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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2020年 38卷 5期
刊出日期:2020-05-25

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
2020 Vol. 38 (5): 1- [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 10005KB] ( 18 )
2
目录
2020 Vol. 38 (5): 2- [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 1242KB] ( 28 )
433 韩伟,*,郭威,胥丹丹,李仁年,陈冉
螺旋混流式喷水推进泵的噪声特性
为了研究螺旋混流泵不同运行工况下的噪声特性,基于DES湍流模型,对螺旋混流泵进行非定常数值计算,提取各过流部件表面非定常压力脉动作为声源,采用声学有限元结合声振耦合的方法对由各过流部件偶极子源所引起的噪声进行数值计算,分析了其外场噪声规律及各过流部件的噪声分布特征.结果表明:壳体偶极子源是外场噪声的主要贡献,叶轮偶极子源噪声在其叶片进口端的前段声压级最高,叶轮工作时叶片表面的非定常载荷及动静干涉的作用是影响叶轮噪声的主要原因;导叶偶极子源声压级最高区域集中在曲率最大处及进口端,流道内不稳定流动及动静干涉的作用是导叶噪声发生的主要原因.
2020 Vol. 38 (5): 433-438 [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 10333KB] ( 22 )
439 王春林,刘轲轲*,罗波,冯一鸣
液下泵内部非定常流动及噪声特性
为研究液下泵内部流动的非定常特性及噪声规律,通过采用计算流体动力学软件ANSYS CFX15.0与LMS Virtual.lab声学仿真软件相结合的一种间接混合计算方法,对液下泵内部流场及其声场进行求解.在该计算方法中,对流场进行求解得到监测点的非定常压力脉动,从而获得非稳态的压力脉动频域特性规律;基于声学边界元法,对液下泵蜗壳偶极子内场噪声和叶片偶极子内场噪声进行求解,获得了边界元表面的声压级分布以及典型场点的声压频率曲线.计算结果表明:叶片扫掠过程中与蜗壳隔舌的相互作用产生较大的压力脉动,隔舌附近的噪声是流动噪声的主要噪声源;声压级在叶片通过频率及其谐频时达到极大值,随频率的增大,声压级极大值都呈现衰减状态.研究结果可为液下泵的后续降噪分析提供一定的理论基础.
2020 Vol. 38 (5): 439-444 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 2915KB] ( 37 )
445 杨敬江*,李先军,潘中永,何松
双蜗壳离心泵空化流动对隔舌处压力脉动特性的影响
应用数值计算方法分析了双蜗壳离心泵内空化流动影响隔舌部位压力脉动特性情况,以进一步明晰空化流动诱导泵振动噪声机理.采用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对设计工况下的泵内空化流动和无空化流动进行了非定常数值模拟,数值模拟结果表明:SST k-ω湍流模型能准确预测双蜗壳离心泵的能量特性指标;泵内空化的空泡初始产生于叶轮叶片进口吸力面根部,随着装置空化余量的降低,空泡云沿着叶轮叶片吸力面向叶片出口和前盖板方向发展,叶轮内部空泡的发展并不均匀,加剧了叶轮内部流动的不稳定性.对比叶轮旋转一周在空化和无空化流动状态下发现,2个隔舌处各个监测点的压力脉动具有明显周期性,在无空化状态下,隔板进口处监测点的压力脉动主频为2倍叶频,其他监测点压力脉动主频均为叶频;空化状态下2个隔舌处各个监测点的压力脉动主频均为叶频,压力脉动幅值明显增大.
2020 Vol. 38 (5): 445-450 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 2310KB] ( 23 )
451 杨孙圣*,戴韬,陈振,邵珂,王凯
蜗壳出口倾斜对混流泵作透平的性能影响
为了提高混流泵作透平工作效率,揭示蜗壳出口倾斜后对透平性能的影响,在不改变其他过流部件几何参数的情况下,利用试验研究与数值模拟相结合的方法,分别模拟蜗壳出口倾斜角度为0°和26°的透平模型,探讨蜗壳出口倾斜对混流泵作透平性能的影响规律.结果表明:蜗壳出口倾斜情况下透平叶轮流道流线分布更加均匀,二次流旋涡现象较径向出口蜗壳的混流泵作透平有明显的减弱;在设计流量(120 m3/h)工况下,混流泵作透平蜗壳出口倾斜后其效率、水头、轴功率分别提升了5.2%,10.41%,17.64%;蜗壳出口倾斜后叶轮和尾水管内部水力损失减小,蜗壳内部水力损失略有增加,总水力损失为减小;试验结果与数值模拟的外特性预测结果变化趋势一致,验证了数值模拟的准确性.该研究丰富了液力透平设计方法,可为混流泵作透平设计提供一定的参考.
