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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 6期
刊出日期：2019-06-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
   
泵理论与技术
1
封面
2019 Vol. 37 (6): 1- [摘要] ( 129 ) [HTML 1KB] [PDF 2387KB] ( 391 )
2
目录
2019 Vol. 37 (6): 2- [摘要] ( 136 ) [HTML 1KB] [PDF 254KB] ( 374 )
461 赵伟国,,潘绪伟,*,宋启策,,李尚升,
叶片进口边穿孔对离心泵空化性能的影响
为了研究叶片进口边位置附近穿孔对离心泵非定常空化性能的影响规律,以某离心泵为研究对象,在叶片进口边同一位置设计了10种孔径大小不同的圆孔,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,分别对这10种叶轮的离心泵进行清水介质下的全流道三维非定常数值模拟,并同试验结果进行对比.研究发现,对于低比转数离心泵而言,在进口边气泡最先产生的位置进行叶片穿孔(该位置距叶片头部距离约占整个叶片长度的1/30),当穿孔直径为8 mm时,不仅扬程、效率得到提高,而且可显著地提高离心泵的空化性能;穿孔叶片将每个叶轮流道内整体的空化区截断成了2个空化区,随着孔径的增大,叶轮内低压区分布范围先减小后增大,当孔径为8 mm时,低压区的分布范围最小;叶片穿孔后叶轮内压力脉动幅值明显大于原型叶片且穿孔对流场的影响作用随着与穿孔位置距离的增大而逐渐减弱,在蜗壳内穿孔对流场的影响作用完全消失.
2019 Vol. 37 (6): 461-468 [摘要] ( 173 ) [HTML 1KB] [PDF 3900KB] ( 460 )
469 DUAN Haojie,LIU Lei,DAI Ren
Multi-point airfoil optimizationfor axial-flow fan
Airfoil is the element of fan blade design. It is strongly anticipated to design a fan of averaged high performance over a wide operation range. Multi-point optimization design of airfoil for axial flow fan is proposed over specific operation range. Weighted objective function of airfoil lift-drag ratio is constructed for several operation points around the designing one. Airfoil is defined by parametric B-spline curve of limited shape controlling points. Results show that normal standard airfoils have remained spaces to be optimized for specific operation conditions. Airfoil performance is sensitive to flow′s Reynolds number and cascade solidity. Predicting flow transition along airfoil profile is essential to search for optimized one. Optimized airfoil of wide operation range is possible to obtain with prescribed fitness function. Obtainments of multi-point optimization may be relatively lower at design point, but positive obtainments are achieved at off-design ones. Resulted airfoil is specially suitable for axial flow fans operating frequently at off-design point such as air condition coolers.
2019 Vol. 37 (6): 469-474 [摘要] ( 202 ) [HTML 1KB] [PDF 2345KB] ( 356 )
475 杨孙圣,邵珂*,戴韬
叶片包角对混流泵作透平的特性影响
采用数值模拟与试验验证相结合的方法,在保证叶轮其他主要几何参数不变的情况下,分别模拟叶片包角为45°,65°,75°,85°,95°和105°的叶轮模型,并通过试验进行验证,探究叶片包角变化对混流泵作透平性能的影响规律.结果表明:随着叶片包角增大,混流泵作透平流量效率曲线向小流量工况偏移,且高效区间逐渐减小,流量扬程曲线和流量轴功率曲线上升趋势越来越陡峭.随着包角增加,液流流动将更加贴近叶片型线,叶轮流道内部漩涡现象得到一定程度的改善.包角增加使得叶片对液流约束能力加强,旋涡损失减小从而小流量区域水力损失减小;在大流量区域,包角增大使得叶轮流道加长,摩擦损失增加从而流道内的水力损失加大.因此旋涡损失和摩擦损失的共同作用使叶片包角存在一个最佳值使得透平最高,效率最高,对混流泵作透平叶片设计有一定的指导意义.
