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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 4期
刊出日期：2021-04-25
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
2021 Vol. 39 (4): 1- [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1031KB] ( 288 )
2
目录
2021 Vol. 39 (4): 2- [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 1032KB] ( 329 )
325 袁寿其,何文婷,司乔瑞*,袁建平,张皓阳,崔强磊
基于MUSIG模型的气液两相流离心泵内部流动数值模拟
为了解决当前气液两相流泵内部流动数值模拟中所采用的欧拉—欧拉双流体非均相流模型无法考虑气泡离散相粒子直径的变化以及气相之间的聚合作用与破碎作用,导致在高含气量时的模拟结果与试验存在一定差距的问题,文中将一种新型的欧拉—欧拉双流体拓展模型,即MUSIG模型用于气液两相流泵内部流动的数值模拟,通过与气液两相流工况外特性试验数据对比发现,入口含气率在5%左右时,MUSIG模型计算得到的外特性曲线与试验结果有轻微偏差,整体趋势吻合较好;普通的欧拉—欧拉两相流模型在大含气率下与试验相差较大.基于MUSIG模型,分析入口含气率对内部流动特性的影响,结果表明:入口含气率的增加会引起内流失稳,流线紊乱,气相逐渐聚集在前盖板与流道中间部位,最后引起能量损失,叶轮出口压力下降.这些现象会随着入口含气率增加而逐渐加剧,最终扬程与效率均会随着含气率增加而下降.含气率小于3%时,内流较稳定;当入口含气率为5%时,扬程下降至32 m,效率下降至55%,推测此时流道内气相聚合,生成气囊.
2021 Vol. 39 (4): 325-330 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 17872KB] ( 574 )
331 赵万勇,陈帅*,赵强,马得东,梁允昇,彭虎廷
叶片布置方式对双吸离心泵径向力的影响
为研究叶片布置方式对双吸离心泵径向力的影响,在其他外部因素不变的情况下,对3种叶片布置方案的离心泵进行非定常模拟计算,结果表明:较对称布置方案,采用交错30°布置的叶片能够有效提高离心泵的扬程,采用交错15°布置的叶片对离心泵扬程具有消极影响.同时,采用交错布置方案会导致离心泵的效率下降;在设计工况下,与对称布置方案相比,叶片采用交错布置能够有效降低离心泵内的压力脉动水平,且交错角度越大,压力脉动水平降低的越明显.叶片采用交错布置能够有效降低作用在叶轮上的稳态径向力的大小,其中采用交错30°布置方案在1.1Qd工况下稳态径向力相对降低42.284%.最后,叶片采用交错30°布置对改善叶轮所受瞬态径向力的脉动特性与幅值大小的效果最为明显.
2021 Vol. 39 (4): 331-337 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 3216KB] ( 390 )
338 高波*,李超,倪丹,周文杰,陈金波
高温熔盐泵内部非稳态流动对压力脉动特性的影响
为探究高温熔盐泵内部非稳态涡结构与压力脉动特性的关联性,构建熔盐泵与储盐罐全流道计算模型,基于RNG k-ε湍流模型的数值计算,对不同工况下泵内压力脉动频谱特征与涡结构演化规律进行分析.结果表明:由动静干涉引起的叶频(fBPF)、导叶频(fDPF)及其倍频信号在泵内压力脉动频谱中占主导,同时压力脉动程度随运行工况与测点位置差异显著.采用Q准则捕捉到导叶内部多种非稳态周期涡演化过程,包括尾缘脱落涡((2~3)fR)、吸力面脱落涡(3fR)等;关联分析可知涡结构演化核心区压力脉动程度显著增强,其特征频率与涡脱频率相一致,表明压力脉动与涡结构演化息息相关.研究结果为揭示熔盐泵内部非稳态流动激励特性及水力优化参考提供依据.