2020 Vol. 38 (5): 451-456 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 3970KB] ( 50 )
457 戚美*,王立夫,陈庆光,赵见龙,鞠永恒,付琪琪
双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流的数值模拟
为研究自激振荡脉冲喷嘴结构参数对内部空化射流流场的影响,以单腔室自激振荡脉冲喷嘴结构为基础,对采用前后串联方式建立的双腔室自激振荡脉冲喷嘴进行Fiuent数值模拟.选用RNG k-ε湍流模型,分析来流雷诺数、前后腔室腔长比、腔径比的改变对空化射流的影响,并以腔室内的液相体积分数及喷嘴出口处的流速作为流场变化的评价指标.数值研究结果表明:当双腔室内部来流雷诺数由2.98×105变到4.31×105时,喷嘴腔室内的空化程度先增大后减小,与之相对应的液相体积分数先减小后增大;前后腔室腔长比为0.67时,腔室内空化气囊形状规则同时具有对称分布的涡环结构,有利于脉冲空化射流的发生;当腔室腔径比为1.20时,腔室内涡环结构与空化气囊均具有一定的对称性,同样可促进脉冲空化射流的发生,同时在出口处速度分布均匀且流速较大.
2020 Vol. 38 (5): 457-461 [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 2531KB] ( 36 )
462 康亚卓,赵兴安,吴钦*,黄彪,王国玉
液体火箭发动机诱导轮非定常空化流动特性数值计算
为了研究液体火箭发动机诱导轮非定常空化流动特性以及流场压力脉动特性,采用基于旋转曲率修正的湍流模型对诱导轮空化特性进行了数值计算,并与试验数据进行对比.结果表明:数值计算与试验测量的诱导轮扬程系数最大误差为3.6%,二者吻合较好.针对典型工况下的诱导轮非定常空化流动数值计算结果表明:空泡主要分布在叶片前缘和叶片进口轮缘处,每个叶片上的空泡形态大小不一,并且随着时间的推移各叶片空泡形态不断变化;在整个旋转周期中,回流涡空化旋转方向与诱导轮旋转方向一致,但旋转速度远小于诱导轮转速;诱导轮进口压力脉动主要受叶片旋转影响,在叶轮转频的倍频处,功率谱密度分布均有明显的峰值;诱导轮出口截面压力较高,压力波动相对较小.
2020 Vol. 38 (5): 462-468 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 3590KB] ( 24 )
469 朱芮,王洋*,汪群,汤海涛,余昊谦
出水挡板对射流式自吸泵自吸性能的影响
为了提高射流式自吸泵的自吸性能,选取增设出水挡板的UJM75-2型射流式自吸泵为研究对象,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对导流器背面增设出水挡板后的泵腔内气相过流能力的影响规律进行分析,并根据分析结果进一步研究出水挡板对射流式自吸泵性能的影响机理.研究结果表明:出水挡板上方的出水孔与导流器背面筋板位置关系影响混合流体的出流,存在最佳安装位置;液体由出水孔流向泵腔内,会对泵出口产生冲刷作用,使得气液分离不充分,部分液体进入出水管道,阻碍气体排出;出水孔对称中心线与泵出口中心线夹角为90°时,自吸高度可达8.5 m,3 min即可完成自吸;增设出水挡板前后射流式自吸泵的水力性能变化甚微,可保证运行稳定的条件下提高自吸性能.
