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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 4期
刊出日期：2019-04-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
排灌装备制造技术
   
泵理论与技术
1
封面
2019 Vol. 37 (4): 1- [摘要] ( 142 ) [HTML 1KB] [PDF 2673KB] ( 384 )
2
目录
2019 Vol. 37 (4): 2- [摘要] ( 125 ) [HTML 1KB] [PDF 270KB] ( 392 )
277 李伟*, 张扬, 孙兵, 施卫东, 许荣军
不同工况下混流泵转子径向力及压力脉动
为了研究混流泵内部非定常流动特性,基于ANSYS CFX软件对混流泵的外特性和内部流场进行了非定常计算,获得了不同流量工况下转子径向力的分布情况和不同监测点的压力脉动时域、频域响应,分析了不同流量工况对混流泵转子径向力和压力脉动的影响.研究结果表明,数值计算的外特性结果与试验测量结果的趋势基本吻合,说明数值计算的准确度较高.3种流量工况下径向力的分布均呈现一定的周期性,小流量工况下的瞬态径向力合力最不稳定,设计工况下的瞬态径向力合力规律性最强,大流量工况下混流泵瞬态径向力合力波动性最小.不同流量工况下叶片通过频率始终占主导因素,低频信号是引起设计工况压力脉动的主要原因,流量变化对轮缘间隙进出口压力系数幅值影响较小,对叶轮中间位置处压力系数幅值影响较大.研究结果为揭示导叶式混流泵内部不稳定流动特性及其诱导的转子故障恶化提供理论依据.
2019 Vol. 37 (4): 277-283 [摘要] ( 317 ) [HTML 1KB] [PDF 7903KB] ( 399 )
284 柏宇星,*,刘莹莹,孔繁余,夏斌,戴韬
叶轮外径对混流泵作透平性能的影响
为了研究混流泵作透平工况下,叶轮外径对性能的影响,以混流泵为模型,通过试验验证了CFD方法的有效性.基于BladeGen设计了160,170,180 mm这3种叶轮外径的混流泵水力模型, 并通过数值分析研究了3种叶轮外径下,混流泵作透平工况下的外特性,水力损失分布及内部流场分布.结果表明:随着叶轮外径的不断增大,混流泵作透平的高效点逐渐向大流量区域移动,高效点的扬程、轴功率及效率都随之增加;大流量区域内,扬程迅速降低,轴功率下降变缓,效率有所上升;总水力损失与叶轮部分的水力损失显著减少;蜗壳部分的水力损失变化不明显;叶轮入口处的旋涡区域逐渐减小,蜗壳出口与叶轮入口之间存在的间隙流体逐渐减小,从而引起该部分水力损失逐渐减小;压力分布更加均匀.
2019 Vol. 37 (4): 284-288 [摘要] ( 266 ) [HTML 1KB] [PDF 5849KB] ( 435 )
289 郭佳栋*,蒋劲,孙强强,刘承,刘来全
外啮合直齿轮泵的耳型浮动套筒参数优化
为了减少外啮合直齿轮泵的主、从动齿轮与其端面浮动套筒间的磨损,进而提高齿轮泵的容积效率及使用寿命,分析了齿轮泵端面磨损的机理,得出其所受合力与力矩不平衡是产生磨损的根本原因.由齿轮泵主要参数推导出了其外侧受力与力矩的表达式.基于遗传算法,以耳型浮动套筒所受合力为目标函数,以耳型浮动套筒密封圈的外径、内径、角度和弹性强度作为自变量,在力矩平衡和密封圈宽度的约束条件下,求得当目标函数最小时自变量的值.最后分别对参数优化前后浮动套筒的外啮合直齿轮泵建模并导入PUMPLINX中进行数值模拟,进行对比分析后发现,优化后的耳型浮动套筒所受合力基本为零,受力条件得到改善.本研究可为齿轮泵的密封设计提供技术参考.