2021 Vol. 39 (4): 338-344 [摘要] ( 47 ) [HTML 1KB] [PDF 11142KB] ( 327 )
345 权辉*,程静,彭国义
螺旋离心式诱导轮对旋流泵力学特性的影响
为了优化旋流泵输送含复杂介质、固相颗粒流体的能力和提高固液两相流输送效率,在叶轮前加置具有导向和推进作用的螺旋离心式诱导轮.通过对150WX-200-20型旋流泵进行数值计算及试验,获得了有、无诱导轮式旋流泵的性能变化,在此基础上,将旋流泵的力学特性与流动特性结合起来,分析螺旋离心式诱导轮对旋流泵力学特性的影响.研究结果表明,无叶腔内流体在诱导轮作用下,流体的运动形态发生变化,产生了旋涡、二次流等现象,加剧了压力脉动的强度,但压力脉动幅值有减小的趋势;蜗壳内压力脉动强度不仅与监测点和隔舌的相对位置有关,也和监测点所在流面的截面面积存在一定联系,当监测点所在断面面积既能保证流体受蜗壳的约束,且流体流动更加均匀时,该监测点的压力脉动越小;加置诱导轮后,进入叶轮流体由轴向运动转为径向运动,从而削弱轴向力的大小,同时,单叶片诱导轮非对称结构也会加剧波动变化.这一研究对了解旋流泵内的压力脉动变化、削弱轴向力及提高泵运行的稳定性具有重要意义.
2021 Vol. 39 (4): 345-350 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 8467KB] ( 342 )
351 曹玲,蒋小平*,潘慧山,周晨佳
齿间间隙对双螺杆透平泄漏影响的数值模拟
为降低泄漏流对双螺杆液力透平效率的影响,以2/3齿双螺杆泵透平为例,根据双螺杆泵内齿间间隙的构成原理,首先建立其简化几何模型,利用透平腔内存在相对运动引起的剪切流动与各级腔室压差导致的压差流动理论,建立起齿间泄漏通道的数学模型.使用SCORG和Pumplinx软件对双螺杆液力透平进行全流场数值模拟,得到了双螺杆透平不同齿间间隙下的流场分布和流量变化规律.研究结果表明:不同间隙下螺杆的压力分布规律保持基本一致,每个密封腔室内的压力分布基本均匀,从进口到出口各相邻腔室的压力呈线性下降趋势;螺杆在齿间间隙附近出现多处泄漏通道,在各腔室压差的作用下,第一级腔内没有出现明显的高流速区域,从第二级腔内开始发生明显的高速泄漏;随着齿间间隙的不断增大,同一级腔内的齿侧间隙泄漏面积、泄漏速度以及流体从进口到出口的泄漏流量和容积损失都随之增大,当齿间间隙为0.04,0.08,0.12,0.16和0.20 mm时,由该间隙所造成的容积损失的值分别为4.03%,4.57%,5.00%,5.43%和5.72%.
2021 Vol. 39 (4): 351-357 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 6935KB] ( 322 )
358 张忱*,张人会,李仁年,孟凡瑞
液环泵叶片轴向叶顶凹槽间隙流场及其性能
为改善液环泵轴向叶顶间隙泄漏流场结构,提升液环泵水力性能,提出液环泵叶片轴向叶顶凹槽结构设计,以2BEA-203型液环泵为研究对象,采用数值模拟方法分析液环泵叶轮轴向间隙泄漏流动及其与主流的相互干扰作用,对比分析凹槽叶顶与平顶间隙泄漏流动及其性能.分析结果表明,液环泵内流动呈现复杂的三维结构,凹槽型叶顶间隙能够在一定范围内提升液环泵的效率及真空度,在大流量点0.07 kg/s时的吸入真空度相对平顶型叶片提升5.26%,其他各流量点真空度及效率也略有提升;凹槽型间隙除在凹槽内产生凹槽涡及凹槽角涡外,在叶片压力面叶顶处角涡及叶片吸力面后方的泄漏涡结构与叶片平顶型间隙基本相似.轴向叶顶压力面附近角涡及吸力面后方的泄漏涡强度由轮缘到轮毂逐渐增强,凹槽型轴向叶顶能够在一定程度上减弱角涡及泄漏涡量的分布;在气相分布区域,叶顶间隙泄漏涡强度明显高于液相分布区域.由于凹槽的缓冲作用,使得间隙内及叶片吸力面后方的泄漏流速、湍流强度及总压损失均有一定程度的减小,达到提升泵的吸入真空度和效率的目的.