2019 Vol. 37 (6): 475-479 [摘要] ( 196 ) [HTML 1KB] [PDF 5432KB] ( 389 )
480 周颖,郑源*,何中伟,孙奥冉,张付林,汪昊蓝
大型轴流泵反向发电压力脉动及流固耦合
为研究南水北调东线某泵站机组反向发电的稳定性,对流道进行了全数值模拟,以研究反向发电工况的压力脉动及应力分布规律.在导叶进口、转轮进口和出口3个截面设置监测点.计算结果表明,轴流泵在反向发电工况下,转轮进口及出口处监测点的压力脉动时域图呈现周期性变化规律.压力脉动频率受转轮转频影响,集中在低频.转轮进口处中部及边缘处水流压力脉动明显,最大压力脉动发生在转轮出口处的中部水流,压力脉动幅值是转轮出口边缘处的近3倍,是转轮进口处中间及边缘的近2倍.叶轮出口处,压力脉动从轮毂到轮缘逐渐增大.研究结果表明,叶片总形变主要分布在叶片进水侧,其形变沿轮毂到轮缘方向逐渐增大;应力主要集中在叶片压力面与吸力面的根部,最大等效应力出现在叶片吸力面的叶轮根处.最大等效应力值在叶片材料安全范围内,对转轮运转机组寿命及破坏不构成影响.
2019 Vol. 37 (6): 480-485 [摘要] ( 356 ) [HTML 1KB] [PDF 3013KB] ( 418 )
486 顾祖坤,袁建平*,骆寅,石洋
泵系统电动机效率的测量方法
为了实现泵驱动电动机效率的测量,推导了电动机能量关系式,结果表明,电动机效率与电动机的输入功率和运行电流有关,并得到电动机运行效率计算公式.取6组不同型号的三相异步电动机,引用其标准测试数据进行理论验证,读取电动机输入功率与运行电流,结合电动机运行效率表达式,计算出电动机运行效率,并与电动机实际效率对比.计算结果表明,计算效率与电动机实际运行效率值的相对偏差在1.8%之内,精度较高.为进一步证明方案可靠性,设计了离心泵试验台进行试验验证,通过调节水泵阀门开度控制电动机端负载,得到不同工况下的电动机运行参数,再结合推导公式即可得到电动机运行效率,试验结果表明计算效率与试验效率值最大相差1.06%,基本吻合.与一般测试方法相比,该方案只需在电动机运行时读取其输入功率及电流,即可快速准确地计算出运行效率,而不需要测量其他数据,也不需停机测量,极大提高了测量效率.
2019 Vol. 37 (6): 486-490 [摘要] ( 233 ) [HTML 1KB] [PDF 1621KB] ( 467 )
水利水电工程
491 岳书波,张鸿清*,刁明军,代尚逸
泄洪闸胸墙压坡段的数值模拟
采用RNG k-ε紊流数值模型对具有不同坡度的胸墙压坡段的泄洪闸出口水流进行了三维数值模拟.通过数值模拟计算得到了具有4种不同坡度的泄洪闸胸墙压坡段的流线、流速和压力,并对比分析了胸墙压坡段坡度变化对泄洪闸泄流能力、水流脱壁情况、负压分布区域的影响情况.研究结果表明:随着胸墙压坡段坡度的增大,虽然闸口的泄流能力减弱,但是出口水流的脱空长度和脱空高度变小,也即增大胸墙压坡段的坡度使得出口水流的脱壁现象减弱直至消失;胸墙压坡段内的负压最值及负压的分布区域均随着坡度的增大而变小.在泄洪闸胸墙底缘压坡段的设计过程中要避免平坡式链接,可通过合理的方式比选出适用于自身工程的压坡坡度,有利于提高消力池的消能效率,避免压坡段的空化空蚀,从而增强了工程的安全性.研究方法和结果对类似工程的优化设计及安全运行具有一定的指导意义.
