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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 7期
刊出日期：2021-07-25
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 (7): 1- [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 968KB] ( 246 )
2
目录
2021 Vol. 39 (7): 2- [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 1257KB] ( 298 )
649 张德胜,祁炳*,赵睿杰,张奇
海水淡化能量回收透平水力模型优化设计
为提高反渗透海水淡化系统中能量回收透平的回收效率,对透平叶轮的水力模型进行优化设计,分析透平叶轮几何参数交互作用对叶轮性能的影响规律,得到透平叶轮性能最佳时的几何参数.以叶片进口角、叶片出口角和叶片数为试验因素,透平水头和水力效率为试验指标,基于BBD试验设计方法对透平进行多参数组合的数值计算,并采用响应面分析法对试验数据进行处理和分析,建立试验因素对试验指标的回归方程.结果表明:当透平叶片进口角为28.8°,出口角为23.3°,叶片数为7时,透平的水力性能最优,在设计工况下,优化透平的扬程比原型高6 m,优化透平的效率比原型提高0.8%;叶片数对透平性能的影响最大,叶片出口角对透平水头的贡献率比叶片进口角大,而叶片进口角对透平效率的贡献率比叶片出口角大.
2021 Vol. 39 (7): 649-654 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 3035KB] ( 402 )
655 张岩,王路逸,钟锦情,龙云*
多参数优化设计对喷水推进组合体水力性能的影响
通过调整轴支架的叶片数、轴支架叶片出口安放角、轴支架与叶轮间距、叶顶间隙等参数对喷水推进组合体的性能进行优化设计,利用CFD对某型喷水推进组合体的流场进行数值模拟,分析不同几何结构参数对喷水推进泵性能的影响。结果表明:随着轴支架叶片数的增大,扬程、效率、功率曲线整体都呈下降趋势;当轴支架叶片数与叶轮相等时,扬程与功率曲线骤降;当轴支架叶片出口安放角为(-25°, 25°)时,随着出口安放角增大,扬程曲线与效率曲线呈线性上升的趋势;随着喇叭管外径长度增大,入口面积变化减小,扬程与效率曲线逐渐下降后趋于平缓,随后又略有上升,功率的变化整体上呈下降趋势;随着轴支架与叶轮间距的增大,扬程曲线逐渐上升后趋于平缓,功率变化规律和扬程变化规律一致,效率曲线先上升后下降;随着叶顶间隙增大,叶轮做功效率下降,扬程、效率及功率曲线都呈下降趋势。该研究结果可提高喷水推进组合体的水动力性能,对促进喷水推进技术的发展具有较大的应用价值,为喷水推进组合体的优化设计提供了一定依据。
2021 Vol. 39 (7): 655-662 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 3269KB] ( 495 )
663 张可可,谈明高,*,吴贤芳,马皓晨,刘厚林,
多级离心泵导叶的时序效应
为研究不同导叶时序位置下离心泵性能变化,以一台节段式2级离心泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型对不同导叶时序位置下泵内流场进行数值计算.以次级导叶相对于首级导叶的周向顺时针旋转10°为一个时序位置,共设计6种时序方案. 研究结果表明:在1.0Qd工况下,相比较无导叶时序方案,当旋转角度φ为导叶叶片间夹角的1/2时,泵扬程和效率的增加幅度达到极大值,分别为0.18%和0.16%;导叶时序对泵性能的影响随着流量的增大不断增大;各监测点处压力脉动主频幅值均随着次级导叶时序角度的增大呈先减小后增大趋势,当首级导叶和次级导叶交错角为30°时脉动主频幅值达到最小,相较于无导叶时序方案最大降低幅度达34.3%;改变导叶时序可有效降低多级泵级间的旋涡大小和强度,从而降低泵内的压力脉动强度.
