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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2019年 37卷 2期
刊出日期：2019-02-25
泵理论与技术
   
泵理论与技术
1
封面
2019 Vol. 37 (2): 1- [摘要] ( 168 ) [HTML 1KB] [PDF 1171KB] ( 453 )
2
目录
2019 Vol. 37 (2): 2- [摘要] ( 164 ) [HTML 1KB] [PDF 250KB] ( 400 )
93 CHRISTOPHER Stephen, YUAN Shouqi, PEI Ji, CHENG Xing
Computational study of fluidborne noise in vertical inline pump
The objective of present work is to find out the sources of fluidborne noise in vertical inline pump for various flow rates. The threedimensional unsteady Reynolds Average Navier Stokes equation is solved using computational fluid dynamics code to predict the acoustic distribution. The pump chosen for study is of low specific speed and the experimental performance characteristic is very well matched with computational head developed. PROUDMAN sound power contour analysis shows the critical zone of noise in inlet pipe, impeller, and volute. Based on this, the variations of acoustic power were depicted over the cross section of inlet pipe, along the mean streamline of inlet pipe, as well along the volute circumference . The result concludes that the predominant flow noise is at tongue region and followed by noise generated due to turbulence in inlet pipe which occurs by the sudden variation in flow passage as well it depends on the operating condition of pump. The frequency analysis gives a glimpse of understanding about the broadband noise distribution due to flow phenomenon over a frequency range were discussed.
2019 Vol. 37 (2): 93-99 [摘要] ( 231 ) [HTML 1KB] [PDF 3200KB] ( 420 )
100 王巍, 王亚云, 唐滔, 林茵, 王晓放
反应堆冷却剂模型泵空化性能数值模拟与试验
为研究CAP1400核主泵事故工况下的空化性能，采用标准k-ε模型和 Mixture模型，开展了CAP1400核主泵1∶2.5模型泵的整机空化数值模拟.分析了模型泵空化初生时的空化特性和不同空化余量下叶轮内空化发展规律，以及叶片中间流线上的载荷特性，并采用砂铸叶轮、精铸铝制叶轮与砂铸导叶结合开展了模型泵性能的试验研究，结果表明：蜗壳与叶轮的相对位置对叶轮内空泡体积分布具有一定的影响，靠近蜗壳出口的叶片吸力面空化更加严重，空化的排挤效应改变了叶片进口附近的液流角并导致压力面前缘出现空化;空化对叶片载荷影响较大，发生空化后叶片载荷在沿流线吸力面空泡结束的位置附近会出现极大值，且叶轮内空化区域的不均匀分布加大了不同叶片之间的载荷差异，靠近蜗壳出口的叶片沿流线压力载荷的极大值最大;叶轮的制造精度对泵的空化性能有较大影响.
2019 Vol. 37 (2): 100-105 [摘要] ( 243 ) [HTML 1KB] [PDF 4316KB] ( 518 )
106 WANG Like, LIAO Weili, LU Jinling, LUO Xingqi, RUAN Hui, ZHAO Yaping, WANG Jing
Numerical simulation on centrifugal pump compressible flow field with different gas volume fractions
In order to study the influence of gas-liquid twophase flow to a centrifugal pump performance and internal flow patterns, the steady threedimensional flow with different gas volume fractions is simulated by applying the Reynoldsaverage N-S equation and mixture gas-liquid twophase flow model, and the compressibility of gas is taken into consideration in the simulation. Then we emphatically analyzed the centrifugal pump characteristic and the gas distribution law in different gas volume fractions. The computational results show that gas volume fraction has a certain influence on the performance of the centrifugal pump, and the efficiency and head of the pump are on the decline with the increase of it. Static pressure in the impeller increases in the radial direction, but the pressure gradient in the flow direction is different under the different gas volume fractions. The gas volume is distributed mainly in the ipsilateral direction of impeller back shroud in the flow channel of the volute. On the suction side of the blade inlet there is an obvious lowpressure area, which causes bubbles agglutination and higher gas volume fraction. With the gas entering passage flow, gas volume fraction in the suction decreases and the pressure surface rises gradually. Higher gas volume fraction causes air blocking phenomenon in the flow passage and the discharge capacity reduces. The increase of gas volume makes the turbulent motion within the impeller more and more intense, which leads to more and more energy loss.
