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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 11期
刊出日期:2019-11-25

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 (11): 1- [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 1735KB] ( 31 )
2
目录
2019 Vol. 37 (11): 2- [摘要] ( 2 ) [HTML 1KB] [PDF 255KB] ( 16 )
921 徐胜利*,钟少伟,赵海心,徐刚
基于代理模型的混流泵多工况水力性能优化设计
为了拓宽混流泵高效区的运行范围,提高泵非设计工况下的水力性能,提出基于代理模型的混流泵多工况水力性能优化方法.由设计工况单点水力设计得到泵初始设计,并通过叶轮、导叶的参数化方法建立初始计算模型.以叶轮和导叶子午面形状参数以及叶片安放角为优化参数,设计工况下的扬程为约束条件,小流量工况、设计工况、大流量工况下最小效率最大化为优化目标.通过RBF代理型方法建立性能指标与优化参数之间的近似模型,利用CORS优化算法对近似模型进行寻优.根据泵流动特性,提出对子午面形状和叶片形状分步优化策略,有效解决了泵整机模型设计参数多、计算量大的问题.优化结果表明:在0.8Qd,1.0Qd,1.2Qd工况下,泵水力效率分别提高了2.2%, 0.8%和0.7%,扬程均满足约束条件并稍有提高,泵效率曲线较初始设计明显变宽;泵内流场速度分布更加均匀,优化效果明显.
2019 Vol. 37 (11): 921-928 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 2636KB] ( 29 )
929 王新海,李钰,刘厚林*,王凯,,王淑红,王玥
浮筏参数对船用离心泵振动特性的影响
为了研究浮筏参数对船用离心泵性能的影响,选择1台立式船用离心泵为研究对象.基于Kriging模型建立了浮筏正面开腔体的正长l1、侧长l2、正厚t1、侧厚t2、正宽w1、侧宽w2与浮筏重量、泵振动特性之间的近似模型,其中12组数值方案由最优拉丁方方法确定.同时对浮筏质量最小和最大振动烈度最小的2种方案进行了振动特性分析.研究结果表明:l1和t2对浮筏质量影响最大;随着l1增大,浮筏质量先减小后增大;随着t2增大,浮筏质量先增大后减小,接着再增大后减小;t2对浮筏振动烈度的影响不大;随着l1,w1,t1,l2和w2增大,浮筏的振动烈度都是先减小后增大;浮筏最大振动烈度最小和质量最小的2种方案使得振级落差均获得显著提升,振级落差由14.2 dB分别提升到22.6和21.8 dB.
2019 Vol. 37 (11): 929-935 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 26734KB] ( 39 )
936 张付英1,2,陈建垒1*,段晶莹1,宋娜娜1
旋转轴唇形油封泵汲效应
基于旋转轴唇形油封的微观和宏观泵汲原理,应用流体动力学一维雷诺方程及油膜厚度表达式,假设唇口接触压力分布近似为三角形推导出泵汲率方程,计算分析了安装相关参数(接触宽度、抱轴力)、结构参数(油侧唇角、空气侧唇角)及运行参数(转速)等对泵汲率和密封性能的影响.结果表明,优化前和优化后2种油封模型的泵汲率均大于0,满足密封要求.抱轴力一定时,接触宽度增加,泵汲率增加;接触宽度不变时,随抱轴力的增加,油封唇口摩擦扭矩增大,泵汲率逐渐变小,但变化幅度不大.空气侧唇角不变时,随着油侧唇角增加,2种油封的泵汲率均显著增加;油侧唇角一定时,空气侧唇角增加,泵汲率逐渐减小.随着转速增大,唇口动压效应增强,泵汲率随之增大.2种油封相比较,优化后油封明显具有更好的泵汲效应和密封性能.
