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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 7期
刊出日期：2019-07-25
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 (7): 1- [摘要] ( 187 ) [HTML 1KB] [PDF 2764KB] ( 422 )
2
目录
2019 Vol. 37 (7): 2- [摘要] ( 155 ) [HTML 1KB] [PDF 255KB] ( 389 )
553 袁建平,邓凡杰,张克玉,崔强磊,司乔瑞*
气液两相流下叶片泵内部流动研究现状
对叶片泵内3种气液两相流动情形进行了介绍,并对比了叶片泵内气液两相流动与管内两相流动的不同. 从泵送气液两相流体的基础理论、试验及数值研究3个方面概括了气液两相流下泵内部流动研究现状:由于理论分析方法的局限性较大,采用解析数学模型描述两相流动不稳定现象仍存在困难;试验研究和构建数值模拟方法是推动气液两相流条件下泵内部流动理论研究的主要手段,目前试验方面多集中于性能试验及采用高速摄影技术对泵内气泡运动及流型变换进行研究,PIV、超声成像和射线衰减等新型可视化技术应用于泵内气液两相流动的研究还较少,且对气液两相条件下压力、振动、噪声等不稳定流场的流动诱导特性还鲜有研究;现有数值计算方法不仅能对气液两相流下泵的性能做出预测,还能对其内部流动特性进行分析,但在高含气率下计算的精度不高,需要在试验的基础上对现有湍流模型和多相流模型进行修正以满足研究的需要.
2019 Vol. 37 (7): 553-561 [摘要] ( 257 ) [HTML 1KB] [PDF 1283KB] ( 494 )
562 施卫东,*,侯云鹤,周岭,李跃民,薛少辉
不同级数深井离心泵性能的数值模拟与试验
选取250QJ80型深井离心泵作为研究对象,借助数值模拟和试验研究的方法,研究不同级数时深井泵性能的变化规律,并通过分析内部流场探究不同级数深井离心泵性能变化规律的本质原因.采用ANSYS-CFX 17.0软件对该深井离心泵模型在单级、两级以及三级时的性能分别进行了数值预测.对3组模型分别进行计算域建模,结构化网格划分,进而基于标准k-ε湍流模型和标准壁面函数进行多工况数值模拟,获得级数不同时深井离心泵的性能预测值,并将数值预测结果与试验结果进行对比分析.结果表明:深井离心泵级数的变化并不会对某一特定级数的性能造成影响,两级与三级离心泵首级扬程与效率高于其后各级,其后各级的扬程与效率差异不大.造成这些相似性与差异性的主要原因是:深井泵首级叶轮进口处的介质为无预旋入流,而当级数大于等于2级时,其后各级叶轮进口处的介质均存在一定的旋转分量.
2019 Vol. 37 (7): 562-567 [摘要] ( 255 ) [HTML 1KB] [PDF 7161KB] ( 462 )
568 赵万勇*, 郭强,
叶片进口边位置对离心泵性能的影响
为了研究叶片进口边位置对离心泵外特性能、内流场的影响规律,在原型泵的基础上,设计了叶片进口边位置不同的5种叶轮,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,分别对5种叶轮的离心泵在清水和含沙水介质下进行三维全流道定常数值计算.结果表明:针对低比转数离心泵,叶片进口排挤严重,使叶片进口边向出口方向延伸可以使叶片进口处的流动更加均匀,液流的流动速度减小,叶片表面的压力变大,从而改善空化性能;在一定范围内变动叶片的进口边位置对离心泵的扬程、效率影响不大,但是当叶片的进口边位置向出口方向延伸过多会导致叶片对液流的做功能力下降,从而使离心泵的扬程明显下降;当离心泵在相同工况下运行时,离心泵进口沙粒含量的增大会使离心泵的扬程、效率降低,且会使流道内空化核的数量增大,从而导致空化性能变差.