2019 Vol. 37 (4): 289-295 [摘要] ( 261 ) [HTML 1KB] [PDF 2431KB] ( 395 )
296 周以松*,孔繁余,操瑞嘉,孙静如
屏蔽泵冷却循环回路的热流耦合
为了研究屏蔽泵冷却循环回路与泵内部温升关系,模拟计算了屏蔽电动机内部温度场与压力场的分布以及冷却循环回路中的温升,分析了冷却液与电动机定转子之间的对流换热信息.以冲压成型屏蔽泵实型样机为研究对象,利用工程仿真软件CFD,对屏蔽泵叶轮前后腔体、冷却循环回路等全流场进行热流耦合数值分析.结果表明:屏蔽套间隙内的温升在不同流量工况下温度变化较小,最大温差为0.97 ℃;额定流量工况下,轴孔径的大小对屏蔽电动机的温升影响较小.随着轴孔径的逐渐增大,电动机内的最大温度逐渐减小;在额定流量工况下,由屏蔽泵数值与理论计算两种情况的循环流量与轴孔径的关系可以得出:数值计算与理论计算两者的结果基本一致,研究结果为屏蔽泵冷却循环回路的设计提供理论依据.
2019 Vol. 37 (4): 296-301 [摘要] ( 278 ) [HTML 1KB] [PDF 3191KB] ( 451 )
302 余昊谦*,王洋,韩亚文,胡日新,汤海涛,汪群
旋涡自吸泵流致噪声模拟及降噪
以比转数为15.9的旋涡自吸泵为研究对象,结合CFX和LMS Virtual Lab中的Acoustic Harmonic BEM模块对旋涡自吸泵内流压力脉动和流致噪声进行仿真研究,旨在降噪优化.首先采用RNG k-ε湍流模型对旋涡自吸泵0.4Qd,0.6Qd,Qd这3个工况下的内部流场分别进行定常、非定常求解,捕捉蜗壳壁面以及进出口管道壁面的压力脉动数据,并以cgns文件导入Acoustic Harmonic BEM模块进行声场计算,求解旋涡自吸泵内部的声压级大小及其分布特性.结合内流压力脉动与声场计算结果综合分析可得:蜗壳隔舌与叶轮的间隙内的压力脉动是产生流致噪声的主要因素.为了降低旋涡自吸泵内部流致噪声,借鉴涡轮叶片锯齿尾缘结构,优化叶片以降低间隙内流压力脉动.通过流场和声场的数值模拟的对比分析发现:优化泵隔舌间隙处压力脉动幅度在设计工况下最大降低20.0%,在小流量工况下最大降低26.6%;较之原模型,设计工况下改进型泵进、出口管道监测点的声压级分别降低1.01,1.03 dB;小流量工况下,进、出口管道声压级最大幅值分别降低8.57,2.65 dB.
2019 Vol. 37 (4): 302-306 [摘要] ( 280 ) [HTML 1KB] [PDF 2160KB] ( 435 )
307 刘坤,徐雷*,杨波,刘蕴
外啮合斜齿轮高压泵的CFD数值模拟
为研究流量脉动系数对外啮合斜齿轮高压泵内部流场的影响,通过理论推导流量脉动系数的计算公式,分析螺旋角对流量脉动系数的影响,并结合计算流体力学(CFD),对外啮合斜齿轮高压泵的流场进行数值模拟,得到高压泵在不同转速、不同径向间隙下的压力脉动和流量特性.结果表明:增大螺旋角会减小流量脉动系数,有利于改善出口流量的品质,降低齿轮泵泄漏;另外,转速和径向间隙在一定范围内增大时,脉动系数逐渐减小,泄漏涡强度也会减小.当转速和径向间隙继续增大时,脉动系数趋于平稳波动;转速增大时,啮合区域的压力变化较大,但是靠近泵腔壁处的齿轮压强变化较小;径向间隙增大时,泄漏流动和泄漏涡强度会降低,在设计中适当增大转速和径向间隙可以改善出口流量品质.研究高压泵内部流场的运动规律和流量脉动特性对于外啮合斜齿高压泵的设计和优化具有一定的参考价值.