2019 Vol. 37 (11): 936-940 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 2221KB] ( 19 )
941 贾君瑞, , 邹磊, 黄俊*, 沈勇
离心泵作透平固液两相流动及磨损的数值模拟
为研究离心泵作透平内部固液两相流动特性,基于Euler-Lagrange模型,应用ANSYS CFX软件对一比转数为82的离心泵作透平进行数值计算,分别模拟颗粒直径为0.1,0.3,0.5 mm及初始体积分数为5%,10%,15%的9组不同工况,以揭示介质中固体颗粒对离心泵作透平运行的影响.计算结果表明:固体颗粒主要分布在叶片吸力面头部、前盖板壁面附近以及蜗壳尾部区域;当固体颗粒质量分数不变时,随着粒径的增大,叶片表面固相体积分数增大,叶片吸力面轮缘处出现了大量颗粒堆积,透平的扬程和功率上升,效率有所下降;当颗粒直径不变时,随着固体颗粒质量分数的增大,固体颗粒在叶轮流道内的分布出现向轮毂处延伸的趋势,堆积区域面积增大,透平的扬程和功率上升,效率变化不大.该研究扩展了液力透平设计方法,可为离心泵作透平设计提供一定的参考.
2019 Vol. 37 (11): 941-946 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 4159KB] ( 23 )
水利水电工程
947 YAN Hao, CHEN Liang*, CHAI Liping, ZHANG Yu, LI Qiang, SHI Haixia
Orthogonal optimization of flow uniformityat exit section of elbow-inlet passages
Elbow-inlet passage is widely used in large drainage pumping stations. Flow uniformity at the exit section directly determines its hydraulic performance. Flow uniformity must be optimized to improve the operational efficiency of the large axial-flow pumping station. This study used modeling and numerical simulation to investigate the elbow-inlet passage, and the accuracy of the calculation results was verified. The key geometric parameters affecting the uniformity of the flow were optimized by the orthogonal experiment design. The optimal schemes were obtained and compared with the original scheme. Results showed that flow uniformity Vu after optimization was 95.41%, which was increased by 1.04%. The pumping station efficiency was increased by 1.89%, thereby confirming the applicability and accuracy of the proposed scheme, especially for the optimization of flow uniformity of the exit section of the elbow-inlet passage.
2019 Vol. 37 (11): 947-952 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 2510KB] ( 19 )
953 郑源*,李城易,张付林
基于CFD的氧化沟中推流器转速与分布特性
针对目前氧化沟流速过低,污泥沉积的现象,根据秦皇岛污水处理厂氧化沟的三维图纸,建立三维推流器模型并进行非结构化四面体网格划分.基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法对氧化沟进行数值模拟,计算出各转速下推流器的功率、氧化沟各个截面的速度分布、速度死区占比以及旋涡个数.结果表明:当推流器功率能达到氧化沟所需能量且不超过电动机额定功率时可得到推流器最优转速;氧化沟池型结构不变的情况下,改变推流器安装位置,能有效改善氧化沟流速分布,减少污泥沉积;针对入口处的旋涡问题,可以通过改变入流角度来加以改善.为实际工程中推流器的转速和布置选择提供了理论依据.
2019 Vol. 37 (11): 953-960 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 2988KB] ( 17 )
流体工程
960 马光飞,,,*,季健康,姚丹,蒋超,方勇
阀体间隙对球阀性能和内部流场分布的影响
为了研究阀体间隙对于管道球阀性能和内部流动特性的影响,基于有限体积法和标准k-ε湍流数值模型,对管道球阀含有间隙和不含有间隙的流道模型进行三维数值模拟计算. 结果表明:无论是含有间隙和不含有间隙的管道球阀流道模型,球阀的流量系数特性、阻力系数特性、空化系数特性,都是在球阀开启角度40°~50°时发生转变; 此时,截面YOZ压力存在压力局部位置较大的集中区域以及旋涡分离现象,会形成2个大小基本相同且对称分布的旋涡. 含有间隙的球阀模型,阀体间隙影响管道下游的流动分布(压力分布、速度分布以及涡分布),流动更加复杂. 同时,阀门开度对阀门过流截面上的压力分布也有一定的影响. 在进行球阀性能精确预测时,不可以进行简化处理,必须考虑间隙对球阀性能和内部流场分布的影响.
2019 Vol. 37 (11): 960-966 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 8321KB] ( 30 )
967 李力,李红*,赵睿杰,向清江
大型食用菌培养房室内制冷系统优化设计
为了提高食用菌的成品率和大规模生产,需要了解食用菌厂房内环境分布总体状况以维持培养房内温度及其均匀性,以上海某食用菌厂房为研究对象,首先利用CFD软件建立三维模型、仿真,并对比模拟结果与试验结果,证明模拟数据的有效性和可行性,最终提出4种方案,对不同方案模拟结果的对比,选取最优方案.结果表明:标高0.1,1.8和3.5 m处平均温度与数值模拟结果差距1.0℃左右,基本比较吻合.其中方案1安装喷嘴装置,在改善培养房间的流场和温度场分布,提高房间内温度分布的均匀性的作用最为突出,但增加一定的能耗,并没有达到节能的目的.开展厂房内环境分布的研究与优化工作,给生产操作提出指导意见,在增加食用菌产量方面具有重要意义.