2019 Vol. 37 (2): 106-111 [摘要] ( 227 ) [HTML 1KB] [PDF 3747KB] ( 427 )
112 周大庆, 姜胜文, 陈会向
液控蝶阀联动的混流泵机组启动过程数值模拟
为准确预测混流泵机组启动过程的瞬态特性，建立了具有液控蝶阀的某立式混流泵站全过流系统的三维几何模型，运用滑移网格法实现蝶阀的开启规律，结合三维非定常流动过渡过程研究手段，完成对混流泵机组启动过程数值计算，获得了机组启动过程外特性参数和若干测点静压值随时间的变化规律以及不同时刻内部流场瞬变特性.计算结果表明，机组启动过程最大反转转速为正向额定转速的0.16倍，水泵出口最高压力为额定值的1.26倍，均未超过允许值；机组处于泵工况转速趋于稳定时，泵段内水流流态和压力梯度变化受蝶阀开度影响明显，小开度时，泵段内压力梯度较大，最大压差为45.6 m，为额定扬程的1.62倍；高压水以射流的方式通过蝶阀从而在其出水侧产生回流，导致蝶阀两侧压差剧烈波动诱发阀体振动.
2019 Vol. 37 (2): 112-117 [摘要] ( 364 ) [HTML 1KB] [PDF 4531KB] ( 435 )
118 郭广强, 张人会, 赵万勇, 杨军虎, 黄祺
浮潜式消防泵启动过程瞬态特性的数值模拟
为了研究浮潜式消防泵在启动过程中的瞬态特性,建立包含泵、水箱及循环管路在内的三维封闭模型,运用Fluent 145商用软件,采用RNG k-ε湍流模型，并结合UDF程序加载转速变化规律对模型进行非稳态数值模拟．分析泵在启动过程中其流量、扬程、叶轮加速转矩、总效率、叶轮轴向力及径向力随启动时间的变化规律．研究结果表明:泵在启动过程中其流量、扬程及总效率的变化主要取决于动力源的启动特性，并呈指数上升趋势,叶轮的加速转矩随启动时间的增加而逐渐减小；当泵转速达到额定转速时其加速转矩为0,在泵启动初期因流量严重偏离额定流量而导致其产生较大的轴向力及径向力,随着启动时间的增加，泵的轴向力及径向力逐渐减小,最后趋于稳定．研究为离心泵的优化设计、振动及噪声诊断提供理论参考．
2019 Vol. 37 (2): 118-123 [摘要] ( 276 ) [HTML 1KB] [PDF 5264KB] ( 444 )
124 龚志浩, 程吉林, 杨树滩, 常本春, 蒋咏, 龚懿
山湖水库“一库两站”联合运行优化调度方法
针对特殊干旱年山湖水库水资源优化调度问题，提出了单座年调节水库与补库泵站、调水泵站联合运行的“一库两站”系统水资源优化调度模型.模型以年内各阶段受水区缺水量平方和最小为目标函数，各阶段水库的供水量与外调水量为决策变量，水库年可供水量、调水泵站年提水量、库站联合运行调度准则为约束条件，采用动态规划逐次逼近法求解，获得了水库最优的供水量过程和弃水量过程、补库泵站最优的补水量过程以及调水泵站最优的提水量过程.结果表明：山湖水库“一库两站”系统水资源优化调度可将系统缺水量从16万m3减小至8.6万m3，而水库弃水量从84.1万m3减小至0,泵站补水量从2 190万m3减小至2 140万m3,外调水量从380万m3增加至390万m3.该成果可为采用类似“一库两站”系统供水灌区的运行管理提供借鉴和参考.
2019 Vol. 37 (2): 124-129 [摘要] ( 211 ) [HTML 1KB] [PDF 1795KB] ( 405 )
130 李琪飞, 李光贤, 李仁年, 王仁本, 陈雨
水泵水轮机在水轮机工况的导叶水力矩特性
在进行水泵水轮机最高水头的水轮机工况导叶水力矩试验的基础上，使用计算流体动力学方法分析与试验工况相对应的流场特性.选取标准k-ε两方程模型进行定常数值模拟，使用SST k-ω两方程模型进行非定常计算分析内流场特性.计算结果表明：水力效率的数值模拟结果和试验值的误差在允许范围之内；在各开度下，导叶水力矩因数模拟结果和试验结果吻合较好.通过内流场分析发现，在小开度时（A0=13mm）,无叶区和转轮流道中都存在回流和旋涡导致流动不稳定，在最大开度时（A0=49mm），活动导叶背面靠近尾缘处容易出现边界层分离，力矩值与导叶附近的压力值随时间的变化规律相似，且力矩因数值呈周期性小幅波动.