2021 Vol. 39 (7): 663-670 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 3294KB] ( 343 )
671 ZHAO Binjuan*,LIAO Wenyan,XIE Yuntong,HAN Luyao,FU Yanxia,HUANG Zhongfu
Robust optimization design on impellerof mixed-flow pump
To increase the robustness of the optimization solutions of the mixed-flow pump, the impeller was firstly indirectly parameterized based on the 2D blade design theory. Secondly, the robustness of the optimization solution was mathematically defined, and then calculated by Monte Carlo sampling method. Thirdly, the optimization on the mixed-flow pump′s impeller was decomposed into the optimal and robust sub-optimization problems, to maximize the pump head and efficiency and minimize the fluctuation degree of them under varying working conditions at the same time. Fourthly, using response surface model, a surrogate model was established between the optimization objectives and control variables of the shape of the impeller. Finally, based on a multi-objective genetic optimization algorithm, a two-loop iterative optimization process was designed to find the optimal solution with good robustness. Comparing the original and optimized pump, it is found that the internal flow field of the optimized pump has been improved under various operating conditions, the hydraulic performance has been improved consequently, and the range of high efficient zone has also been widened. Besides, with the changing of working conditions, the change trend of the hydraulic performance of the optimized pump becomes gentler, the flow field distribution is more uniform, and the influence degree of the varia-tion of working conditions decreases, and the operating stability of the pump was improved. It is concluded that the robust optimization method proposed in this paper is a reasonable way to optimize the mixed-flow pump, and provides references for optimization problems of other fluid machinery.
2021 Vol. 39 (7): 671-677 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 2335KB] ( 293 )
水利水电工程
678 冯俊,毛秀丽*,郑源,陈帝伊,董正豪
抽蓄机组甩负荷过程压力脉动及流动噪声仿真
为了研究水泵水轮机发电模式下甩负荷过渡过程压力脉动特性及其对流动诱导噪声的影响,以国内某抽水蓄能电站机组为研究对象,基于网格壁面滑移技术与分离涡湍流模型,通过ANSYS软件对瞬态流场进行数值模拟计算,并将所得流场信号作为声场源在LMS软件中进一步开展流动诱导噪声的仿真.结果表明因2个无叶区流态分别受动静干涉(固定导叶与活动导叶间)与动动干涉(活动导叶与转轮间)影响,导叶两侧压力变化趋势完全不同.转轮流道内压力脉动主频位置在叶频St为0.676 3处,水泵水轮机内声场噪声分布呈现明显的偶极子特性,小流量(0.2QBEP以下)时内场声压变化相对剧烈,最大声压值高达130.00 dB,最小声压为9.67 dB.不同时刻外声场声压级表现出极为相似的波动性,整体趋势表现为声源强度随流量减小而增加,但是流量变化对噪声指向性分布型式并无影响,说明对水泵水轮机内部压力脉动情况改善有助于降低流动诱导噪声水平.
2021 Vol. 39 (7): 678-684 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 3700KB] ( 337 )
685 马快乐,王海龙*,刘思盟,杨虹,张佳豪,王辉
低模数水玻璃对橡胶轻骨料混凝土力学性能的影响
为了了解不同掺量水玻璃对RLC(橡胶轻骨料混凝土)力学性能的影响,在RLC中加入水玻璃,并用20%粉煤灰代替水泥,制作水玻璃掺量分别为0,2%,4%,6%,8%的混凝土试块.通过核磁共振试验研究其微观孔隙变化及强度形成机理;进行对数函数曲线预测和BP神经网络强度预测,判断其可靠性并对比优劣.结果表明:水玻璃的掺入使RLC抗压强度呈现先增大后减小的趋势,其水玻璃最优掺量出现在2%;适量水玻璃的加入可提高80 目RLC力学性能,使其与最优组(20 目RLC组)28 d力学性能基本相同;水玻璃加入后混凝土孔隙度呈现出先减小后增大趋势,说明适量水玻璃的掺入可优化混凝土孔隙结构,提高混凝土强度;建立曲线拟合和BP-神经网络预测模型,2种预测模型都可用于混凝土龄期强度预测,但BP-神经网络预测模型的稳定性、可靠性及参数的全面性要优于曲线拟合模型.
