1KB] [PDF 2528KB] ( 514 )
515 缪子梅, 褚琳琳, 肖梦华, 蔡彬
节水灌溉对茶叶生理生化特性影响的研究进展
水资源短缺和季节性干旱频繁发生在一定程度上影响茶树的正常生长发育,已成为制约中国茶叶发展的关键因素之一,节水灌溉作为缓解水资源危机的重要手段,在提高作物产量、改善产品品质、减少灌水量等方面具有显著优势.分别从茶叶需水规律,节水灌溉对茶叶生长、产量、品质的影响等方面进行研究,结果表明茶叶叶片水势、叶片生物量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、茶多酚和游离氨基酸、咖啡因含量等茶叶的生长生理指标会因节水灌溉技术、灌水量、灌水间隔的不同而发生显著变化.在归纳上述研究的基础上,提出下一步的研究应以节水灌溉技术和茶叶为主要研究对象,从茶园节水灌溉分区、不同节水灌溉制度下茶叶耗水规律及生长品质差异、节水灌溉对茶园小气候因子及土壤因子的影响机理出发,建立基于茶叶不同生育阶段生长、品质动态响应模型,提出高产、优质、高效的茶园节水灌溉制度.
2017 Vol. 35 (6): 515-519 [摘要] ( 794 ) [HTML 1KB] [PDF 1264KB] ( 692 )
520 王卫华, 雷龙海,, 杨启良, 武振中
水铅交互胁迫对小桐子生长及生理特性的影响
为提高小桐子对重金属Pb的耐性及其对污染土壤的修复效率,推荐不影响其正常生长的最佳水铅组合,研究了水铅交互胁迫对小桐子生长及生理特性的影响.试验设计4种灌水水平(T1:100%FC,T2:80%FC,T3:60%FC,T4:40%FC)、4种土壤Pb污染水平(A:0 mg/kg,B:500 mg/kg,C:1 000 mg/kg,D:1 500 mg/kg)进行交互试验.结果表明:在水铅交互胁迫下,T2水分胁迫显著提高了小桐子的生物量以及修复效果.水铅交互胁迫下,小桐子叶片SOD、POD酶活性表现为先升后降的趋势,与单一的水分胁迫、铅胁迫相比,交互胁迫提高了SOD、POD活性.水铅交互胁迫下小桐子细胞膜透性总体呈增大趋势,而处理C和D下T2在T1的基础上降低了细胞膜透性.土壤Pb质量比≤500 mg/kg时,小桐子叶水势随水分胁迫加剧逐渐下降,当土壤Pb质量比≥1 000 mg/kg时,小桐子叶水势随着水分胁迫的加剧逐渐增加.适当的交互胁迫有利于提高小桐子的耐Pb胁迫能力以及修复效率,为进一步推进小桐子在土壤铅污染领域的实践与推广提供理论依据.
2017 Vol. 35 (6): 520-525 [摘要] ( 641 ) [HTML 1KB] [PDF 1458KB] ( 545 )
526 王振华,,, 王久龙,,李文昊,, 冯晓栋,, 裴磊,, 扁青永,, 朱延凯,
施氮对滴灌复播青贮玉米光合特性的影响
通过田间试验研究了相同灌溉定额(288 mm)条件下,行距(KZ,JY)和施氮水平(CK:14.04 kg/hm2,F1:97.56 kg/hm2,F2:167.16 kg/hm2,F3:236.76 kg/hm2,F4:306.36 kg/hm2,F5:375.96 kg/hm2)对复播青贮玉米光合特性的影响.结果表明:施氮量为167.16~236.76 kg/hm2,KZ的产量比JY增加5.41%~8.71%;光合有效辐射为1 500~2 000 μmol/(m2·s-1)时,青贮玉米净光合速率和蒸腾速率较大,水分利用效率随光合有效辐射增加呈递减趋势;施氮量为167.16~236.76 kg/hm2时,拔节期KZ高于JY;抽雄吐丝期KZ低于JY,KZ叶片水平水分利用效率显著高于JY;施氮量为167.16~236.36 kg/hm2时,拔节期和抽雄吐丝期KZ光合势显著高于JY.就作物高产、高效而言,滴灌复播青贮玉米适宜的光合有效辐射为1 500~2 000 μmol/(m2·s-1),施氮量为236.76 kg/hm2时,行距为KZ.