2021 Vol. 39 (4): 358-363 [摘要] ( 52 ) [HTML 1KB] [PDF 4478KB] ( 363 )
水利水电工程
364 于翔,解建仓,姜仁贵*,赵勇,杨小雨,梁骥超
河北省地下水超采治理效果过程化评价
为解决地下水严重超采问题,河北省开展了一系列的综合治理工作,如何把治理工作长期有效地坚持下去,就要通过科学合理的评估手段来实现.基于此,提出了地下水超采治理效果过程化评价模式,并构建了主题化评价指标体系,采用组件技术、综合集成技术将评价方法组件化,基于综合集成平台实现地下水超采治理效果的过程化评价.以河北省衡水市为例开展实例研究,根据地下水超采情况确定地下水环境状况、水资源利用状况、土壤环境状况和社会经济状况4类评价主题,采用灰色关联评价和影响因子相关分析方法,对衡水市2013—2017年地下水超采治理效果指标数据进行评价,结果表明:2014年以来衡水市地下水超采状况得到有效缓解,2016年和2017年评价等级均为良,超采治理效果显著.治理效果过程化评价可为地下水超采治理和保护提供科学依据,并促进地下水资源的可持续发展.
2021 Vol. 39 (4): 364-371 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 2642KB] ( 368 )
372 付博,何新林*,陈金水,赵丽,邓小来,辛博
新型超声波方形量水槽测流误差试验研究
为提高新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流量精度,加强新型超声波方形量水槽在明渠量测水中的适应性,进而推进灌区信息化建设,在超声波方形量水槽前后加设水力收缩段,并引入水力学公式辅助测流,最后与三角堰进行流量误差对比试验研究.研究结果表明:无收缩段的方形量水槽在淹没出流条件下测流误差低于8%;有收缩段方形量水槽在流量大于0.1 m3/s时测流误差低于8%;流量小于0.1 m3/s时收缩段流量公式计算误差小于5%.收缩段和水力学公式辅助测流的方法有效改善了新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流精度,提高了新型超声波方形量水槽在明渠量水中的适用性,为超声波方形量水槽在实际量水中的应用提供技术保障.这种精度高,适应性强,测流简便的新型量水槽节约了明渠量水所需的人力物力,推动了灌区量水信息化的建设进程.
2021 Vol. 39 (4): 372-378 [摘要] ( 47 ) [HTML 1KB] [PDF 2035KB] ( 337 )
流体工程
379 WU Yuting,XU Kewei,KIM Hyoungbum,*
Numerical study on two-phase flowin horizontal pipe
Two-phase flow in a horizontal pipe was investigated by using numerical and experimental visualization method. A horizontal pipe was built for qualitative and quantitative flow visualization. The length of horizontal pipe flow system is 9.5 m and the inner diameter is 51 mm. High-speed video method was used for the qualitative visualization and PIV method was applied for the quantitative visua-lization. The same geometry model was used for the numerical study. Three flow regimes including stratified flow, elongated bubble and slug flow field were generated and visualized by using numerical and experimental method. The results show similarities between experiment and simulation qualitati-vely. In addition, more quantitative results can be analyzed by numerical method. Development and decay process of slug flow was investigated and we found the decay of slug heavily depends on the magnitude of nose velocity and its lasting time. It can also be found that the liquid superficial velocity plays a significant role in affecting the slug frequency. When keeping the gas superficial velocity constant, the frequency will increase with the liquid superficial velocity.
2021 Vol. 39 (4): 379-385 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 10022KB] ( 317 )
386 戚美,王伯韬*,陈庆光,付琪琪
具有余热回收功能的旋风分离器性能的数值分析
旋风分离器能够去除工业废气中的固体颗粒,但排出的气体仍然有大量余热,为了回收利用废气的余热,实现节能减排的目的,在旋风分离器壁面外侧安装不同直径换热管,并且通过数值模拟对比分析旋风分离器在安装不同直径换热管前后的分离效率和换热效果.研究结果表明:安装直径80,100 mm的换热管对旋风分离器的内流场影响较小,与无换热管时相比分离效率平均降低约1%;安装直径100 mm的换热管与安装直径80 mm的换热管相比换热管内气体温升降低约2 ℃,二者在传热面的传热系数基本一致;因安装直径100 mm的换热管处理的气体流量大,管内气体吸收的热量大,综合考虑分离效率和换热效果,采用管径为100 mm换热管的旋风分离器较好.此研究的结果可以为设计和优化兼顾气固分离效率和余热回收效果的旋风分离器提供参考.