2019 Vol. 37 (4): 307-312 [摘要] ( 266 ) [HTML 1KB] [PDF 2350KB] ( 426 )
313 罗波,王春林*,夏勇,叶剑,杨晓勇
双吸离心泵作液力透平流致振动数值研究
以某一双吸式离心泵为研究对象,分析了双吸泵作液力透平与泵工况下的非定常压力脉动,基于有限元法(FEM),针对双吸离心泵作液力透平和泵工况下泵壳内表面上的流体压力激励,进行基于泵壳模态的强迫振动响应计算,得到了泵壳上的响应速度分布和泵壳表面监测点的振动响应速度频谱.结果表明:叶轮与隔舌相互作用导致隔舌附近非定常特性明显;双吸泵内的压力脉动主要受低频率波的影响,以转频和叶片通过频率为主.由于受到叶轮转动与流体压力激振力的影响,振动速度响应集中在转频、叶片通过频率以及其谐频附近;泵壳第3阶频率880.083 Hz与3倍叶频884.991 Hz比较接近,引发了一定程度的共振.揭示了泵壳振动响应速度随着频率变化规律,为后续减振降噪研究提供了理论基础.
2019 Vol. 37 (4): 313-318 [摘要] ( 214 ) [HTML 1KB] [PDF 3403KB] ( 417 )
水利水电工程
319 黄剑峰*,杨松,龙立焱,张立翔
基于重叠网格的水轮机导叶尾流水动力特性数值研究
为研究水轮机导叶运动对水轮机暂态过程中叶栅流场的流固耦合动态特性影响,基于二维时均瞬态N-S方程和标准k-ε湍流模型,分别应用ANSYS FLUENT软件中的重叠网格方法和动网格方法,对高雷诺数下槽道内水轮机单个导叶在均匀来流条件下模拟水流绕流翼型叶片的导叶匀速关闭运动过程.结果表明:2种方法得到的关闭过程中叶后不均匀流场动态水力特性呈现出强非线性,导叶的升力系数、阻力系数随时间的变化规律较为吻合,槽道内各典型时刻的流场压力、尾涡结构、湍流强度分布特征也基本一致.但重叠网格方法的网格数量约为动网格方法的1/3,计算耗时约为动网格方法的1/4,说明重叠网格方法在计算效率方面具有比动网格方法更好的优越性.研究表明2种方法都可较好地模拟导叶动态绕流问题,但对某些复杂非线性动边界流固耦合问题进行非定常流模拟时可以优先选择重叠网格方法,2种方法都具有较高工程应用价值.
2019 Vol. 37 (4): 319-324 [摘要] ( 291 ) [HTML 1KB] [PDF 1708KB] ( 450 )
325 常平,李晓丽*,李明玉,陈溯航,邬尚贇
砒砂岩坡面薄层水流水力冲刷特性试验
试验利用室内变坡度水槽,选取5种(5°,10°,15°,25°,35°)坡度和5种(280,420,550,650,900 L/h)流量进行25组叠加组合模拟室内薄层水流冲刷试验.结果表明:坡度一定时,冲蚀率随流量递增,增长幅度受坡度影响,在15°~35°存在着临界坡度值;无降雨条件下小于临界坡度时,冲蚀率与能坡之间满足多项式关系;冲蚀过程中坡面薄层水流流态属于层流中的急流,冲蚀细沟的产生与水流弗罗德数和雷诺数有关;小于10°时,水流剪切应力和水流功率不受流量的影响,小于420 L/h时,坡度的影响也并不是特别明显,坡度对流速的影响大于流量的影响,这导致了坡度对单位水流功率的影响更大;单宽流量与能坡对冲蚀率的影响较大,并建立了冲蚀率的拟合模型,此模型可以满足砒砂岩大角度的冲刷.
