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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2021年 39卷 3期
刊出日期：2021-03-25
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
2021 Vol. 39 (3): 1- [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 16049KB] ( 318 )
2
目录
2021 Vol. 39 (3): 2- [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1022KB] ( 385 )
217 张人会*,孙鹏程,符义红
往复泵泵阀流场与阀芯运动的动态耦合特性
为研究往复泵阀芯复杂运动的规律,基于动网格及UDF方法对阀芯的运动分析与阀隙流场的数值模拟进行耦合,并进一步分析泵阀与柱塞运动的耦合特性,探讨弹簧刚度及预紧力、限位器高度对泵阀运动及性能影响规律.结果表明:弹簧刚度或预紧力越大,阀芯升程越小,阀隙流阻增大,吸入性能降低;弹簧刚度及预紧力对阀芯的滞后及泄漏特性的影响与其对水力效率及吸入性能的影响相反;随着限位器高度逐渐增大,阀芯撞击限位器时速度逐渐减小,阀的滞后高度呈现先减小后增大的趋势,其存在最优取值范围;将往复泵柱塞运动与阀芯运动进行耦合分析,得到弹簧刚度及预紧力对阀座的撞击作用的影响与其对阀芯滞后高度的影响规律基本一致;往复泵示功图可以准确地模拟吸入阀及排出阀的关闭滞后特性.研究结果可为往复泵泵阀的优化设计提供一定的参考.
2021 Vol. 39 (3): 217-223 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 4320KB] ( 551 )
224 孔繁余,张坤*,童凯,钱文飞,汪家琼
诱导轮对紧凑型磁力泵压力脉动的影响
为了探究诱导轮对紧凑型磁力泵压力脉动的影响,在叶轮和蜗壳流域内设置9个监测点,通过CFD非定常数值模拟,依据在叶片进口处是否前置诱导轮,分别得到叶轮、蜗壳流域的压力脉动时域图和频域图,并对脉动特性进行对比研究.研究结果表明:前置诱导轮后在第一个叶片通过频率内脉动幅值低于未安装诱导轮时的幅值;在有诱导轮的情况下,叶片进口附近区域脉动幅值比未安装诱导轮时有较大提高;在蜗壳流域内,前置诱导轮后,蜗壳隔舌处压力脉动变化规律及幅值发生明显改变,且减小了叶轮叶片扫掠过隔板起始位置形成的射流尾迹对压力脉动的影响.因此,前置诱导轮在一定程度上有利于泵的安全运行与降低紧凑型磁力泵内的振动.
2021 Vol. 39 (3): 224-230 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 31316KB] ( 415 )
231 周春峰,张敬波,焦伟轩,成立*,蒋红樱
竖井对低扬程贯流泵装置性能影响的数值模拟
为研究竖井贯流泵中竖井部分对贯流泵装置的水力性能的影响,采用计算流体动力学方法对包含进出水延长段、进出水流道、叶轮和导叶在内的整体泵装置进行数值模拟,分析竖井长度、竖井头部型线以及竖井尾部型线对进水流道水力损失、出口断面轴向速度分布均匀度、出口断面速度加权平均角以及泵装置能量特性的影响.结果表明:竖井长度、竖井头部和尾部型线对进水流道水力损失和出口断面速度加权平均角有影响,但是对进水流道出口断面轴向速度分布均匀度几乎没有影响;竖井尾部型线对流道水力损失影响最为显著,在设计流量工况下,竖井头部和尾部皆为锥形型式的进水流道水力损失较头部和尾部皆为圆弧形型式的进水流道的水力损失小24%;竖井头部型线和尾部型线采用锥形型式的进水流道水力性能更优,但是在选择锥形型线时候应注意不要延长竖井尾部长度.采用模型试验对数值模拟结果进行了验证,两者结果吻合较好,表明该数值模拟方法是可靠的.
2021 Vol. 39 (3): 231-237 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 7768KB] ( 424 )
238 朱荣生,陈一鸣*,安策,康俊鋆,龙云,葛杰
基于流热固耦合的高温熔盐泵转动系统结构应力分析
基于ANSYS Workbench平台开展高温熔盐泵转动系统的结构应力分析,采用计算流体动力学软件CFX对泵内部全流场进行多工况定常数值计算,并通过试验对计算结果进行验证.综合考虑了高温熔盐泵的水动力载荷、离心力载荷、温度载荷等因素,建立了流、热、固耦合作用下动力学模型,研究不同温度下不同材料属性变化对高温熔盐泵结构性能的影响,并对高温熔盐泵转子部件进行应力分析.结果表明:在同一流量工况下,不同材料的叶轮叶片最大变形量均呈随温度的升高呈先增大后减小的趋势;同时,不同材料的叶轮形变程度基本趋于稳定,受流量影响不大;叶片工作面应力值大于叶片背面应力值,且不同温度工况下不同材料的叶轮背面应力值呈线性递减的趋势;叶轮等效应力最大位置主要集中在叶轮出口处叶片和前、后盖板接触的区域;经过变形及强度综合分析,表明3种不同的不锈钢材料中316L材质的叶轮力学性能最好.研究结果可为高温熔盐泵的结构设计提供一定参考.