2021 Vol. 39 (4): 386-391 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 5633KB] ( 370 )
392 莫旭颖,郑源*,阚阚,张海晟
不同关阀规律与出水口形式对管路水锤的影响
为了研究事故工况下管线末端阀门不同关闭方式对管线末端水锤及整体水锤压力的影响,针对长距离有压输水管道建模计算存在管线简单、求解信息种类少、数据量大的特点,采用特征线法对山东莱城发电厂供水管路水力瞬态过程进行了模拟,分析了不同关阀规律对管道末端水锤的影响.结果表明,出口阀门的关闭规律对末端水锤的影响很大,由于受阀门自身限制,出口阀门按最优关闭规律关闭时仍会产生较大末端水锤,需要使用其他防护措施消除或降低末端水锤.提出并验证了一种可以有效降低末端水锤的新型管路出水口,通过对比验证发现,使用新型出水口后管线的最大内水压力由128 MPa下降至70 MPa,可以有效降低水锤压力峰值,防止由于出口阀门故障或失电而产生的管道事故,进而提高输水管道的安全稳定性,且改造成本较低.研究结果可为管道的末端水锤防护提供新的思路.
2021 Vol. 39 (4): 392-396 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 2710KB] ( 447 )
农业水土工程
397 冯克鹏,田军仓*,洪阳,唐国强,阚光远,罗翔宇
TRMM/GPM和Stage IV降水产品在小流域水文模拟效用评估
以地面观测降水作为参照,在美国俄克拉荷马州Little Washita River流域,对比分析了TRMM 3B42 V7,GPM-IMERG卫星降水和Stage IV雷达降水的精度,并用这3种降水产品驱动CREST分布式水文模型,评估了其水文模拟效用.研究表明:3种降水产品与地面降水的相关系数均大于0.5,通过了0.05置信水平检验;GPM-IMERG和TRMM3B42 V7卫星降水对无雨和微雨存在低估,对大雨和暴雨存在高估;总体上,Stage IV降水精度最好,其次GPM降水精度优于TRMM 3B42 V7.在水文模拟效用评估中,设定相同率定期,分别使用3种降水产品率定CREST模型参数,得到率定参数集后,在相同验证期对流域日径流过程进行模拟.对比结果表明:Stage IV雷达降水在小流域水文模拟中效果最好,GPM-IMERG次之,TRMM 3B42 V7模拟效果不理想.
2021 Vol. 39 (4): 397-403 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 2943KB] ( 367 )
404 高佳,张宏斌,张恒嘉*,巴玉春
绿洲灌区膜下滴灌调亏对辣椒品质及产量的影响
为揭示滴灌水分亏缺对辣椒营养品质及产量的影响,以“陇椒6号”为对象,在辣椒苗期分别施加轻度(65%~75%田间持水量)、中度(55%~65%田间持水量)和重度水分调亏(45%~55%田间持水量),在盛果期和后果期分别施加轻度水分亏缺,以全生育期充分供水(75%~85%田间持水量)为对照,分别测定各水分处理辣椒青果营养品质(VC质量比、可溶性糖、可溶性蛋白和可溶性固形物质量比)和产量.结果表明:在辣椒苗期进行不同程度的水分调亏对辣椒青果营养品质(VC、可溶性固形物、可溶性固形物和可溶性蛋白质量比)影响不具有统计学意义(P>0.05);结果盛期轻度水分调亏可提高第二次收获的辣椒青果VC质量比7.8%~9.1%,提高可溶性糖9.8%~10.6%,提高可溶性固形物4.2%~4.7%,提高蛋白质质量比9.4%~10.4%.苗期重度水分调亏降低VC质量比2.2%.由此得出:结果盛期轻度水分调亏可以整体提高辣椒第二次收获的营养品质.苗期轻度水分调亏产量最高,为36 107.61 kg/hm2.