2021 Vol. 39 (7): 685-691 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 2015KB] ( 380 )
692 刘思盟,王海龙*,孙松,王红珊,杨虹,王子
橡胶浮石混凝土的抗冻性能及微观结构
为探究冻融循环条件下橡胶浮石混凝土宏观性能和孔隙结构的变化规律,进行冻融循环、单轴压缩试验,通过扫描电子显微镜(SEM)以及核磁共振(NMR)技术对橡胶浮石混凝土抗冻性进行分析,同时建立其抗冻性预测模型.结果表明:加入0.12~0.18 mm的橡胶可有效降低冻融条件下浮石混凝土表面的剥蚀、内部的损伤以及力学性能的衰减,冻融200次时,加入0.15 mm橡胶的浮石混凝土质量损失率最小,为-0.14%,相对动弹性模量最大,为67.36%;冻融循环作用下橡胶浮石混凝土内部孔隙会发生劣化,小孔隙逐渐向大孔隙演变,无害孔和少害孔向有害孔和多害孔演变,加入0.12~0.18 mm的橡胶可有效抑制孔隙的劣化,使混凝土内部结构更为密实;通过橡胶浮石混凝土抗冻性预测模型可得到,加入0.15 mm橡胶的浮石混凝土抗冻周期最长,较普通浮石混凝土抗冻周期延长12.76%.
2021 Vol. 39 (7): 692-698 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 2704KB] ( 360 )
流体工程
699 杨其文,张炜,李晓俊,陈峰,朱祖超
热敏感流体空化数值模拟及流动特性分析
为描述和捕捉热敏感流体空化的流动特性,文中对Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型进行了热力学修正.通过将ZGB模型与修正的ZGB空化模型对液氮绕二维水翼空化流动的模拟结果与Hord的试验数据进行对比. 结果表明:修正的ZGB空化模型对于热敏空化流动的模拟结果与试验数据更加吻合,特别是能够较好的预测水翼表面温度和压力的分布. 采用修正的ZGB空化模型对氟化酮绕NACA 0015三维水翼的空化流动进行研究,并将空腔脱落的演化过程与Kelly的试验数据进行对比,模拟结果可以合理预测到试验过程中三维水翼附近空腔的脱落及其演化过程,进一步证明了修正的ZGB空化模型对于不同热敏流体的适用性.最后,对热敏流体空化周期性脱落的动态特征进行了识别和分析.结果表明:Ω的等值面与脱落的空腔形状相似,这表明脱落的空腔区域中呈现大规模的旋涡运动.空腔的生长脱落使水翼壁面产生明显的温降,B因子能够有效的预测腔内温降.
2021 Vol. 39 (7): 699-705 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 5192KB] ( 451 )
706 柏宇星,孔繁余*,沈勇,汪家琼,顾新艳
水润滑推力轴承与推力盘综合试验台设计
为了综合研究推力盘外特性和推力轴承水膜特性,突破紧凑型大功率湿式电动机的技术瓶颈,保证机组工作时推力盘作辅助叶轮能够同时平衡机组轴向力并提供内循环扬程,设计了水润滑推力轴承与推力盘综合试验台.试验台包含主试验段、轴向力测试单元、传感器单元与控制单元等部分.运用试验台,得到了1 500,2 000,3 000,4 000,5 000和6 000 r/min共6种不同转速工况下推力盘作辅助叶轮的水力性能以及推力轴承的水膜承载力、水膜厚度等特性.基于数值计算方法,对试验台所测水膜厚度进行了仿真验证,结果表明:综合试验台上所测得的数据准确可靠,水润滑推力轴承与推力盘综合试验台的成功搭建,为相关领域内的研究提供理论依据和工程指导有着重要意义.
