排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2019年 37卷 3期
刊出日期:2019-03-25

泵理论与技术
   
泵理论与技术
1
封面
2019 Vol. 37 (3): 1- [摘要] ( 112 ) [HTML 1KB] [PDF 2542KB] ( 117 )
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目录
2019 Vol. 37 (3): 2- [摘要] ( 112 ) [HTML 1KB] [PDF 378KB] ( 100 )
185 袁寿其,黄茜*,张金凤,张霞
叶片出口角对化工离心泵性能的影响
为了研究叶片出口角对化工离心泵性能的影响,以一台比转数为180的化工离心泵为研究对象,将叶片出口角从22°依次增大到27°,37°和47°. 应用ANSYS 14.5软件进行数值计算,结果表明:叶片出口角对外特性影响显著,适当增大叶片出口角可以提高扬程及效率,但也不宜过度增大到47°;随着叶片出口角的增大,叶轮进口的低压区域逐渐向叶轮出口方向扩大,压力分布趋于紊乱,且在工作面附近有逆压梯度存在,会聚集不稳定的低压流体;在额定工况下,叶片出口角小于37°时,压力脉动幅值较小,且高频脉动很小;次主频有随叶片出口角的增大向低频处转移的趋势;4个方案叶轮所受径向力都是在额定工况下达到最小,并在小流量下差异性最大;不同工况下叶片出口角为27°的叶轮所受径向力最小,这说明对非定常特性的影响,叶片出口角存在一个最优值.此外,针对叶片出口角为22°的模型进行了性能试验,对比发现数值计算的结果是可信的.
2019 Vol. 37 (3): 185-191 [摘要] ( 168 ) [HTML 1KB] [PDF 5882KB] ( 159 )
192 彭小娜,朱相源,李国君,江伟
导叶时序位置对离心泵叶片载荷影响的数值模拟
采用结构化网格及SST湍流模型,对不同导叶时序位置下离心泵内部流场进行三维非定常数值模拟,并对模拟结果进行试验验证,研究时序效应对叶轮叶片和导叶叶片载荷的影响.结果表明:当隔舌大约处在2个导叶中间(cl0,cl5位置)时,蜗壳不对称作用对叶轮内部流场影响降低,叶轮叶片压力面载荷增大,叶轮做功能力较好; 当叶片逐渐靠近蜗壳隔舌时,蜗壳不对称作用对叶轮内部流场影响增大,叶片出口吸力面大于压力面载荷的位置逐渐向叶片中段偏移,导致叶轮做功能力逐渐降低; 导叶叶片载荷分布受导叶与隔舌相对位置的影响较为明显.当导叶叶片尾缘靠近蜗壳隔舌时,导叶叶片载荷出现吸力面大于压力面的情况.
2019 Vol. 37 (3): 192-198 [摘要] ( 203 ) [HTML 1KB] [PDF 14128KB] ( 118 )
199 GONG Pan,GUO Chaohui,FENG Ding,WANG Peng,ZHAO Yu,XIANG Ru
Effects of outer rim of rotorson performance of turbodrills
Two turbine rotors with outer rim and without outer rim were designed to analyze the influe-nce of outer rim of rotors on the performance of a turbodrill. Two 3D models of the turbine rotor with different structures were established by SolidWorks. Numerical simulation analysis of the turbine with different rotor structures was carried out based on software of fluent and then the performance of them at different rotating speeds was obtained. The results showed that the torque, pressure drop and hydraulic efficiency of the turbine rotor with outer rim were greater than those of the turbine rotor without outer rim. By comparing the turbine rotor with outer rim with that without outer rim, its torque increased 20.1%, pressure drop increased 8.7% and hydraulic efficiency increased 10.4% at the maximum efficiency point. The related research is of guiding significance to further optimization of turbine rotor structure.
2019 Vol. 37 (3): 199-203 [摘要] ( 135 ) [HTML 1KB] [PDF 2548KB] ( 97 )
204 郭楚,郑源*,周大庆,陈会向,戴启璠,梁豪杰
导叶叶片数及导叶相对位置对低扬程轴流泵装置性能的影响
为研究导叶叶片数及导叶相对位置对轴流泵装置性能的影响,设计了3个不同导叶数方案和4个不同导叶相对位置方案,采用计算流体动力学软件分别对每个模型在0.8Qd~1.2Qd之间的5个工况进行计算.根据数值计算结果,选择最优模型,即导叶数为5,叶轮出口距导叶距离为0.086D的泵装置模型进行能量特性试验,并将试验结果与数值计算结果进行对比分析.结果表明:当轴流泵叶轮叶片数一定时,增加导叶数,将使导叶水力损失增大,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;当叶轮叶片数和导叶数一定时,叶轮出口至导叶进口距离过大或过小时,将使导叶水力损失增大,导叶出口速度环量减小,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;试验结果与数值计算结果的误差在4%以内,验证了数值计算的可靠性、准确性.研究结果可为泵装置的导叶水力设计和效率提高提供一定参考.