2019 Vol. 37 (4): 325-331 [摘要] ( 201 ) [HTML 1KB] [PDF 5663KB] ( 395 )
流体工程
332 陈汇龙,陈妙妙*,付杰,黄友根,孙冬冬,吴远征,张培林
轴流风叶降噪机理及优化分析
为了降低轴流风叶的气动噪声,提高轴流风叶及其系统的气动性能,探究轴流风叶气动噪声产生的根本原因和内流场降噪的机理,寻找一种较为有效的降噪方案,以一款空调用轴流风叶为模型,针对风叶尾缘处进行结构参数化设计,提出了3种轴流风叶尾缘优化方案,并对各方案的内流场进行数值模拟分析,同时引用BVF(边界涡量流)诊断方法对仿真结果进行对比分析,最后通过试验进行验证,探究了轴流风叶涡流噪声的产生机理和有效解决涡流噪声的降噪方案。结果表明:边界涡量流诊断技术可用于分析诊断产生涡流的根源,通过涡量变化及内流场分布差异探究内部复杂流动机理是一种可行的仿真方案;风叶尾缘的旋涡流是产生涡流噪声的根本原因,通过减少叶尾涡流的尾缘锯齿方案能有效降低轴流风叶涡流噪声;提出了尾缘降噪的结构尺寸设计参考,为后续气动噪声的降噪研究提供一定的参考依据。
2019 Vol. 37 (4): 332-335 [摘要] ( 352 ) [HTML 1KB] [PDF 7349KB] ( 396 )
336 边若鹏,昝丙合,朱建勇*,何淼
桨距角对螺旋桨气动特性的影响
为了研究桨距角的大小对螺旋桨的整体气动性能的影响,基于滑移网格和动网格技术,使用CFD软件求解非定常不可压流动的N-S方程和S-A湍流模型,分别对桨距角静态变化和动态变化下的螺旋桨气动特性进行了模拟分析,桨距角静态变化角度分别为0°,3°和6°,桨距角动态变化时桨距角按照正弦变化曲线从0°增大到4°.数值计算结果表明:在桨距角静态变化过程中,螺旋桨的拉力和扭矩均随桨距角的增大而增大,而效率降低,相对于桨距角0°,桨距角3°时的拉力提高了20%~30%、扭矩提高了将近30%~40%.在桨距角动态变化过程中,随着桨距角的增加,拉力、扭矩及需用功率均呈线性增加,效率减小,此外,桨距角静态变化时的桨距角3°与和桨距角从0°增大到4°动态变化时的桨距角3°所对应的气动参数大致相同.
2019 Vol. 37 (4): 336-340 [摘要] ( 348 ) [HTML 1KB] [PDF 2351KB] ( 357 )
341 石云飞,张西良*,徐云峰,崔守娟
料仓进料方式对螺旋输送机出料量影响
为研究料仓进料方式对单螺旋加料机性能的影响,基于螺旋输送理论,采用EDEM离散元仿真软件,建立了具有分料装置的螺旋加料机模型,以5.5 mm直径大豆颗粒分别在60,120 r/min下进行了螺旋加料过程数值仿真试验,计算得到了2种进料方式在2种速度下螺旋输送机的能耗,比较了两者出料量的区别,并进行了颗粒群运动形态轨迹分析.数值分析得到:动态进料方式输送时,机构初始能耗低且能耗增加缓慢,单圈出料量相对于理论出料量波动范围小且平均出料量数值和理论数值接近,颗粒运动形态较单一且颗粒之间的相对作用较少.静态进料方式输送时,料仓中物料堆积较多,机构初始能耗大,颗粒相互作用频繁使得颗粒运动形态复杂.该研究为螺旋加料机的进料方式提供了理论和数值仿真依据.
2019 Vol. 37 (4): 341-345 [摘要] ( 592 ) [HTML 1KB] [PDF 5539KB] ( 378 )
农业水土工程
346 倪纪恒*,刘勇,毛罕平,张晓东
留果数和源库距离对温室番茄干物质分配的影响
为探索源库比例和源库距离对温室番茄同化产物分配的影响规律,2016年1—12月在江苏大学Venlo型试验温室中进行试验,分为早春茬和秋冬茬,采用双杆整枝,设置了3个留果数水平(T1留3果;T2留2果;T3留1果)和2个不同源库距离(T4第1果枝留1果;T5第2果枝留1果),采用已建立的叶长与叶干质量、株高与茎干质量和果径与果干质量的数学公式来计算各器官的同化产物动态变化.结果表明:T1,T2和T3之间的同化产物产量差异不大,但均高于T4和T5,T4和T5之间差异不大.同化产物向果实的分配系数在处理后22 d T1显著大于T2和T3;处理T4同化产物向果实中分配系数在处理后16 d显著大于T5.不同处理间源库比例和源库距离均影响温室番茄同化产物分配,这为温室番茄的整枝管理提供了理论依据和技术支持.