2020 Vol. 38 (5): 469-475 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 2147KB] ( 25 )
水利水电工程
476 营佳玮,俞晓东*,贺蔚,张健
基于流体体积模型的泵站前池流态及组合式整流方案
为了分析某大型泵站前池水流流态,基于计算流体动力学方法,采用流体体积(VOF)模型,建立了该泵站前池的三维计算模型,进行了网格无关性验证,模拟了设计工况下前池的水流流态,发现前池两侧存在回流现象.对产生该不良流态的原因进行了分析,在此基础上,分别计算了单独布置立柱、单独布置底坎和立柱底坎联合布置方案下的水流流态,比较了不同方案的优劣并找到了设置整流措施后水流流动的规律,结果表明立柱底坎组合布置方案的整流效果优于单一措施的,水流分布更均匀.同时,计算了立柱与底坎不同间距的组合式整流方案,对比分析了不同方案下的整流流态及流速分布均匀度.对于两侧存在大尺度回流的正向前池,在立柱与出水管距离的80%处布置底坎,可使前池流速分布较为均匀.研究结果可为类似前池设置水力优化措施提供参考.
2020 Vol. 38 (5): 476-480 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 2784KB] ( 45 )
481 李凡琦,牧振伟*,孙德旭,贾萍阳
基于正交设计的糙条消能工评价方法
在新疆635溢洪道整治工程研究的基础上,基于正交设计原理,对溢洪道布置糙条消能工进行6因素3水平的正交试验,试验测得18种组合典型断面的瞬时流速和水深;通过对弯道微元化处理的方法,建立了质量离散系数Cm模型,并结合消能率η对试验结果进行了极差分析;考虑到建立导流效果评价方法的普适性,定义量纲一因子Rd和Rs,对布置参数与工程参数之间的相关性做了进一步分析.结果表明:质量离散系数Cm能够客观地反映糙条消能工的导流效果;就Cm指标影响程度而言,工程参数较布置参数的影响程度占主导地位,在实际工程中,工程参数的确定应充分考虑水流形态;由于Rd和Rs均是量纲一参数,因此在一般整流工程导流效果的评价方法上具有普适性.
2020 Vol. 38 (5): 481-487 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 2178KB] ( 22 )
流体工程
488 潘越,张凯*
阀门小开度对突扩管流下游脉动压力特性的影响
为了分析阀门开度对变截面管流下游脉动压力特性的影响,提高管路水流的稳定性和输送效率.进行了不同阀门开度对突变截面圆管下游流动的脉动压力特性试验,以清水为流体,并以不同阀门开度和距突扩距离的长短为变量,测试了突扩管流不同位置的脉动压力幅值.研究结果表明:变截面管流下游流体脉动压力过程曲线具有随机平稳特性,使用阀门调节流速会使各点脉动压力周期变长;阀门会使变截面管流下游产生50 Hz左右的脉动压力,流体脉动压力幅值与阀门开度正相关;随着距突扩距离的增加,流体压力脉动强度先增大后减小;随着阀门开度的增加,脉动压力能量分布频域逐渐变宽,流体流过突扩后的脉动压力恢复长度变长.
2020 Vol. 38 (5): 488-493 [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 2636KB] ( 28 )
494 张然,陈思,荆腾,周冰晶,贺照明*
心尖锚的力学分析
设计了一种六齿镍钛合金锚钩用于封堵器等二尖瓣、三尖瓣返流修复系统的心尖固定,并对其力学特性进行研究.通过分析心脏结构及解剖数据,确定锚钩形状和可控尺寸设计变量,利用Solidworks建立锚钩3D模型,运用Abaqus软件对23个不同尺寸锚钩模型的入鞘过程进行有限元计算,分析锚钩入鞘过程中的最大入鞘力、最大冯米塞斯应变和入鞘轨迹的影响因素.制作了一种规格锚钩实物,与计算结果进行对比分析.结果表明:鞘部长度、鞘部角度及齿宽对应力、应变的影响最大,可以通过减小鞘部长度、鞘部角度及齿宽,有效降低最大应力、应变值;厚度、曲率半径及齿宽对入鞘力起到决定性作用,而根长和角度对入鞘力的影响很小;轴向刺入深度主要通过控制鞘部长度及鞘部角度来定义,径向刺入深度则由曲率半径的大小所决定.研究可为需心尖固定的心脏介入产品设计提供一定的借鉴意义.