2019 Vol. 37 (3): 204-210 [摘要] ( 182 ) [HTML 1KB] [PDF 4190KB] ( 116 )
211 张智伟,施卫东*,张德胜,陈宗贺,黄俊
基于热流固耦合的LNG低温潜液泵转子部件模态分析
利用UG对LNG潜液泵进行三维造型,再以ANSYS Workbench为平台,对LNG低温潜液泵的转子部件进行热流固耦合计算,得出流场对固体结构部分的热流固耦合力,把热流固耦合力作为预应力添加到转子部件上.分别对转子部件进行无预应力和有预应力作用下的模态分析,基于计算结果,提取了转子部件的前10阶模态,并把2种情况下的模态进行比较.结果表明:除了七阶、八阶振动为轴的摆动,其他各阶的振动变形都表现在叶轮上;添加预应力之后,转子部件的各阶振型没有发生变化,但每一阶的固有频率都有轻微的变化,预应力对转子部件各阶固有频率的影响很小;九阶和十阶的固有频率比较接近泵的3倍叶频,有发生共振的危险,需要对转子部件进行优化设计,使前3倍叶频都能远离各阶固有频率,从而避免泵在运行过程中发生共振;在预应力的作用下,转子部件的各阶振幅也都有小幅度的变化.
2019 Vol. 37 (3): 211-215 [摘要] ( 186 ) [HTML 1KB] [PDF 2843KB] ( 162 )
216 张勤, 杨具瑞*, 汤建青,叶小胜, 郭莹莹
掺气坎组合首级台阶对阶梯溢流坝面的影响
为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,在对阶梯溢洪道的设计中加入掺气坎,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道.通过对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯首级台阶台面取4个角度、前置掺气坎取2个角度共8种组合工况分别进行水工模型试验,改变水库流量,从空腔长度、水面线、负压、底板时均压力、消能率等方面,寻找改善水力特性的过渡台阶衔接体型.结果表明:掺气空腔随着首级阶梯台面角和掺气坎增大,与阶梯坝面分离空间更大,水流挑射更高,空腔更长且工况2的空腔长度均大于工况1的空腔长度;随着掺气坎和首级阶梯台面角增大,溢流坝阶梯面最大负压绝对值减小;消力池底板压力和水面线变化不大,消能率增大.在8个方案中,前置掺气坎角度为10°、首级阶梯台面角度0°时的方案5最优.
2019 Vol. 37 (3): 216-223 [摘要] ( 147 ) [HTML 1KB] [PDF 4676KB] ( 97 )
224 孟凯旋*,潘中永,王雪豹
不同航速下喷水推进器压力脉动分析
为了了解喷水推进器内部压力脉动特性,以对旋轴流式喷水推进器为研究对象,基于计算流体动力学CFD方法,采用雷诺时均法并引入SST k-ω 湍流模型使方程封闭,对喷水推进器进行设计工况下的非定常数值模拟.经网格无关性检验后,计算得到的推进器功率与扬程的设计值基本一致.在喷水推进器进水流道与首级叶轮之间、两级叶轮间隙之间、次级叶轮与导叶间设置监测点,监测不同位置的压力脉动数据,得到各监测点的时域图和频域图,并对各监测点的压力脉动特性进行对比分析.以设计工况下的喷水推进器相同位置处压力脉动作为参照,对比分析了不同航速下推进器各监测点处脉动分布情况.结果表明:推进器首级叶轮对其进口处压力脉动作用较大,次级叶轮对两级叶轮间隙处脉动影响较大;在低航速下,导叶对次级叶轮出口处脉动影响较大;沿轴线方向,喷水推进器两级叶轮间隙处脉动的幅值最大,在高航速下,次级叶轮出口处脉动幅值增大且变化剧烈.