2019 Vol. 37 (7): 568-573 [摘要] ( 214 ) [HTML 1KB] [PDF 2965KB] ( 453 )
574 王燕燕,,赵伟国,*,韩向东,,郑英杰,
基于叶片包角和出口安放角对叶轮的改进设计
基于计算流体力学方法,对KQW250-400型离心泵全流场进行数值模拟.基于叶片设计理论,对叶轮进行改进设计,通过改变叶片包角Φ和叶片出口安放角β2建立5个不同的叶轮模型,并数值计算获得5个模型泵相应的外特性曲线和内部流场分布,对比分析可知:叶片包角Φ=126°与叶片出口安放角β2=24°的叶轮最优;设计流量为550 m3/h时,扬程计算值为53.49 m,效率计算值为87.66%.原始离心泵和带改进叶轮的离心泵外特性试验测试结果表明:当流量Q=551.381 m3/h时,测得原始扬程为49.10 m,效率为79.88%;流量Q=550.823 m3/h时,测得带改进叶轮的扬程为51.84 m,效率为85.65%.改进后设计工况点扬程提高了2.74 m,效率提高了5.77%,且改进后的离心泵效率整体高于改进前,离心泵的整体性能得到了提升.研究结果有利于提高建筑物用泵的经济效益,从而降低能耗.
2019 Vol. 37 (7): 574-579 [摘要] ( 265 ) [HTML 1KB] [PDF 10391KB] ( 508 )
580 庞庆龙,蒋小平*,朱嘉炜,吴国桥,王鑫伟,王莉
泵腔径向间隙对多级离心泵泵腔内部流场的影响
为研究泵腔径向间隙对泵腔内部流场的影响,更好地优化多级泵水力性能,选取某悬臂式多级离心泵为研究对象,应用计算流体力学(CFD)与试验相结合的方法对泵腔内部流场进行研究.k-ε湍流模型下的数值计算结果与多级泵外特性试验值吻合较好,说明应用数值计算对泵腔内部流场进行分析是可靠的.设计3种泵腔间隙方案,对比分析了泵腔内部切向速度分布及压力脉动情况.结果表明:随着测速点位置半径的减小,前泵腔切向速度逐渐增大,且液体旋转速度会超出叶轮旋转速度,而后泵腔中切向速度总体呈现逐渐减小的趋势;泵腔间隙区域及叶轮出口处压力脉动主要集中在0~1 680 Hz范围内,压力脉动主频均出现在1倍导叶叶频处,主频脉动幅值由首级向末级逐级递减;泵腔间隙区域压力脉动也受到叶轮叶片数的影响,次主频出现在1倍叶轮叶频处,且在其他叶频倍频处均发生压力脉动现象.
2019 Vol. 37 (7): 580-586 [摘要] ( 239 ) [HTML 1KB] [PDF 4920KB] ( 455 )
587 李强*,李森,燕浩,王道明,夏胜生
叶片进口边对微型高速离心泵性能的影响
为研究叶片进口边形状对微型高速离心式冷却水泵性能的影响,在保证叶片进口断面面积相等的基础上,设计了3种不同叶片进口形式,即外凹型、半凸型、基础型.采用SST k-ω湍流模型对泵的水力特性以及压力脉动进行数值计算,将结果与试验值进行对比分析.结果表明:仿真结果较为准确地预测了泵的水力性能,具有可行性;3种方案在远离扩压管的叶轮流道内均存在旋涡;与基础型相比,外凹型方案的扬程和效率有明显提高,并且高效区范围最宽;外凹型方案叶片进口边和出口附近的湍动能分布较好、叶轮出口圆周速度最高;3种方案蜗壳内压力脉动幅值出现在叶频及其倍频处,距隔舌位置越远,脉动幅值越低.采用外凹型方案叶片能减小脉动幅值,利于泵稳定运行.研究结果为微型高速离心泵优化设计提供一定的参考.
2019 Vol. 37 (7): 587-592 [摘要] ( 251 ) [HTML 1KB] [PDF 3570KB] ( 420 )
593 杨勇飞1, 李伟1*, 施卫东2, 马新华1, 何勇冠1, 许荣军3
超低比转数自平衡多级离心泵转子模态分析
为了掌握多级离心泵转子振动特性,避免泵运行中发生共振,保证水泵运行的稳定性,基于软件ANSYS Workbench对超低比转数自平衡多级离心泵转子进行模态分析.计算对比干态无流场预应力、干态有流场预应力及湿态有流场预应力3种情况下泵转子各阶次的固有频率,并提取泵转子的前8阶模态对应振型进行分析.结果表明:3种情况下,转子各阶反进动固有频率均小于同一阶次下的正进动频率;干态有流场预应力相比无流场预应力情况下各阶固有频率略有提高,说明流场预应力对泵转子起到一定的应力刚化作用;湿态下水对转子的质量力、黏性以及阻尼的影响会显著降低了泵转子各个阶次的固有频率,湿态下水的附加力对转子的模态影响更为明显;对比转子的前4阶振型,发现3种情况下转子各阶次的振动形式和最大振幅出现位置基本相同,其中第三阶为绕轴心的扭转振动,其余3阶振型对应为不同方向和不同形式的弯曲振动.