2019 Vol. 37 (11): 967-971 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 5254KB] ( 21 )
972 张鹤*,张华军,张生昌
油气混输泵单向球阀启闭瞬态性能试验研究
为了研究变工况来流环境下各参数变化对单向球阀的启闭迟滞性影响,针对3DP-60/3.0型往复式混输泵单向球阀的启闭瞬态过程及往复运动特征,运用UDF动网格技术计算气液单向阀启闭高度-时间函数,重点分析启闭瞬时2种极限情况下入口流体速度、压力及动能损失.揭示了不同入口流量、开启高度、含气率等工况参数对单向球阀内部压力场、气液两相分布的影响规律,并通过试验数据和模拟结果进行对比,验证数值模拟的可靠性.研究结果表明:无论是在纯液相还是低含气率下,随着入口流量的增加,球阀压降增加,而且增加幅度比较均匀.在含气率分别为80%,60%,40%时,开启高度从2~6 mm过程中入口压差逐步减小,呈现递减分布规律;20%至纯液工况(含气率为0)时,开启高度越低入口压差变化越大,体现球阀界面气液逐步分离产生界面压差也更大.含气率从0增加到0.9,球阀压降的降低幅度非常明显,随着含气率的进一步增加,压降不断减小.
2019 Vol. 37 (11): 972-977 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 2385KB] ( 16 )
农业水土工程
978 聂坤堃, 聂卫波*, 马孝义
离心机法测定土壤水分特征曲线中的收缩特性
为了探明土壤在离心力作用下的收缩规律,开展了离心机法测定土壤水分特征曲线试验.砂壤土和黏壤土分别设定3个初始容重,以离心机法测定的数据为基础,研究了离心力变化下的土壤收缩规律,并通过van Genuchten-Mualem(VG-M)模型对2种情景模式(考虑容重变化和未考虑容重变化)下所测定的土壤水分特征曲线进行拟合,并以此估算所得的土壤水力特性参数对沟灌二维水分运动特性进行了数值模拟,同时结合室内试验对比分析了参数的合理性.结果表明,离心机转速增大,土壤含水率降低,容重随之增大,当吸力为7 000 cm时,砂壤土和黏壤土的容重分别近于1.81和1.79 g/cm3;基于土壤收缩特征曲线,供试土壤收缩过程可采用三直线模型进行表征,但各收缩段的吸力范围存在差异;与未考虑容重变化所得VG-M模型中的参数值相比,考虑土壤容重变化所得的滞留含水率θr和进气吸力值倒数a均增大,但形状系数n均减小;以考虑土壤容重变化所得VG-M参数为基础进行沟灌二维水分运动数值模拟,其入渗水量、湿润锋运移距离(垂直和水平)与实测值的误差绝对值均值分别为5.8%,3.0%和2.6%,较未考虑容重变化时精度分别提高了39.2%,57.2%和52.9%.因此离心机法测定土壤水分特征曲线的过程中需考虑土壤容重的变化,且以此获得的参数能够较为显著地提高数值模拟精度.
2019 Vol. 37 (11): 978-985 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 1744KB] ( 17 )
986 樊二东,王新坤*,肖思强,徐胜荣,朱燕翔
压力水头对微润灌溉土壤水分运移试验研究
为了探明微润灌溉湿润体特性,采用黏性土壤和3个水头(1.5,2.0,2.5 m)进行试验,分析微润管的入渗速率、累计入渗量、湿润体体积及湿润体含水率分布特征,同时探讨了含沙量为1.0 g/L的水质在3种水头压力下的堵塞问题.研究表明:土壤累积入渗量与压力水头呈正相关,与时间呈负相关;粒径为0.061~0.100 mm的浑水试验中,试验初期3个不同水头下的流量相差较小,24 h后流量相差逐渐增大,压力水头增大对微润带的堵塞情况有改善作用;微润灌溉湿润体形状近似圆柱状,湿润锋行进半径与压力水头呈正相关,建立了压力水头与湿润体体积的预测模型;不同压力水头下各方向的湿润锋扩散指数都约为0.42;湿润体体内含水率呈同心圆分布,随半径增大而减小,靠近微润管壁2 mm处含水率最大,土壤水分移动主要动力为压力水头和土壤势能之差.研究结果可为微润灌溉提供科学的理论依据和理论基础.