2019 Vol. 37 (3): 224-231 [摘要] ( 197 ) [HTML 1KB] [PDF 3859KB] ( 113 )
232 田飞,,施卫东*,张德胜,曹卫东,周琴
新型多叶轮潜水搅拌机流场特性
为提高搅拌机搅拌效果,针对各种形状的污水处理池,设计出系列新型多叶轮潜水搅拌机.文中基于ANSYS Fluent 15.0,对2种新型多叶轮潜水搅拌机搅拌流体进行计算,展开深入研究.结果表明:新型双向潜水搅拌机和新型双层潜水搅拌机搅拌水池内流体有效轴向推进距离分别是同叶轮的传统潜水搅拌机的2.0倍和1.8倍,池内流体平均流速分别为0.194 m/s和0.215 m/s,与传统潜水搅拌机搅拌流体平均速度0.203 m/s接近.新型双向潜水搅拌机池内最大速度沿轴向分布呈现马鞍形分布,且流体速度差较大,仅有73.2%流体的流速大于0.050 m/s,且低速区存在于水池中上部,其更适用于狭长且不深的水池.新型双层潜水搅拌机搅拌水池内流体最大速度分布沿轴向呈现双曲线递减分布,78.71%流体的流速在0.100~0.300 m/s,池内低速流体仅占1.55%.故新型双层潜水搅拌机和新型双向潜水搅拌机搅拌性能明显优于同叶轮的传统潜水搅拌机.研究结果可为潜水搅拌机的实际工程应用提供参考.
2019 Vol. 37 (3): 232-236 [摘要] ( 160 ) [HTML 1KB] [PDF 4129KB] ( 107 )
237 朱桂华,洪小波*,徐洪威
振荡流态下孔板流量计的瞬时压力-流量特性分析
为了研究孔板流量计在动态非稳定流态或振荡流态下的瞬时压力-流量特性,理论分析了孔板前后的旋涡域大小随流速变化是引起孔板进出口瞬时流量差的主要原因.借助CFD数值解析方法,建立孔板模型,并在模型入口加载某一频率下的正弦流速,对孔板流量计在振荡流态下的瞬时压力-流量特性进行分析.结果表明:当孔板流量计处于低频振荡流动状态时,孔板两端差压也处于周期振荡状态,差压与节流孔瞬时流量同频不同相,差压幅值随入口流速振幅增大而线性增大,且线性增长系数与振荡频率相关;孔板的入口与出口存在周期波动的瞬时流量差,振荡频率越大或入口流速峰值越小,瞬时流量差的波动越小.由于相位滞后和瞬时流量差的存在,使孔板流量计的测量流量与实际出口流量之间存在偏差.振荡频率越大,偏差也越大.
2019 Vol. 37 (3): 237-241 [摘要] ( 145 ) [HTML 1KB] [PDF 2229KB] ( 97 )
242 袁益超,朱波,于文汇,詹水清,李昌烽*
湍流减阻多级转换特性及湍流特性分析研究
为了研究在槽道湍流中加入少量高分子聚合物产生减阻后存在一种多级转换现象,将近年来在减阻领域提出的对拉伸高分子自洽的线性等效黏度模型应用于Navier-Stokes方程,并使用雷诺应力方程模型研究高分子湍流减阻效果.数值模拟得出了各减阻程度下的减阻率,为了找出不同减阻区之间的转变点,与文献中直接数值模拟结果进行了对比,验证了模型在该问题上的可行性.对各减阻阶段上常见的湍流特征值如时均速度、雷诺应力、黏性应力、湍流强度进行数值上的比较,并与文献中的试验研究以及直接数值模拟结果进行对比,找出其变化规律,得出湍流在各减阻阶段上流动稳定性方面的特点,以期深化对湍流减阻机理的认识,为湍流流动控制提供参考.
2019 Vol. 37 (3): 242-247 [摘要] ( 137 ) [HTML 1KB] [PDF 1901KB] ( 101 )
248 陈书军,刘毅,姜惠明,翁立馨,桂东伟,孙怀卫,*,廖卫红,严冬
湖北省降雨和洪涝特征时空变化规律分析
为揭示降水变化波动与区域旱涝灾害特性间的关系,采用降水集中指数(PCI)、降水异常指数(RAI)、标准化降水指数(SPI)、降水集中度(PCD)、降水集中期(PCP)和夏季长周期旱涝急转指数(LDFAI)等表征降水特性和旱涝急转特征的多个指标对湖北省区域内旱涝急转特性和降水时空变化特征进行了研究,并对其旱涝发生规律和年代际变化进行了系统探讨.研究结果表明:区域降水具有季节性,主要表现为PCI值一般介于11~19,个别年份大于20,RAI值高低值分别发生在7月份和12月份左右;受气候变化等因素影响,省内和不同分区内近年SPI呈现波动和上升趋势,旱涝灾害发生具有持续性;全省及各区PCI,PCD值偏大,PCP值越大即雨季出现越早,则越容易发生洪涝灾害,指示洪涝灾害风险不断增加,尤其鄂西南最为突出;全省年代际变化特征明显,全省按旱涝急转频率及强度各年代际结果依次为1960s,2010s,1970s,2000s,1990s,1980s, 同时与夏季降水百分率结果表现一致.文中所得的研究成果对了解区域旱涝灾害变化特性和防治自然灾害具有重要的理论借鉴和实践参考意义.