2019 Vol. 37 (6): 491-497 [摘要] ( 211 ) [HTML 1KB] [PDF 4707KB] ( 399 )
498 王洪德,,徐小明,佘冬立,*
砾石覆盖对海涂围垦区粉砂土坡面土壤可蚀性影响试验研究
通过人工模拟降雨试验,选取2种坡度(15°,30°),2种降雨强度(92,119 mm/h)和6种砾石覆盖度(0,10%,20%,40%,60%,80%),探究砾石覆盖对海涂围垦区粉砂土坡面侵蚀及土壤可蚀性的影响.结果表明:随累积降雨量增加,土壤可蚀性参数先增大后减小,并趋于稳定.坡度对土壤可蚀性影响显著,坡度越陡,坡面土壤可蚀性越大.砾石覆盖度与土壤可蚀性参数并非呈单调关系.坡度较陡且低覆盖度时,砾石覆盖增加坡面侵蚀;而当高覆盖度时,砾石覆盖可降低坡面径流速率,增加入渗率,减小土壤侵蚀率.适当盖度砾石覆盖能够改变边坡表面粗糙程度,降低坡面土壤可蚀性.砾石覆盖坡面径流雷诺数与土壤可蚀性参数呈显著线性负相关关系.通过径流雷诺数与土壤可蚀性参数线性关系定量分析能够较好反映坡面高钠盐土颗粒输移水动力学过程,对于构建盐碱土边坡泥沙输移预测模型具有重要意义.
2019 Vol. 37 (6): 498-503 [摘要] ( 205 ) [HTML 1KB] [PDF 2564KB] ( 365 )
流体工程
504 张西良,刘宁*,顾阳阳,翁倩文,徐云峰,罗一闵
盘式制动器摩擦件温度对动态摩擦载荷的影响
为提高动态摩擦加载稳定性,更容易准确控制动态摩擦载荷,以某型号气压盘式制动器摩擦件为研究对象,研究了其在动态摩擦加载过程中温度的变化对摩擦载荷的影响.根据摩擦微凸理论和瞬态传热原理,分析了该摩擦件的摩擦生热机理及热传递机理;根据气压盘式制动器的工作原理,通过Abaqus软件,建立气压盘式制动器摩擦件有限元模型,仿真分析了动态摩擦加载过程中气压盘式制动器摩擦件温度场分布及变化规律;设计动态摩擦加载试验,通过试验分析了动态摩擦加载过程中摩擦力的变化情况.结果显示,摩擦件温度与时间的平方呈线性关系,摩擦力随摩擦件温度升高而增大,直到摩擦件温度超过200 ℃时,摩擦力开始逐渐减小.该研究对动态摩擦载荷有效控制具有指导作用.
2019 Vol. 37 (6): 504-507 [摘要] ( 181 ) [HTML 1KB] [PDF 3302KB] ( 373 )
508 何庆中,刘玉聪*,赵献丹,刘佳
基于CFD动网格技术的三偏心蝶阀开启特性
为了分析三偏心蝶阀在开启过程中涡流与时间的关系,采用Fluent软件提供的计算方法,建立了基于三偏心蝶阀的二维物理模型,编写不同时刻的UDF函数,利用动网格技术及用户自定义函数对三偏心蝶阀开启过程出现的涡街现象进行数值模拟,得到了开启后不同时刻下的涡流速度和涡流长度.结果表明:在三偏心蝶阀刚开启的瞬间蝶阀的下流产生喉口效应,流体介质小开度下由于流阻较大,导致蝶阀的振动强烈,随着开度的增大,流阻急剧减小,蝶阀的振动逐渐减弱,导致三偏心蝶板边缘前后均产生强烈的涡流,下端出现了较明显的涡街效应,随着开启行程的增加,涡流速度不断减小,而涡流长度先增加后缓慢减小,最终消失.通过有限元分析法对蝶阀的流场进行了数值模拟,找到了涡街现象的形成和脱落的时间.此模拟为三偏心蝶阀设计、试验和使用提供了一种思路.