2019 Vol. 37 (2): 130-135 [摘要] ( 279 ) [HTML 1KB] [PDF 4849KB] ( 485 )
136 张春晋, 孙西欢, 李永业, 张学琴
导流条安放角对动边界缝隙流水力特性的影响
为了进一步探讨不同导流条安放角对管道车动边界环状缝隙流水力特性的影响，采用模型试验和理论分析相结合的方法，对管道车导流条安放角变量分别为10°，15°，20°以及25°的动边界环状缝隙流场的水力特性进行研究.试验测试断面位于试验系统的平直管段，管道流量条件为40 m3/h，管道车荷载为600 g.研究表明：随着管道车导流条安放角的增加，管道车运移时动边界环状缝隙流的轴向流速与周向流速的最大值将逐渐增大，径向流速的最大值将逐渐减小，断面压强呈现出先增大后减小的变化趋势；同一导流条安放角条件下，lc×dc=100 mm×70 mm（lc为管道车的料筒长度，dc为管道车的料筒直径）管道车动边界环状缝隙流的周向流速与径向流速最大，lc×dc=150 mm × 60 mm管道车动边界环状缝隙流的轴向流速与压强最大；动边界环状缝隙流水力特性的变化主要存在于导流条两侧的近壁面流场区域.研究不仅丰富了环状缝隙流的相关理论，而且为管道车导流条的设计提供了理论基础.
2019 Vol. 37 (2): 136-141 [摘要] ( 215 ) [HTML 1KB] [PDF 9985KB] ( 410 )
142 ZHU Keqian, SUN Tao, YU Pingping, LI Meixiang, YUAN Ningyi, DING Jianning
Experimental investigation of crossflow characteristics in a multijets system at small nozzletoplate spacing
To further extend knowledge about the detailed knowledge on the crossflow characteristic in a multijets system under a confined space, particle image velocimetry (PIV) was employed to investigate the flow structures together with the distributions of the mean velocity components for Reynolds numbers (Re) ranging from 6 213 to 13 418, nozzletoplate spacing (H/D) varying from 0.20 to 125, respectively. Results show that the crossflow configuration is significantly different from those of large nozzletoplate spacing. In addition, a turning point H/D = 0.50 is revealed in the profile of the normalized maximum radial velocity which is associated with the heat transfer distribution on the impingement plate.
2019 Vol. 37 (2): 142-147 [摘要] ( 216 ) [HTML 1KB] [PDF 2010KB] ( 390 )
148 陈果, 宋鹏云
用于幂律流体螺旋槽液膜机械密封性能的解析法
为深入研究密封介质为非牛顿流体的螺旋槽上游泵送机械密封性能,以幂律流体为研究对象,基于Muijderman推导牛顿流体润滑轴承的端面压力分布表达式,把幂律流体二维定常流动雷诺方程和流量方程分别替换牛顿流体的表达形式,获得了密封端面流场的压力分布表达式,进而得到密封开启力、泄漏率等性能参数．将解析所得结果与采用Fluent模拟结果进行比较,两者数据吻合．再基于近似解析法,分别分析了稠度系数m和流性指数n对密封性能的影响,结果表明,密封开启力随流性指数n和稠度系数m的增大而增大．对于泄漏率而言,当密封胀塑性流体时,流性指数n和稠度系数m几乎没有影响．当密封假塑性流体时,处于较小膜厚时受稠度系数m和流性指数n的影响甚微,但处于较大膜厚时随流性指数n和稠度系数m增大而变大.
2019 Vol. 37 (2): 148-153 [摘要] ( 244 ) [HTML 1KB] [PDF 1271KB] ( 448 )
154 张妍, 郭萍, 张帆, 唐毅宽
基于评价的水资源优化模型适用性比较
为了比较不同目标的水资源优化配置模型在黑河中游的适用性,在充分考虑地表径流随机性的基础上,分别构建以灌区农业水生产力最大、农业灌溉损失最小、净经济效益最大为目标函数的灌区水资源优化配置模型,并引入多指标综合评价法以及熵权法对3个优化模型的配置结果进行综合效应评价．评价结果显示,基于黑河中游水资源利用现状，以灌区农业水生产力最大为目标函数的模型，更适合现阶段黑河中游灌区水资源配置要求．使用灌溉水生产力最大为目标函数的优化模型对有限水资源进行优化后的配水方案整体用水比现状水平年减少了334×108 m3,灌溉水生产力增加了0453 kg／m3,用水成本比实际减少了421×107元．评价结果验证了水资源优化配置模型方案评价的可行性．
2019 Vol. 37 (2): 154-159 [摘要] ( 233 ) [HTML 1KB] [PDF 1184KB] ( 411 )
160 符娜, 宋孝玉, 夏露, 李蓝君, 李怀有, 李垚林
黄土区人工林地土壤水分对气候特征的响应
选取南小河沟流域油松、刺槐、侧柏人工林地覆盖为研究对象，对2003—2012年作物生长季土壤含水率进行连续观测，利用Duncan法对比分析土壤含水率在不同年份、月份、深度的差异性，同时研究不同人工林地土壤含水率与标准化降水蒸散指数（SPEI）、温度、降水量之间的响应特征.结果表明：土壤水分随着土层深度的增加而逐渐降低，并长期维持在较为稳定的范围内，3种树种在不同深度差异性上体现出不同，油松林地体现在20，60 cm，呈现3个等级变化趋势，〖JP2〗刺槐林地的差异性表现为0~20 cm与40~100 cm，侧柏林地的不同土层含水率在40 cm深度时出现了差异；土壤含水率与气温、降水量、SPEI的相关性随土壤深度的增加而变弱，其中与气温呈负相关，与降水量、SPEI为正相关，并且温度、降水量和SPEI对刺槐林地土壤含水率影响最大.