2019 Vol. 37 (3): 248-250 [摘要] ( 247 ) [HTML 1KB] [PDF 2551KB] ( 84 )
256 杨裕恒,曹升乐*,刘阳,,程雨菲
基于水生态足迹的山东省水资源利用与经济发展分析
为了研究水资源利用情况与经济增长的协调性,提出了一种考虑不同受纳水体的水生态足迹计算方法,并以此计算了山东省2003—2015年水量与水质生态足迹,构建了宏观方面的协调发展脱钩评价模型与微观方面的协调度理论,对水资源消耗与经济增长之间的协调关系进行评价.结果表明山东省水生态足迹总体呈现波动上升趋势,水量生态足迹显示出明显的农业主导型;水质生态足迹计算中,地表与地下水质生态足迹比例约为3∶4;地表水质生态足迹中,2003—2009年硝态氮为决定性污染物,2010—2015年总磷为决定性污染物;地下水质生态足迹则表现为硝态氮主导.人均GDP增长与水生态足迹由弱脱钩的初级协调向强脱钩的中级协调转变,初步说明山东省水资源与经济的协调发展呈现改善趋势.
2019 Vol. 37 (3): 256-262 [摘要] ( 179 ) [HTML 1KB] [PDF 2003KB] ( 123 )
263 胡广,朱兴业*,袁寿其,张林国,李扬帆
BP和RBF神经网络预测射流式喷头射程对比
为了探究适合全射流喷头多因素下射程的预测模型,通过改变喷头工作压力、安装高度、喷嘴直径、喷头仰角共4个参数,对射程进行测量.基于BP神经网络和广义径向基(RBF)神经网络的基本原理和算法,建立了全射流喷头射程预测的BP和RBF神经网络模型,并分析BP和RBF神经网络的预测性能.结果表明射程与工作压力、喷嘴直径呈非线性关系;当喷头在1.2 m安装高度、27°仰角、4~10 mm喷嘴直径时,压力增大到0.4 MPa,射程趋于极限,并且安装高度与射程呈正相关关系.BP与RBF神经网络均能较好地表达全射流喷头射程与主控因素之间的非线性关系.在训练时间方面,RBF网络比BP网络慢8.05 s;预测过程中,BP网络在每次运行程序时的预测结果不一定相同,而RBF网络则不会出现此问题,且RBF网络预测值与实测值之间的平均绝对误差比BP网络的小3.55%.从网络预测总体效果观察,RBF神经网络预测喷头射程具有更好的推广能力.
2019 Vol. 37 (3): 263-269 [摘要] ( 185 ) [HTML 1KB] [PDF 2459KB] ( 107 )
270 徐胜荣,王新坤*,肖思强,樊二东
射流脉冲三通结构参数数值模拟与优化
基于CFX数值模拟技术,对射流脉冲三通的内部结构进行设计.首先通过控制变量法,得到了射流三通的稳定振荡区间,其中各关键结构参数的设计范围分别为分流劈距20~45 mm,位差1.1~2.1 mm,侧壁倾角6°~16°.在该结构范围内进行4因素3水平正交试验设计,4组因素分别为位差比、侧壁倾角、劈距比、喷嘴深宽比,3组水平分别为脉冲频率、水头振幅和流量振幅,得到了各因素对性能指标的影响主次顺序和最优模型设计方案.对比优化模型与普通模型的脉冲效果,模拟结果表明优化模型的脉冲频率提高了0~2.5 Hz,水头振幅提高了0~20 kPa.对普通三通和射流三通的脉冲效果进行水力性能试验,其中射流三通的脉冲频率为2.0~4.0 Hz,比模拟结果偏小,水头振幅为17~53 kPa,比模拟结果偏大.与普通三通相比,不同压力条件下,射流三通的单侧出口流量均较大,说明射流三通能够提供稳定的脉冲水流.
2019 Vol. 37 (3): 270-276 [摘要] ( 165 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 32 )
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  学报信息  

主管单位
 中国农业机械学会排灌机械分会
主办单位
 中国农业机械学会排灌机械分会
 江苏大学流体机械工程技术研究中心
协办单位
 中国农业工程学会农业水土工程专业委员会
 国家水泵及系统工程技术研究中心
主  编
 袁寿其
编辑出版
 《排灌机械工程学报》编辑部
责任编辑
徐云峰  张文涛 陈建华
谈国鹏  朱漪云 顾    艳
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