2019 Vol. 37 (6): 508-512 [摘要] ( 185 ) [HTML 1KB] [PDF 2102KB] ( 418 )
513 LI Yan*, SUN Ce, JIANG Yu, YI Xian, GUO Wenfeng, WANG Shaolong, FENG Fang
Influence of liquid water content onwind turbine blade icing by numericalsimulation
In order to research the influence of liquid water content(LWC)on blade icing of wind turbine, a numerical simulation method for blade icing was established. The numerical simulation was based on low speed viscous N-S equation. The trajectory equation of water droplets was established by Lagrangian method. The mass and energy conservation equations of the water droplets impacting on the surface of the blade were solved based on control body theory. Three sections along blade span wise of a 1.5 MW wind turbine were decided to simulate icing. Five kinds of LWC were selected for simulation including 0.2,0.4,0.6,0.8 and 1.0 g/m3 under two ambient temperatures of -10 ℃ and -20 ℃. The medium volume droplet diameter(MVD)was 30 SymbolmA@m. The simulations included icing shape on blade surface, dimensionless icing area and dimensionless maximum stagnation thickness. Furthermore, the flow fields around both the iced blade airfoil and the original one were simulated and analyzed. Accor-ding to the results, the typical icing characteristics of icing shape, icing area and thickness were greatly affected by the difference of LWCs. This study can provide theoretical reference for the research on anti-icing and de-icing of wind turbine blade.
2019 Vol. 37 (6): 513-520 [摘要] ( 182 ) [HTML 1KB] [PDF 3846KB] ( 375 )
521 刘建河,李星光*,许晏铭
喷针-环形电极配置对感应荷电喷雾的影响
为充分了解喷针-环形电极配置对静电喷雾所产生的雾滴荷电性能的影响,以Ansoft Maxwell电磁场分析软件为工具,对感应荷电喷雾中喷针与环形电极的各种配置情况进行了数值模拟计算,得出了在不同电极配置方式下静电场的分布特征,并以此为依据,结合感应荷电的原理进行了喷针-环形电极配置对电喷雾雾化效果的试验.结果表明:在所有的喷针-环形电极配置方式下,喷针周围电场强度均为最高并且沿着轴向方向迅速减弱;通过增加充电电压或改变电极配置中的相关几何尺寸,针尖周围的电场强度也随之升高;在考察的几组电极参数中,喷针长度为25mm,环形电极厚度为4mm时,所得到的电场强度最高,感应荷电效果最好.喷针与环形电极相对位置的不同会导致电场方向出现很大差异,进而导致雾滴的运动轨迹不同.仿真结果可为电极结构的合理配置以及感应荷电喷雾的雾化效果提供设计基础和理论依据.
2019 Vol. 37 (6): 521-527 [摘要] ( 251 ) [HTML 1KB] [PDF 8579KB] ( 400 )
528 岑春海,潘中永*,王雪豹
喷水推进器全流道空化流动数值模拟
为了研究对旋轴流式喷水推进器内部空化特性,基于ANSYS-CFX软件,利用SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,对不同转速以及设计航速条件下喷水推进器进行全流域空化数值计算,得到了喷水推进器两级叶轮叶片以及叶轮流道内空泡体积分数分布情况.结果表明:在喷水推进器首级叶轮吸力面轮缘处最先发生空化,随着转速的增加,空泡不断地向叶轮轮毂处蔓延,并且体积分数逐渐增加;由于非均匀进流的影响,次级叶轮吸力面进口至出口中部低压区开始出现空泡;且受流动传递性的影响,次级叶轮处在靠近水平面下半叶轮通道内的叶片空化更为严重;在不同的NPSHr下,由于首级叶轮的预压,次级叶轮压力面一直没有空泡附着,表明对旋轴流式喷水推进器具有良好的抗空化性能.