2021 Vol. 39 (3): 238-243 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 10503KB] ( 410 )
244 吴东磊,郑源*,薛海朋,戴庆云,张玉全,刘卫东
轴伸贯流泵多工况下的压力脉动特性
为了研究轴伸贯流泵在不同流量工况下的压力脉动特性,应用计算流体动力学软件对泵内流场进行数值计算,揭示不同流量工况下泵内压力脉动的变化规律,并利用真机进行压力脉动测试以验证数值计算方法的可靠性.结果表明:机组各监测面的压力脉动都具有一定的周期性,转轮处波峰和波谷与转轮叶片数相关,压力脉动主频为叶频;前导叶进口截面压力脉动主频为转频;在小流量工况下,流动较为紊乱,压力脉动抖动明显;转轮出口截面由于受动静干涉影响,流动紊乱,尤其在小流量工况下,压力脉动峰值最高为设计工况的12倍;在导叶进口以及导叶出口处监测点的压力脉动频域中出现了撞击和回流诱导的低频信号,低频段频谱复杂,出现明显的抖动.
2021 Vol. 39 (3): 244-250 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 6882KB] ( 484 )
水利水电工程
251 洪振国*,田辉
水电站排沙漏斗水沙运动规律
以燕子崖水电站为例,采用流体体积模型(VOF)方法耦合、雷诺应力模型(RSM)、离散控制方程、五阶Runge-Kutta变步长积分法模拟排沙漏斗水沙运动规律,并通过物理模型试验论证数学模型计算合理性.结果表明:排沙漏斗切向流速总体呈现中间小、两头大的特点,在排沙底孔位置产生空气漏斗,空气漏斗周围产生强迫涡流;径向流速随径向位置半径增大而先小后大,方向由内到外,在漏斗排沙底孔位置存在向内的、较大的径向流速;轴向速度值随径向位置半径增大作上下波动而波幅逐渐减小,轴向流速波动变化较为强烈并形成一个势涡;含沙量垂向分布为上小、下大分布,含泥沙量在近底部附近较高,底部附近形成较高含泥沙水流;在漏斗圆形边壁的约束下水体产生一个强迫涡流,强迫涡流具有高排沙能力,将漏斗排沙底孔附近的泥沙快速带入排沙底孔,通过与排沙底孔连接的排沙廊道排走泥沙.切向、轴向、径向流速以及含泥量的模型试验值与数学模型计算值相差较小.
2021 Vol. 39 (3): 251-256 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 1578KB] ( 617 )
257 王月华*,王斌,王自明,周盛侄,叶龙,
泵站出水池整流措施数值分析
为了改善泵站出水池内的不良水流流态,基于CFD软件,采用RNG模型和VOF方法对原设计方案及4种修改方案的出水池水流进行全流场数值模拟,得到泵站出水池内部的水流流态、流速、水位、水头损失及水头损失系数.计算结果表明,原方案出水池内流态紊乱,隧洞进水条件差,水流偏斜较为明显;纵向水面差为0.33~0.48 m,水头损失和水头损失系数相对较大.通过多个方案比较,推荐采用圆弧边墙+下移隧洞进口方案,对原方案的4处折角边墙分别调整为半径为45和36 m的圆弧,同时隧洞进口向下游移动10 m.该方案能明显改善出水池的流态,水流能较均匀地进入隧洞,纵向水面差减小明显,最大减幅为0.12 m;隧洞进口流速分布均匀度提高了10.3%,水头损失减小了14.7%.根据推荐方案进行物理模型试验,试验结果与数值模拟接近.
2021 Vol. 39 (3): 257-263 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 2133KB] ( 492 )
流体工程
264 卢坤铭,周领*,刘静
水流冲击多段滞留气团的三维数值模拟
针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行对比分析,并通过水气两相分布图展现动态变化过程.结果表明:与一维模型相比,三维CFD模型能够更为准确地模拟起伏管道内瞬变压力波动,并且能够清楚描述水气掺混、耦合的动态变化.水流冲击初始两段滞留气团压力波动曲线显示,多气团间的瞬变压力并非同步变化,可能呈现多气团峰值压力交替出现的情况,这与初始气团长度密切相关.水气交界面自由变化,阻断水体长度时刻发生变化,当水体运动到管道弯曲处时会产生新的阻断水体,将气团分成若干部分.