2021 Vol. 39 (4): 404-409 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 1330KB] ( 317 )
410 周宣,王若水*,李超楠,郑成浩,刘文治,毕华兴,
水分调控对苹果-大豆间作生理特性及水分利用的影响
为探求适于晋西黄土区果农间作系统的水分调控措施,通过2 a试验并结合覆盖与调亏灌溉措施,分析了水分调控措施对苹果和大豆叶片生理特性、水分利用和产量等指标的影响.试验设置灌水上限三水平为田间持水量的55%(W1),70%(W2)和85%(W3),两种覆盖:秸秆覆盖(M1)和地膜覆盖(M2),另设清耕(CK0)、秸秆覆盖不灌水(CK1)和地膜覆盖不灌水(CK2)作为对照.结果表明:水分调控措施提高了生育期内苹果和大豆叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(Pn)和叶片水分利用效率(LWUE),其中,处理M2W2的Pn和LWUE均高于其余调控措施.果树的遮荫抑制了大豆Pn和LWUE,即距离树行越近值越小.灌水、覆盖以及交互作用对大豆产量和水分利用效率(WUE)影响均在0.01水平下具有统计学意义,与其余处理相比,处理M2W2可增产9.48%~103.90%,WUE提高了11.07%~118.08%.通过多指标综合评价分析得出,节水增产效益最高的处理为M2W2,由此建议幼龄苹果—大豆间作采用地膜覆盖措施,同时在分枝期和鼓粒期采取田间持水量的70%为灌水上限的灌溉制度.
2021 Vol. 39 (4): 410-418 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 1680KB] ( 328 )
419 董倩倩,许忠宇,范文波*,魏建涛,
夹心结构水盐运移及分布规律
为探究滴灌条件下地膜覆盖—耕作层—犁底层形成的夹心结构水盐运移及时空分布特征，采用土柱试验，设计耕作层深度为30 cm，设置入渗和蒸发条件下3个灌水量处理（SW1：2 L，SW2：3 L，SW3：5 L）和相同灌水量下3种土体构型处理（SW3：夹心结构；LW3：不覆膜有犁底层；CK：均质土壤）.结果表明：入渗过程中，采用单因素方差法对单一耕作层和土柱整体土壤含水率进行对比分析，发现夹心结构下3个灌水量处理耕作层土壤剖面含水率差异具有统计学意义（P<0.01）；夹心结构SW3处理和不覆膜有犁底层LW3处理之间差异不具有统计学意义，但与CK处理差异均具有统计学意义（P<0.05）.夹心结构中水分入渗速率减缓，入渗时间延长，耕作层土壤含水率提高了22.52%~29.33%，盐分被淋洗至犁底层处，淋洗效果劣于均质土壤.蒸发过程中，夹心结构对土壤表层盐分抑制率最高达88.65%，水分抑制率达57.65%，夹心结构抑蒸和抑盐效果最优.该研究可为节水条件下改良和利用盐碱地，防止盐分表聚提供理论参考.
2021 Vol. 39 (4): 419-425 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 1980KB] ( 317 )
426 迮裕雯,朱成立*,黄明逸,赵红玉,翟亚明
不同盐渍土中生物炭对玉米生理生长的影响
为研究适宜于不同滨海盐渍土的生物炭改良方案,以江苏滨海垦区2种典型盐渍土(粉砂壤土、砂壤土)和玉米为研究对象,设置0,25,50,75,100 g/kg生物炭水平,探讨了生物炭对不同滨海盐渍土的改良效果及玉米生理生长的影响.结果表明:生物炭添加后,土壤电导率、Na+质量浓度降低,Ca2+,Mg2+,K+质量浓度升高,0~20 cm土壤容重减小,孔隙度增大,有机质质量比升高.适量生物炭促进了玉米光合作用,叶片净光合速率、气孔导度、叶绿素质量分数有所增长.同时,生物炭降低了盐渍土对玉米的盐分胁迫,叶片脱落酸物质的量浓度及ωNa+/ωK+比减小,并缓解了氧化应激反应,过氧化氢、丙二醛物质的量浓度明显降低.生物炭改良效果因土壤质地而异,粉砂壤土中,生物炭不宜过多,生理生产指标在50 g/kg时达到峰值,增至75,100 g/kg时,反而导致孔隙堵塞并发生盐分累积,光合受阻,盐分胁迫、氧化损伤加剧,抑制玉米生长生产;砂壤土中,25 g/kg生物炭对土壤及玉米的影响较小,增至50 g/kg及以上时效果显著,但在75,100 g/kg间无明显差异.研究表明,粉砂壤和砂壤质地的盐渍土改良所适宜的生物炭施用量分别是50和75 g/kg.
2021 Vol. 39 (4): 426-432 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 1761KB] ( 380 )
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