2021 Vol. 39 (7): 706-711 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 3428KB] ( 409 )
农业水土工程
712 邓箴,尹娟*,吴军斌,张海军
基于AHP和熵权法的枸杞水肥配施综合评判
为了探明水肥配施对枸杞生长、产量和品质等方面的综合影响,以获取最适水肥配施方案,设置3个不同灌溉定额(194,254,313 mm)和3个不同N-P2O5-K2O配比施肥量(135-45-90,180-60-120,225-75-90 kg/hm2)9个组合,采用完全随机设计,利用AHP和熵权法相结合的综合评判方法对枸杞的4类一级指标和12类二级指标进行综合评判,以构建枸杞水肥配施综合评判模型.通过最小二乘法对AHP法和熵权法进行优化组合,计算综合评判权重,以自然间断法将综合评判权重进行分类,确定水肥配施方案的决策依据.以综合评判指数为因变量,以灌溉定额和总施肥量为自变量进行逐步二项式回归分析,建立回归方程,分析水肥耦合下对综合评价指数的影响,并确定在综合评价指数最大时对应的水肥配施方案.结果表明,综合评判指数随水肥施量增加呈先升高后降低的趋势,与生产实际相符;各类因素对综合评判指数的影响中,粒度、百粒重、干果产量和总糖这4个因素对枸杞生长的综合评判影响较大,占总评判指数73.3%以上.基于AHP和熵权法组合优化后得出的枸杞最优水肥方案:灌溉定额为252~278 mm(不含春冬灌),配比施肥量(N-P2O5-K2O)为197-66-131 kg/hm2~203-68-135 kg/hm2,枸杞综合效益最佳.
2021 Vol. 39 (7): 712-719 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1688KB] ( 376 )
720 薛慧君,申向东*,侯雨丰,柳宗旭,郑建庭
风积沙混凝土力学性能及孔隙特征
为了解决中国西北地区天然河砂分布不均及资源短缺的问题,利用库布齐沙漠风积沙替代部分天然河砂作为细骨料配制风积沙混凝土,通过立方体抗压强度、劈裂抗拉强度与核磁共振孔隙等因素对风积沙混凝土进行试验研究.结果表明:随着风积沙掺量增加,混凝土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度均呈先增高后降低的趋势,且风积沙掺量分别为20%,30%与40%的混凝土可满足设计强度要求;随着养护龄期增加,风积沙掺量为30%的混凝土强度值增长幅度最大.风积沙混凝土核磁共振T2图谱共有3个特征峰,随着养护龄期增加,混凝土中大孔隙都向着小孔隙方向发展;随着风积沙掺量增加,孔隙度呈先降低后增高的趋势,且凝胶孔与毛细孔呈先增加后减少的趋势.该研究可以为风积沙混凝土在中国干旱半干旱地区水利工程中应用推广提供理论依据.
2021 Vol. 39 (7): 720-726 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 2775KB] ( 509 )
727 戴含,王小卉,邓莹萍,李绪孟*
供氮水平对水稻抽穗期植株根系形态及养分吸收的影响
为了研究供氮水平(设置了5个不同处理CK,N1,N2,N3和N4,氮质量浓度分别为0,25,50,75和100 mg/L)对抽穗期水稻植株根系形态及养分吸收的影响,以黄华占和晶两优1468两种水稻为研究对象,采用水培方式进行盆栽试验,并探讨了供氮水平对水稻抽穗期植株根系形态及养分吸收的影响.结果表明:N2处理下,黄华占总根长、总根体积和总根表面积分别增加4.62%,189.58%和36.63%;晶两优1468总根长、总根体积和总根表面积分别增加13.84%,55.76%和54.17%.黄华占和晶两优1468根茎叶干质量分别增长71.51%,39.94%,104.04%,以及90.38%,46.53%,67.07%.因而黄华占和晶两优1468的总根长、总根体积和总根表面积以及根茎叶干质量随培养液氮浓度增加均呈先上升后下降的趋势,其变化规律符合二次函数关系,供氮水平为50 mg/L时最适宜黄华占和晶两优1468两种水稻生长.