2019 Vol. 37 (4): 346-351 [摘要] ( 231 ) [HTML 1KB] [PDF 1974KB] ( 397 )
352 陈琳,费良军*,金世杰,王子路,钟韵
不同含沙率浑水膜孔灌三维Green-Ampt入渗模型
通过室内浑水膜孔灌入渗试验,基于三维Green-Ampt模型建立相关的物理模型,研究浑水含沙率对浑水膜孔灌自由入渗的影响.将浑水泥沙对水分入渗的影响概化为水土界面沉降层的减渗作用,以清水膜孔灌为基础,得到不同含沙率下水土界面沉积层减渗作用随时间的变化规律.研究结果表明,沉淀层减渗作用随着浑水含沙率的增大而增大,含沙率越高,减渗作用越明显,同一含沙率浑水减渗作用与时间具有较好的幂函数关系,该减渗作用力最大值出现在土壤水分入渗初期,前30 min减渗作用力明显较大,30 min后减渗作用力变化趋势逐渐减小,100 min后基本趋于稳定状态.该研究为后续浑水膜孔灌自由入渗研究奠定了基础,而且在灌溉理论发展和实际应用方面具有重要的科学价值.
2019 Vol. 37 (4): 352-357 [摘要] ( 298 ) [HTML 1KB] [PDF 1111KB] ( 421 )
排灌装备制造技术
358 陈瑞,朱德兰,*,吴守军,张林,
涌泉根灌灌水器外壳材料对水力性能的影响
对使用ABS、纯HDPE、HDPE+20%EVA、LDPE+20%EVA以及40%HDPE+40%LDPE+10%LLDPE+10%EVA这5种不同外壳材料制造的涌泉根灌灌水器,从外壳材料的收缩率、弹性模量、拉伸应变特点等方面研究了外壳材料对涌泉根灌灌水器出流特性的影响.结果表明,外壳材料对涌泉根灌灌水器的水力性能影响明显:外壳材料的模塑收缩率越大,灌水器外壳与内芯流道贴合越紧密,流量就越小;灌水器外壳的刚性越强,即材料的弹性模量越大,不同压力作用下灌水器的流量相差越小;相同制造工艺下,外壳材料的自然回弹率影响灌水器的制造偏差,材料的回弹性越好,得到的灌水器流量偏差越小.因此,为了得到制造偏差小、水力性能良好的涌泉根灌灌水器,对外壳材料的选配应平衡刚性及自然回弹性.推荐使用混合材料40%HDPE+40%LDPE+10%LLDPE+10%EVA用以制备涌泉根灌灌水器外壳.
2019 Vol. 37 (4): 358-362 [摘要] ( 289 ) [HTML 1KB] [PDF 2588KB] ( 369 )
363 李亮,侯诗文*,王星天,刘文兵,王世锋
新型户外变频控制器保温柜
针对风能、太阳能提水设备变频控制器冬季供水易冻损的情况,通过保温柜原理、技术、结构的分析,完成了户外变频控制器保温柜的设计,开发新型户外变频控制器保温柜,利用模型模拟及试验验证的方法,分析保温柜的保温效果,并进行试验分析研究.研究显示,自限温伴热带长度与环境温度的线性模型为L=-0.062T∞+0.65,标准差为0.804,精度较高,确定保温柜理想加热模式是自限温伴热带长度为2.2 m,加热时间为25 min,分析显示,保温柜利用自限温伴热带可有效提高柜内温度,保障控制器的正常启闭,具有较好的实际应用效果,对提高风能、太阳能提水设备在高、寒、荒偏远地区冬季的供水保证率具有重要意义.
2019 Vol. 37 (4): 363-368 [摘要] ( 192 ) [HTML 1KB] [PDF 1562KB] ( 366 )
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协办单位
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编辑出版
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