2021 Vol. 39 (3): 264-269 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 2759KB] ( 755 )
270 赵斌,武熠杰,王绍龙,袁喜鹏,冯放*
适用于西藏地区的聚风型垂直轴风力机结构特性分析
为满足西藏高寒高海拔地区对风力机安全可靠性的需求,以部件强度和气象参数为约束条件,针对一台面向西藏地区的额定功率为500 W的聚风型直线翼垂直轴风力机进行结构分析,并采用有限元分析方法,对风力机主要部件进行了静力学分析和模态分析.静力学分析表明:在额定转速下风力机叶片、主轴、支撑臂、法兰盘、上下聚风罩和塔筒等主要结构部件的最大位移形变分别为0.19, 0.25, 0.013, 0.005 6, 0.63, 1.20, 0.05 mm;最大承受应力分别为11.96, 25.63, 11.70, 6.10, 4.68, 2.11, 2.28 MPa,均在材料所能承受的范围之内,风力机主要结构部件设计合理,满足设计要求.模态分析表明:风轮的工作频率2.50 Hz远小于其一阶固有频率9.22 Hz,不会发生共振,安全可靠.研究结果可为垂直轴风力机的结构设计与分析提供参考,为聚风型直线翼垂直轴风力机在高寒高海拔地区应用提供基础.
2021 Vol. 39 (3): 270-277 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 2904KB] ( 546 )
278 杜善霄,张洪信*,赵清海,姜晓天,王新亮
U型和三角型减振槽对转套式配流系统空化的影响
为了了解不同减振槽结构对转套式配流系统空化产生的影响,设计了U型和三角型减振槽结构,通过Fluent仿真和试验方法研究2种结构下配流系统的空化特性,以确定空化特性最优的减振槽结构.并建立了配流系统的Singhal空化模型,仿真流体模型则考虑转套与泵腔之间的间隙,且以油液作为工作介质,分析在标定工况下和不同转速下配流系统的空化.试验在YST380W型液压综合试验台上进行,监测了不同转速下系统的容积效率,与仿真结果相互印证.仿真结果表明:2种减振槽的气体体积分数变化规律基本一致,U型减振槽的空化特性略优,且转速越大优势越明显;空化占比变化趋势和大小基本相同,U型减振槽优势随着转速的升高越来越明显;容积效率均随转速的升高先增大再减小,U型减振槽的容积效率高于三角型减振槽.对U型减振槽结构系统容积效率试验,仿真误差大约为2%.
2021 Vol. 39 (3): 278-284 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 5704KB] ( 405 )
农业水土工程
285 王辉*,陈潇岳,王玮
盐阳离子类型对红壤裂缝开闭规律的影响
为了探究灌溉水中盐离子浓度及类型对土壤裂缝变化过程的影响,为南方灌溉用水安全提供数据理论支持,采用蒸馏水配置15,10,5和2.5 g/L等4个质量浓度梯度的NaCl,KCl,CaCl2和MgCl2等4种类型溶液,分别浸泡南方亚热带地区的典型红壤,并且采用恒温蒸发模拟干燥过程和喷湿法模拟增湿过程,结合数字图像技术提取土壤表层开裂闭合过程中裂缝主要几何参数,分析盐阳离子类型对红壤裂缝发育过程特征的影响.结果表明:红壤干燥过程中,裂缝在土壤质量含水率由30%降至10%时增长最快;在质量含水率低于10%后达到最大值并保持稳定不变.红壤的裂缝面积密度与4种盐阳离子浓度呈极显著正相关关系,裂缝长度密度与K+及Mg2+呈极显著负相关,与Ca2+呈显著负相关关系.4种盐阳离子对红壤开裂面积促进程度深浅顺序为Na+,K+,Ca2+,Mg2+;4种不同离子浓度的处理中,NaCl质量浓度为10 g/L,而KCl,CaCl2和MgCl2质量浓度为15 g/L的溶液对红壤开裂促进效果最好,其裂缝面积相比于蒸馏水处理分别增大了155.0%,160.1%,109.4%和39.2%.红壤的开裂含水率低于闭合含水率,4种盐阳离子浸泡后会使红壤的开裂含水率和闭合含水率均升高.
2021 Vol. 39 (3): 285-291 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 2883KB] ( 414 )
292 杜佰林,张建丰*,高泽海,李涛,黄子奇,张娜
基于模拟退火粒子群算法的水资源优化配置
为了缓解水资源供需矛盾、提高水资源利用率,并在水资源优化配置中探寻新的求解方法,构建了以社会、经济、生态效益为目标的综合评价函数,建立了基于模拟退火粒子群算法的优化配置模型.将模拟退火的思想引入基本粒子群算法当中,解决了粒子易陷入局部极小值的问题.以陕西省渭南市大荔县为研究区域,设置了地表水、地下水、其他水3种水源以及5类不同用水户;利用模拟退火粒子群算法,对该区域2020,2030年2个水平年,3种不同来水水平(P=50%,75%,95%)下的水资源优化配置方案进行了求解.结果表明:在75%的来水下,2020年大荔县地表水、地下水和其他水的供水量分别为19 641.89,12 000.29和8 655.69万m3;2030年的供水量分别为25 936.30,17 345.87和7 685.42万m3.与优化前的供水量相比,节水量分别为333.11和404.76万m3.