2021 Vol. 39 (7): 727-732 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 3390KB] ( 371 )
733 张继峯,王振华*,张金珠,侯裕生,任作利
灰色理论关于滴灌加工番茄生理特性在盐化土中的应用
为了研究土壤盐碱胁迫对加工番茄生理及水肥利用效率的影响,运用灰色关联理论,研究各生理指标间及其与产量间的联系,寻找种植加工番茄适宜的土壤盐分含量范围.采用桶栽试验,人工配制4种不同处理的盐分含量土壤:非盐碱土壤(CK)、轻度盐碱土壤(S1)、中度盐碱土壤(S2),重度盐碱土壤(S3),盐分质量比分别为1.5,4.0,7.0,10.0 g/kg.结果表明,与处理CK相比,处理S1对加工番茄各生理指标及水肥利用效率基本无抑制现象,一定程度上提高了加工番茄的光电子传递效率和光合能力,水分利用效率与CK持平,氮肥偏生产力提高了3.85%,增产1.28%;处理S2和S3较CK抑制情况显著,光合荧光参数均有不同程度下降,胞间CO2浓度和非光化学淬灭量子产量在生育中后期大幅上升,且处理S3抑制现象最为显著,水肥利用效率较CK显著降低了52.27%和50.00%,加工番茄减产率达到51.91%;处理S2和S3较CK和S1的生育进程加快,生理指标提前达到全生育期最大值;加工番茄的产量与净光合速率Pn,蒸腾速率Tr和非光化学猝灭系数NPQ有着很高的关联度,结合以上3个参数的生理变化规律,可以得出适宜加工番茄种植的土壤盐分质量比的范围为1.5~4.0 g/kg.
2021 Vol. 39 (7): 733-739 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 2240KB] ( 313 )
排灌装备制造技术
740 谷立臣,马子文*,田晴晴,孙昱
瞬时转速波动在轴向柱塞泵故障诊断中的应用
针对轴向柱塞泵配流盘磨损的故障诊断所使用的信号大多存在非平稳、非线性特性的缺点,提出利用轴向柱塞泵的瞬时转速波动信号进行故障诊断.利用瞬时转速波动信号良好的抗噪性能与经过阶比分析后可以转化为角度域内的平稳信号的特点,以克服传统监测信号的不足.通过动力学分析对轴向柱塞泵瞬时转速波动的成因进行了溯源.结果表明,对于具有Z个柱塞的轴向柱塞泵,活塞的惯性力和配流副处的库仑摩擦力会产生Z倍于转频的转矩波动,从而在轴向柱塞泵主轴上产生Z阶转速波动.柱塞高压腔的压力的变化会产生2Z倍于转频的转矩波动,从而在轴向柱塞泵主轴上产生2Z阶转速波动.在变负载条件下对理论分析结果进行了试验验证,结果表明对于9柱塞的轴向柱塞泵,其9阶瞬时转速波动分量幅值的变化可以很好地反映出配流盘磨损状况的变化.随着配流盘磨损程度增加,9阶瞬时转速波动的最大幅值从1.229增大至2.023 r/min;9阶瞬时转速波动分量幅值随着配流盘磨损加剧而增大.
2021 Vol. 39 (7): 740-746 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 4548KB] ( 365 )
747 骆寅,韩岳江,董健
灌溉泵智能运行监测系统的研发
为了实时获取农业灌溉泵的性能参数信息以及农业灌溉用水水质信息,以达到优化灌溉泵运行,降低灌溉泵能耗,减少灌溉泵安全隐患,保证灌溉用水水质,防止农作物污染的目的,研发了一种基于STM32F103ZET6单片机设计的灌溉泵智能运行监测系统.该系统主要包括MCU核心控制模块,水质监测模块,驱动电动机电压电流信号采集模块,GPRS通讯模块,监测信息显示模块以及供电模块共6大功能模块.对各个功能模块进行了软件设计与硬件设计,实现了对灌溉泵多项运行参数信息的实时监测与多信息平台显示.同时,为了验证灌溉泵智能运行监测系统的运行可靠性,制作了灌溉泵智能运行监测系统样机并进行了样机实测验证,结果表明:该监测系统能够正常工作,监测信息的刷新频率能够稳定保持在2 000 Hz,系统能够实现对各监测参数的精准计算,对各监测参数的监测误差能够控制在0.5%以内.
2021 Vol. 39 (7): 747-756 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 3959KB] ( 337 )
排灌机械工程学报
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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
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编辑出版
 《排灌机械工程学报》编辑部
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