2019 Vol. 37 (7): 593-599 [摘要] ( 263 ) [HTML 1KB] [PDF 6636KB] ( 473 )
水利水电工程
600 葛新峰*,徐旭,沈明辉,檀林杰,钱巨林,张昌振
水轮机顶盖部分螺栓断裂后剩余螺栓的强度分析
针对水轮发电机组由于顶盖连接螺栓断裂而导致水淹厂房等严重事故的问题,建立了某电站实际顶盖及螺栓的模型并进行有限元分析.基于Ansys,采用有限单元法求解静力学基本方程,计算得到各种工况下螺栓的应力分布;研究了某混流式水轮机顶盖全部螺栓正常工作时的强度,对部分螺栓断裂后剩余螺栓的强度进行了分析,对比了螺栓在断裂数量为1,2,4,8根以及断裂位置为90°对称分布、邻近分布、180°分布时的应力情况.计算结果表明:部分螺栓断裂后,由于偏载和突变,其余螺栓的最大应力值都会升高;螺栓断裂个数越多,断裂螺栓的分布位置越邻近,则其余螺栓强度越不足.当断裂螺栓数量为4根且处于邻近分布位置时,剩余螺栓的最大应力为744.03 MPa,十分接近螺栓材料的极限容许应力744 MPa;当断裂螺栓处于邻近分布位置且数量达到8根时,剩余螺栓的最大应力达776.21 MPa,增幅达19.69%,已远远超过材料极限容许应力,威胁电站安全运行.
2019 Vol. 37 (7): 600-605 [摘要] ( 334 ) [HTML 1KB] [PDF 3890KB] ( 431 )
606 刘垚*, 卢蕊, 蔡卫军
基于重叠网格的水轮机导流罩水动力特性
为了研究复杂海流环境条件下导流罩对水轮机非定常水动力特性的影响,提出了一种采用基于重叠网格的DFBI(动态流体固态相互作用)数值仿真方法,利用重叠网格解除物体与网格之间的拓扑结构约束.六自由度运动模型DFBI模拟刚体在流体作用下的被动运动,实现了对水轮机在动态来流作用下被动旋转的非定常水动力特性仿真模拟,针对不同来流条件下导流罩对水轮机水动力特性影响进行了对比分析.研究结果表明:采用基于重叠网格的DFBI数值仿真方法,可以精确地监测水轮机由于周围流场变化导致的加速和自适应转动等过程,实现对水轮机非定常水动力特性研究;在设计流速范围内,加装导流罩可以将水轮机周围流场的流速提高约1.35倍,水轮机的转速提高1.2倍,获能效率提高约35%;加装导流罩有助于提高水轮机的平均转速,将水轮机平均获能效率提高约30%.
2019 Vol. 37 (7): 606-611 [摘要] ( 210 ) [HTML 1KB] [PDF 3088KB] ( 410 )
流体工程
612 周瑞琼,，张慧春，周宏平，郑加强，胡汉春
喷雾参数间互作效应对农药雾滴飘移的影响
为了了解喷雾参数间互作效应对农药雾滴飘移的影响.建立了风速调节是0~6 m/s的低速风洞，采用碳纤维棒收集垂直方向和水平方向上含荧光素钠的雾滴，由荧光分光光度计测定了收集杆上的荧光素钠的含量，利用SPSS软件进行分析.结果发现：雾滴飘移沉积与喷头类型、压力、喷雾介质、风速密切相关，影响雾滴飘移沉积的喷头结构参数和操作技术参数因素次序依次为风速、喷头类型、喷雾介质、压力.喷雾参数之间存在互作效应，喷雾介质与喷头类型、风速与喷头类型、风速与喷雾介质、喷雾介质与喷头类型与风速之间的互作效应较显著，其余喷雾参数之间的互作效应不显著.随着垂直高度和水平距离的增加，雾滴的沉积减少，随着喷雾压力和风速的增大，雾滴飘失严重，为了减少飘移，在实际田间喷雾作业时，要注重风速的选择.防飘移助剂 Greenwet 720有效的控制了雾滴的飘移沉积，表面活性剂Greenwet X-100增大了雾滴的飘移沉积.研究喷雾参数对雾滴飘移的互作效应的机理能减少雾滴飘移，提高施药的作业效率、增强病虫害防治效果、减少环境污染，对农业生产具有重要的理论和现实意义.