2020 Vol. 38 (5): 494-499 [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 2488KB] ( 20 )
农业水土工程
500 胡德勇*,廖健程,陈哲,丁鑫,罗东城,游峻松
控制灌溉增氧对超级稻生理生化特性及水分利用效率的影响
为了提升超级稻灌溉用水的利用效率,采用控制灌溉技术与增氧灌溉技术相结合的灌溉方式进行试验.以超级稻“陵两优268”为研究对象,设置4组处理:控制灌溉机械增氧(JX)、控制灌溉超微泡增氧(WP)、控制灌溉(CK)、淹水灌溉(YS),探究控制灌溉条件下增氧对超级稻返青期后的各生育期生理生化特性指标及产量的影响.试验表明,叶片叶绿素含量,在水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期差异并不明显,但乳熟期最大提升了38.2%.净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均有显著提升,其中在抽穗开花期,早稻分别提升了44.9%,18.5%,25.0%;晚稻分别提升了14.3%,11.5%,22.2%.根系活力,在抽穗开花期,对比YS组最大提升了44.6%,对比CK组最大提升了11.5%.同时,对土壤氧化还原电位进行定期监测,得知控制灌溉条件下增氧处理后,其各时期基本均处于氧化态,而淹水灌溉下基本处于还原态.在全生育期耗水量上,控制灌溉条件下3组处理的节水效率显著提高,控制灌溉增氧条件下全生育期最大有效节水达18.5%.
2020 Vol. 38 (5): 500-505 [摘要] ( 2 ) [HTML 1KB] [PDF 1521KB] ( 23 )
506 李王成,*,赵研,王霞,王双涛,李晨,王兴,董亚萍
冻融循环下不同水质对压砂砾石元素淋溶影响
为了了解宁夏地区压砂地在冻融循环作用下,不同水质处理对其元素淋溶释放规律的影响,通过电感耦合等离子体发射光谱仪及电感耦合等离子体质谱仪测定了宁夏中卫市微咸水的元素含量,并通过冻融循环试验探索不同水质对压砂砾石元素淋溶释放的影响,结果表明:当水质相同时,随着冻融循环次数的增加,元素淋溶总量呈增加趋势;当冻融循环次数一定时,蒸馏水处理下的元素淋溶释放总量大于微咸水处理,微咸水在一定程度上抑制冻融循环下的压砂砾石元素淋溶释放.
2020 Vol. 38 (5): 506-510 [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 2068KB] ( 30 )
511 詹汉,白清俊,董正阳,袁莹,张明智,袁宁宁
扶埂开沟膜下灌对土壤水分分布的影响
为探明扶埂开沟膜下灌条件对作物土壤水分分布以及经济效益的影响,以温室番茄为研究对象,采用完全随机试验设计方法,通过时域反射仪进行水分观测,研究扶埂开沟膜下灌条件下土壤水分分布规律,以及该灌溉方式对温室番茄经济效益的影响.结果表明:扶埂开沟膜下灌,垄背的土壤剖面达到最大含水量时间迟于垄沟以及垄坡,垄背剖面观测点在灌水后184 h;在扶埂开沟膜下灌条件下,温室番茄在苗期内进行缺水灌溉的IWUE最大达到34.925 kg/(hm2·mm-1), 产量与商果率均较高,综合产生的净收入最高,经济效益达到最大值.
2020 Vol. 38 (5): 511-516 [摘要] ( 1 ) [HTML 1KB] [PDF 1657KB] ( 21 )
517 杨少东,屈忠义,*,张伟锋,李哲,丁艳宏,贾咏霖,樊琴
无机吸附剂处理黄河水滴灌抗堵塞试验研究
为了解决黄河水滴灌中泥沙处理的问题,利用黄河泥沙配置出高、中、低3种含沙量水质的试验组,采用“水梦”无机吸附剂泥沙分离装置过滤3种水质进行滴灌堵塞模拟试验,监测水质变化情况并进行滴灌的抗堵性试验;观测2种滴灌带沿程流量变化规律、滴灌系统均匀度以及系统相对平均流量变化规律.结果表明:经“水梦”无机吸附剂泥沙分离装置处理后,不同含沙量下水体中的浊度及各类污染物指标得到明显降低,其中总氮、总磷、COD,BOD、浊度平均降低了23.9%,40.3%,47.0%,38.3%,97.8%.模拟大田滴灌进行8次灌水试验,依据2种滴灌带试验过程中灌水均匀度及灌水相对平均流量的变化情况可知,在实际使用过程中应采用流量更大、滴头类型为内镶贴片式的滴灌带.