2021 Vol. 39 (3): 292-299 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 2153KB] ( 446 )
300 张晨曦,王新坤*,靳彬彬,姚吉成,薛子龙,王轩
射流三通连接滴灌带的水力性能沿程变化规律
为了探究滴灌带沿程水力性能的变化规律,在射流三通进口流量为0.1~1.2 m3/h的范围内,开展射流三通进口流量与出口水头振幅的水力性能试验,发现射流三通连接脉冲滴灌系统的流量阈值为0.2~0.8 m3/h;在脉冲滴灌系统流量阈值的范围内,开展射流三通连接滴灌带沿程脉冲参数试验,研究射流三通连接60 m滴灌带沿程脉冲性能的变化规律,发现当滴灌带进口水头振幅大于1 m时,沿程水头振幅的衰减速率存在突变点,沿程脉冲频率先增大后减小,射流三通在整条滴灌带上均能产生脉冲水流的进口流量设计范围是0.5~0.8 m3/h.在射流三通进口流量的设计范围内,开展稳压滴灌和脉冲滴灌的同台对比试验,结果表明,射流三通连接滴灌带内的水头损失比普通三通连接滴灌带内的降低62.5%~83.3%,灌水均匀系数提高了0.6%~0.9%,流量偏差率降低了1.2%~4.1%;进口流量为0.7 m3/h时,射流三通连接滴灌带灌水均匀度最高.
2021 Vol. 39 (3): 300-305 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 2174KB] ( 470 )
306 白瑞,费良军*,陈琳,刘乐,钟韵,李巧丽
土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响
为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm3)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.
2021 Vol. 39 (3): 306-311 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 1477KB] ( 460 )
排灌装备制造技术
312 刘俊萍*,李滔,张前
流道结构对低压旋转式喷头水力性能影响试验研究
以低压旋转式喷头为研究对象,选择喷盘空间流道的结构参数:出口截面形状、流道偏转角、流道型线弧长、出口仰角作为试验因素,采用L43(9)的正交设计,测量了工作压力为250 kPa时,不同因素水平下各试验喷头的水量分布和流量,并利用线性插值法计算了单喷头的射程,选用Matlab软件模拟了正方形布置下喷头的组合均匀系数,分析了空间流道各结构参数值对喷头水力性能的影响规律.结果表明:低压喷头空间流道的出口截面为圆形和倒U形时,其喷洒均匀性优于出口截面为异形的喷头;空间流道结构参数的改变对流量基本无影响,波动范围在±0.1 m3/h.运用综合评分法分析得到各空间流道结构参数因素对组合均匀系数和射程的综合评价指标影响的主次顺序为流道偏转角、出口截面形状、出口仰角、流道型线弧长、最终得出低压旋转式喷头空间流道结构参数的最佳组合为出口截面圆形,流道偏转角4.5°,流道型线半径29 mm,出口仰角25°.
2021 Vol. 39 (3): 312-317 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 3407KB] ( 412 )
318 史永杰,朱兴业*,胡广,张爱英,李吉鹏
不同工况对喷灌水量分布的影响
为了探究不同工况对射流式喷头喷灌水量的影响,通过对射流式喷头在不同组合间距和工作压力下的水量分布数据进行分析,拟合出了喷头在不同工作压力及组合间距下的降水强度,采用克里斯琴森均匀系数和分布均匀性系数计算了相应的喷灌均匀度.结果发现喷头组合间距在1.0R~1.4R变化时正方形组合喷灌的CU值随喷头间距的增大呈下降趋势,CU值均大于70%;1.0R和1.2R组合间距下正方形组合喷灌低值区域的占比比三角形组合高,而1.4R的组合间距则与上述相反;当压力由0.1 MPa升至0.3 MPa时三角形组合喷灌区域的灌水峰值随着压力的增大呈先减小后增大的趋势;在正方形组合形式下增大工作压力有利于提高喷洒区域内的均匀性;压力损失并不总是降低喷灌的均匀性,0.2~0.3 MPa压力下,10%的压力损失对喷头喷灌均匀性几乎没影响;射流式喷头1.4 m安装高度、0.25 MPa压力下宜采用1.4R间距的三角形组合.
2021 Vol. 39 (3): 318-324 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 3388KB] ( 555 )
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编辑出版
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