2017 Vol. 35 (6): 526-534 [摘要] ( 776 ) [HTML 1KB] [PDF 3775KB] ( 584 )
535 卢佳骏, 王纪章, 刘继展, 陆海燕, 李萍萍,
草莓高架栽培中混合基质水分分布
搭建了高架无纺布栽培试验台,采用滴灌方式灌入10.0,22.5,45.0,90.0,120.0 mL的水,滴灌流量分别设定为1.30,0.95,0.50 L/h,并在滴灌点剖面的垂直和水平2个方向共选取了6个特征水分监测点,利用烘干法测量各个监测点的基质含水率,试验分析基质初始含水率、滴灌流量以及滴灌量对基质剖面水分的扩散规律影响.研究结果表明:高架栽培单株作物1次滴灌量需低于90.0 mL;滴灌结束后20 min是水分扩散的高峰期,20 min后,水分扩散速度减慢,60 min时基质水分趋于稳定;滴灌基质初始含水率越大,水分水平扩散速度越快,最终的扩散距离也越大,湿润半径也更大;3个不同的滴灌流量处理,前20 min内基质水平扩散距离增量分别为3.70,3.80,4.00 cm,60 min后扩散距离分别6.61,6.72,6.90 cm,处理之间差异不具有统计学意义;距离滴灌滴头水平距离相同的10 cm深度处的基质含水率高于5 cm的基质含水率;栽培槽内水分分布均匀后,高架栽培槽内各监测点的基质含水率的最大差值为36%,而0.50 L/h时该值为24%,滴灌流量0.50 L/h栽培槽内基质含水率分布较为均匀.因此,草莓高架栽培水分监测点设计需根据基质水分空间与草莓根系的耦合,选择根系附近10 cm深处进行含水率监测;实际生产中,需要确定合适的灌水上下限,适宜进行高频灌溉,每次滴灌单株草莓滴灌量不宜高于90.0 mL.
2017 Vol. 35 (6): 535-540 [摘要] ( 707 ) [HTML 1KB] [PDF 1462KB] ( 1400 )
541 段福义,, 刘建瑞, 范永申, 陈震, 韩启彪, 曹华
轻型卷盘喷灌机运行效果影响因素分析
为了获得影响轻型卷盘喷灌机运行效果的各种因素及其关系,以轻型卷盘喷灌机为研究对象,根据其工作性能,选取6个不同进口压力和4个不同行走档位进行试验,测量进口压力、行走速度及流量,计算压力损失、均匀度和喷灌强度等,并分析了轻型卷盘喷灌机进口压力、行走速度、压力损失、流量及喷洒均匀度之间的关系.试验结果表明:进口压力和流量呈线性正相关;不同档位中,随着进口压力的增大,行走速度随之提高,每个档位下行走速度与进口压力亦呈线性正相关;不同行走速度和不同进口压力时喷洒均匀度波动较小,总体呈平稳趋势,喷洒效果比较稳定,基本满足设计要求,进口压力在0.45 MPa时,喷洒均匀度最高,达到89.5%;灌水深度受流量和行走速度的双重影响,流量(进口压力)一定时,行走速度提高,灌水深度下降,呈曲线下降趋势.
2017 Vol. 35 (6): 541-546 [摘要] ( 678 ) [HTML 1KB] [PDF 2726KB] ( 538 )
547 许正典, 向清江, 邹晨海, 陈超
PY30摇臂喷头掺气状况下性能对比
掺气喷头是在以PY30摇臂喷头为结构基础的前提下,从摇臂喷头的中部插入掺气管,形成气液两相射流,所得到的新型喷头.在保证2种喷头工作压力分别在100,200,300 kPa并具有相同流量的前提下,试验研究了掺气与不掺气以及掺气量变化对喷头径向水量分布、射程等因素的影响,并以正方形布置方式为例,计算出不同组合间距下的喷洒均匀性系数.试验结果表明:在喷头工作压力和工作流量相同的情况下,摇臂喷头与掺气喷头的射程近似相等;在掺气管相对喷嘴出口端面移动距离依次为-1.5,0,2.0 mm状态下,掺气管吸入负压逐渐增强,掺入的气体流量增大,此时掺气喷头的径向水量分布与摇臂喷头的径向水量分布相比,喷头的射流轨迹中段降雨量逐渐增强,峰值趋于区间化;在200,300 kPa工作压力下,掺气喷头的最佳组合间距均为R,喷灌均匀性系数分别高于摇臂喷头2.5%和1.9%.
2017 Vol. 35 (6): 547-552 [摘要] ( 748 ) [HTML 1KB] [PDF 1588KB] ( 583 )
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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
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主  编
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编辑出版
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