2019 Vol. 37 (7): 612-617 [摘要] ( 234 ) [HTML 1KB] [PDF 4445KB] ( 458 )
618 徐海良,*,周永兴,杨放琼,,吴波,
进料流量对深海矿石输送设备内流特性影响分析
为研究进料流量对深海矿石水力输送设备内固液流体流动规律及工作性能的影响,建立了由储料罐、钟阀与分离器所组成的设备的三维流场模型,应用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对矿石水力输送设备内固液两相流场进行数值模拟,比较不同进料流量对矿石水力输送设备内颗粒浓度、速度、压力分布的影响,进而分析进料流量对矿石颗粒流入储料罐的速度、矿浆分离效率等工作性能的影响.结果表明:进料流量在200 ~320 m3/h内变化,储料罐不同截面处颗粒平均浓度稳定在8 kg/m3左右,最大浓度增大明显;随着进料流量增大,流体运动趋势更加复杂,流动愈加混乱,局部短路回流更加严重,储料罐内浆体压力逐渐增大,不同截面处静压力增大梯度相近,最大动压力变化幅度明显;随着进料流量增大,矿浆分离效率下降,分离器底部矿石颗粒堆积量增加,矿石颗粒流入储料罐的效率下降,实际工作过程应控制进料流量在280 m3/h以下.
2019 Vol. 37 (7): 618-624 [摘要] ( 256 ) [HTML 1KB] [PDF 2998KB] ( 383 )
农业水土工程
625 梁羽石,夏卫生*,丁浩东,王小芳,杨云帆
土壤点源入渗测量仪在山坡林地应用中的改进
为解决山坡林地环境下土壤点源入渗测量法判读困难、自动测量数据误差值较大的问题,添加了人工识别功能以提高试验精度.使用改进后的土壤点源入渗测量仪对衡山山坡林地进行入渗率测量,通过入渗影响因素和拟合分析对入渗结果进行分析,结果显示所测入渗率与土壤特征所反映的入渗规律和拟合结果均相符,验证了土壤点源入渗测量法在林地测量中的可行性,进一步扩展了点源入渗测量仪的测量范围;改进后的土壤点源入渗仪使用人工识别功能所减少的试验误差值在0.3%~31.0%,极大提高了山坡林地入渗率测量的准确性.
2019 Vol. 37 (7): 625-631 [摘要] ( 237 ) [HTML 1KB] [PDF 4993KB] ( 383 )
632 柴红阳,,陈俊英,*,张林,王嘉瑞,,刘畅,
不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究
采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.
2019 Vol. 37 (7): 632-638 [摘要] ( 242 ) [HTML 1KB] [PDF 1802KB] ( 436 )
639 曹睿哲*,高世凯
不同生育期旱涝交替胁迫对水稻产量及构成的影响
以农田水位作为水稻旱涝交替胁迫调控指标,在蒸渗测坑进行了水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期旱涝交替胁迫试验,研究了不同生育阶段旱涝交替胁迫条件下水稻生长、产量及构成要素的变化.结果表明4个主要生育期旱涝交替胁迫均会对水稻产量造成影响,抽穗开花期影响最大(减产14.67%和20.16%).分蘖期、拔节孕穗期旱涝交替胁迫会降低有效穗数(降低了5.76%~8.94%);拔节孕穗期、抽穗开花期旱涝交替胁迫会对每穗粒数产生抑制(降低了6.07%~9.57%).抽穗开花期、乳熟期胁迫会影响结实率,其中抽穗开花期影响最大(减少了5.89%和7.24%).乳熟期胁迫会使千粒质量降低(降低了3.81%和5.70%).多个生育期连续旱涝交替胁迫会产生叠加效应,严重影响水稻产量,在日常种植中应尽量避免.
2019 Vol. 37 (7): 639-644 [摘要] ( 239 ) [HTML 1KB] [PDF 1940KB] ( 485 )
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协办单位
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主　　编
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编辑出版
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