2019 Vol. 37 (11): 986-992 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 2240KB] ( 21 )
993 朱其龙, 孙康, 房聪, 姜鑫, 彭杰, 黄天寅*
改性活性炭纤维对甲基橙厌氧降解的促进作用
采用硝酸(HNO3)和双氧水(H2O2)对活性炭纤维(ACF)进行改性ACF(ACFmod),ACFmod的比表面积和平均孔容均有下降,但其平均孔径增大,且表面醌基含量多于ACF;在硫化钠(Na2S)还原降解甲基橙体系中,加入炭质材料加速了甲基橙降解,并且促进效果最好的是ACFmod;在厌氧污泥降解甲基橙体系中,投加炭质材料加速了甲基橙生物降解,且ACFmod的降解效果好于ACF的;通过运行UASB反应器发现,投加ACFmod对甲基橙的脱色率及对COD的去除率均高于未投加的反应器,甲基橙脱色率大于90%,COD去除率大于79%,说明ACFmod对上流式厌氧污泥床反应器(UASB)系统降解甲基橙有促进作用.
2019 Vol. 37 (11): 993-997 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 1312KB] ( 20 )
998 王万宁,强小嫚,刘浩,李文兴,孙景生*
深松耕作对土壤物理性状和入渗性能的影响
为探讨深松耕作对华北平原地区土壤物理性状和水分入渗性能的影响,采用双环(APM)、入渗仪等试验材料,研究了深松(40 cm)+旋耕(PS)和仅旋耕(CK)2种耕作方式对冬小麦全生育期土壤物理性状及入渗特性的影响.结果表明:冬小麦全生育期,PS处理(0,40] cm土层土壤容重、紧实度较CK分别降低6.58%,31.29%,土壤含水率较CK增加12.11%;PS处理20,40 cm深度土壤饱和导水率较CK分别显著提高116.65%,83.69%,60 cm深度土壤饱和导水率较CK提高8.25%;PS处理土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和累计入渗量畦灌前较CK分别提高21.52%,31.75%和11.56%,畦灌后较CK分别提高61.54%,68.42%和12.63%,差异具有统计学意义;采用4种入渗模型对入渗试验进行了比较,其中,Kositiakov入渗模型能够较好地对各处理进行拟合,决定系数R2在0.92~0.96,得到了不同处理畦灌前后的入渗系数a和入渗指数b.研究结果可为不同耕作方式模拟畦灌过程、确定畦灌最优灌水技术参数提供参考依据.
2019 Vol. 37 (11): 998-1004 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 1721KB] ( 21 )
排灌装备制造技术
1005 郁晓庆,张增林*,柴锐
土壤信息采集传感器节点的透地通信特性试验
为了揭示电磁波在土壤中传输的一般特性,部署无线地下传感器网络节点,设计了土壤信息采集传感器节点的透地通信试验.试验利用433 MHz载波频率无线地下传感器网络节点,通过小麦大田试验和计算机模拟,对不同的接收节点高度、发射节点和接收节点间水平距离等条件下传感器节点电磁波的传输特性进行了研究,建立了接收信号强度和丢包率的关系模型,提出了小麦4个生育期农田土壤信息采集传感器节点在土壤中的传输特性.试验结果表明,接收节点高度变化时,接收节点高度和节点间水平距离对接收信号强度影响的8种模型拟合优度,R2最大为0.998,R2最小为0.837;对丢包率影响的8种模型拟合优度,R2最大为0.998,R2最小为0.900.节点间水平距离变化时,接收节点高度和节点间水平距离对接收信号强度影响的8种模型拟合优度,R2最大为0.958,R2最小为0.847;对丢包率影响的8种模型拟合优度,R2最大为0.997,R2最小为0.941.
2019 Vol. 37 (11): 1005-1012 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 4598KB] ( 19 )
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 江苏省教育厅
主办单位
 江苏大学
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
 袁寿其
编辑出版
 《排灌机械工程学报》编辑部
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谈国鹏  朱漪云 顾    艳
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