2019 Vol. 37 (2): 160-165 [摘要] ( 235 ) [HTML 1KB] [PDF 1523KB] ( 418 )
166 刘利华, 费良军, 朱红艳
水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响
为了解水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响,通过室内滴灌入渗模拟试验,研究了滴灌条件下西安粉壤土在不同水温(4,20,30,40 ℃)时的水分入渗特性．结果表明:水平和垂直湿润锋运移距离均随着入渗时间的延长而增大,相同入渗历时,入渗水温越高,滴头流量越大,入渗的水量越多,湿润锋运移距离越大;分别建立了滴灌条件下不同温度水分入渗时水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和水温的关系模型,其相关系数均大于097．湿润体的平均含水量与入渗水温和时间密切相关,入渗水温越高,土体平均含水量越小;含水率等值线随着到滴头距离由近到远而从疏到密分布,离滴头越近,土壤含水率越高;随着入渗水温的不断升高,入渗到同一深度所需时间逐渐减小,对土层温度的影响越大,在入渗400 min内以土面至土面以下15 cm深度范围内的土温变化更为突出．结论可为更合理发展滴灌技术提供参考依据．
2019 Vol. 37 (2): 166-173 [摘要] ( 224 ) [HTML 1KB] [PDF 3743KB] ( 405 )
174 朱忠锐, 范永申, 段福义, 陈震
喷灌灌水与施肥对春小麦水分动态及产量的影响
为了探索河西走廊春小麦适宜的喷灌灌溉施肥制度，以当地畦灌模式为对照对比分析了不同灌水方式、灌溉施肥水平下土壤水分动态分布及产量效应并对春小麦产量进行了回归分析.研究了喷灌条件下灌水前后土壤水分分布动态、不同生育期内土壤含水率变化特征及不同灌水量水平下土壤水分下渗状况，分析了不同灌水、施肥水平对产量及产量构成要素的影响.结果表明，喷灌灌水定额为75 mm时，有部分水分下渗至春小麦主要根系活动层以下，但较畦灌量小；喷灌灌水定额在45~60 mm时，灌水后大部分水分储存在0~40 cm土层；春小麦整个生育期内，中等灌溉水平40~80 cm土层土壤水分变化不明显；春小麦产量及其构成要素对灌溉量响应大于施肥量，灌溉量过大时，产量有下降趋势；喷灌条件下，中等灌溉、追肥水平下产量较畦灌高1105%，节水增产效果显著.另外，根据产量拟合方程并结合水分利用效率，喷灌中等灌水、施肥水平为该地区适宜发展的灌溉施肥制度.
2019 Vol. 37 (2): 174-178 [摘要] ( 229 ) [HTML 1KB] [PDF 1564KB] ( 448 )
179 潘坚栋, 李伟, 张康成, 吴孙阳, 任威
大型温室地面移动式喷灌机导航控制系统设计
针对悬吊轨移式喷灌机的缺点以及目前大型温室领域AGV研究的不足，设计了一种用于新型温室地面移动式喷灌机的导航控制系统.喷灌机底盘采用差速转向方式，六轮系结构，两驱动轮对称中置，前后两端对称安装4个万向轮；以STM32F103ZET6单片机作为主控芯片，采用磁带导航方式，建立了喷灌机差速转向运动数学模型，并根据模糊控制理论设计了喷灌机模糊运动控制器，完成了导航运动控制子程序设计.样机调试运行试验表明，喷灌机相对磁带偏移角在25°以内时，能够自动调整到磁导航传感器中心与磁带中心再次重合，其调整时间随其偏移角度增加而增大，当偏移角过大时，样机将完全驶离磁带路径.为确保喷灌机初始工作时能够自动调整偏差及跟踪路径行驶，喷灌机与磁带间初始偏移角度不宜过大.该研究能够为大型温室地面移动式喷灌机的设计和应用提供参考.
2019 Vol. 37 (2): 179-184 [摘要] ( 261 ) [HTML 1KB] [PDF 2362KB] ( 405 )
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主办单位
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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
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编辑出版
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