2019 Vol. 37 (6): 528-533 [摘要] ( 197 ) [HTML 1KB] [PDF 3612KB] ( 396 )
农业水土工程
534 王海涛,,王建东*,杨彬,郭山强,莫彦,张彦群
施肥机管路布置对文丘里施肥器吸肥性能的影响
为探究施肥机不同管路布置方式对文丘里施肥器在吸肥性能与通道数量等方面的影响,研究选用相同规格的5个文丘里施肥器,针对不同主管压力和2种管路布置方式进行了多通道吸肥室内试验.结果表明:旁路吸肥式与旁路助肥式相比,可同时支配高效吸肥的通道数量较多,最多可达到6个,且对灌溉系统主管压力范围要求更宽泛,可同时满足多种营养液的精准配比施肥;当吸肥通道数量小于3个时,旁路助肥式单通道吸肥量随主管压力的增大而减小,而旁路吸肥式单通道吸肥量随主管压力增大基本保持稳定值;相同通道数量下,旁路吸肥式管路布置下的总吸肥流量和注肥比例明显大于旁路助肥式管路,“3吸肥通道+旁路吸肥式管路”可推荐作为施肥机管路优化布置的首选方式.
2019 Vol. 37 (6): 534-539 [摘要] ( 195 ) [HTML 1KB] [PDF 2398KB] ( 393 )
540 德佳硕,郭萍*,张成龙,岳琼,单宝英
考虑气象因子的不确定性灌溉水资源优化配置
基于不确定性区间作物水分生产函数,选取春小麦、玉米、棉花和白兰瓜这4种典型作物,建立不确定性条件下灌溉水资源优化配置模型,并将气象因子(蒸发蒸腾量和相对湿度)的不确定性引入其中,以反映气候变化对灌区配水的影响.结果表明,在石羊河流域民勤地区,玉米单方水经济效益较低,故其优化灌溉定额相比现状灌溉定额变化较大.棉花是单方水经济效益最大的作物,其次是白兰瓜,所以当可用水量短缺时,在确保粮食安全的前提下,为降低因灌溉缺水而带来的经济损失,要优先保证棉花和白兰瓜灌溉用水.引入气象因子的灌区水资源优化配置模型区间优化配水定额范围更广,反映出气象因子对灌区配水的影响.本研究验证了不确定性方法在实际应用的可行性,可为灌区水资源合理分配提供更可靠的科学依据.
2019 Vol. 37 (6): 540-544 [摘要] ( 187 ) [HTML 1KB] [PDF 1674KB] ( 423 )
545 张艺璇,崔宁博,*,冯禹,,乐进华,王军,刘双美
西北地区地表太阳总辐射计算模型适用性评价
为有效提高中国西北地区Rs预报精度,选取西北地区11个代表性气象站点1959—2015年逐日气象数据,评价了4种基于日照时数的Rs计算模型(Angstrom-Prescott,Ogelman,Bahel和Louche模型)和2种基于温度的Rs计算模型(Hargreaves和Bristow-Campbell模型)在西北地区4个分区(温带大陆性高温干旱区、温带大陆性干旱区、高原大陆性半干旱区和温带季风半干旱区)的适用性.结果表明:6种模型在西北地区的Rs模拟值与实测值均在P<0.001水平具有统计学意义;基于日照时数的Rs计算模型(R2介于0.901~0.903)精度高于基于温度的模型(R2介于0.695~0.719);其中,基于日照时数的模型中Bahel模型的精度最高,其R2,MAE,MRE,RMSE和NSE分别为0.903,1.624 MJ/(m2·d),15.7%,2.298 MJ/(m2·d)和0.902;基于温度的模型中Bristow-Campbell模型精度最高,其值分别为0.719,2.851 MJ/(m2·d),30.7%,3.959 MJ/(m2·d)和0.713.因此,为有效提高西北地区Rs日值和月值预报精度,在仅有温度资料时推荐使用Bristow-Campbell模型,在仅有日照时数资料时推荐使用Bahel模型.
2019 Vol. 37 (6): 545-552 [摘要] ( 216 ) [HTML 1KB] [PDF 3581KB] ( 415 )
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协办单位
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编辑出版
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