2020 Vol. 38 (5): 517-522 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 1732KB] ( 21 )
523 徐利岗*,王怀博,鲍子云,李金泽
基于土壤水分下限的宁夏枸杞滴灌灌溉制度试验研究
以宁杞7号枸杞为研究对象,在宁夏同心县开展2 a田间试验.设置4个关键控水期、3个控水水平共8个处理,研究枸杞不同生育期不同水分下限条件下根区土壤含水率、叶片光合生理指标、产量与品质变化;分析其耗水规律与水分利用效率,提出基于土壤水分下限的宁夏枸杞滴灌灌溉制度.结果表明:不同水分处理枸杞根区20~60 cm土层土壤含水率最大;叶片气孔导度随土壤下限升高而增大,高水分下限处理的蒸腾速率相对较大,叶片水分利用效率则相反;生育期耗水量随土壤水分下限升高而增大,2 a增幅分别为10.8%和12.8%,平均耗水量为386.6~463.2 mm,夏果期耗水量最大且差异具有统计学意义,是关键需水期.2 a均为处理S5的产量最大分别为2 208.15和2 571.30 kg/hm2,水分利用效率最高为0.39 kg/m3;水分处理对蛋白质含量影响差异不具有统计学意义,低土壤水分下限的枸杞多糖含量相对较高;全生育期分为6个灌水期,其中萌芽期灌水(春水)为375 m3/hm2;春梢生长期、花期、夏果期、秋果期的土壤质量含水率下限分别为50%θff为田间持水率),65%θf,65%θf,55%θf,而上限为95%θf;休眠期冬灌量为450 m3/hm2.
2020 Vol. 38 (5): 523-529 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 2026KB] ( 21 )
排灌装备制造技术
530 杨晓宏,*,韩磊,田瑞,王丽萍
β型斯特林发动机功率影响因素分析
为了探究因素对β型斯特林发动机功率的影响,同时研究影响程度及显著性,以Schmidt分析法为基础,对β型斯特林发动机的功率进行理论计算,并针对影响斯特林发动机性能的活塞相位角、行程容积比、死容积比和温度比,利用Matlab编程绘制三维图像,分析两两因素耦合对发动机功率的影响,研究因素之间的相互作用.结果表明:活塞相位角存在最佳值,且此最佳值随行程容积比、温度比的增加分别呈现减小、增大的趋势;行程容积比越大功率越大,且死容积比越小,行程容积比对功率的影响越大,最佳行程容积比为0.5~1.5;死容积比的增加将导致功率降低,死容积比应小于1.5,而行程容积比的增加会使此降低幅度增大,温度比的增加使此降低幅度减小;功率随温度比的增大而减少,最佳温度比应小于0.5.最后,利用正交试验设计分析4个因素的影响作用大小及显著性,得到温度比和行程容积比相对显著的结果.
2020 Vol. 38 (5): 530-535 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 2197KB] ( 91 )
536 吴彩丽,*,许迪,白美健,李益农,
精准畦灌过程实时反馈控制技术
为了研究一种以关口时间为控制参数的地面灌溉实时反馈控制方法,构建了以灌溉信息实时采集与传输设备为支撑条件、以计算机处理系统为核心基础、以灌溉水流控制设备为应用条件的精准畦灌过程实时反馈控制系统.灌溉信息实时采集与传输设备自行研发的田间水流水位检测装置和无线信息接收管理装置,解决了灌溉信息容易漏测、接收距离短以及野外供电等难题;计算机处理系统根据实时采集的灌溉信息借助灌溉模型估算土壤特性参数值,预测灌溉过程,并根据选取的灌溉控制目标生成优化控制方案;最后由灌溉水流控制设备进行田间闸阀开闭.系统在北京、河北、新疆等地的试验基地进行了应用,结果表明:精准畦灌过程实时反馈控制系统对于加强畦灌过程可控性,提高畦灌田间灌溉效率,促进灌溉农业由经验型的粗放式管理向计算机控制的集约型管理转变具有十分重要的理论意义和现实意义.
2020 Vol. 38 (5): 536-540 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [PDF 2035KB] ( 48 )
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主管单位
 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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