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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 8期
刊出日期：2021-08-25
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 (8): 1- [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1756KB] ( 300 )
2
目录
2021 Vol. 39 (8): 2- [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1311KB] ( 329 )
757 李延频,张利红*,张自超,陈德新
叶片包角对水轮机模式多级液力透平性能的影响
为了研究叶片包角对水轮机模式液力透平性能的影响,以1台二级透平为研究对象,分别设计转轮叶片包角为20°,30°,40°和50°,采用Fluent软件进行数值计算.结果表明:叶片包角对透平水力性能影响显著,随着包角的增大,透平水头逐渐升高,效率先增大后减小,设计工况下,当包角为30°时效率最高,达到80.24%.受一级转轮出口负环量的影响,二级转轮进口环量低于一级转轮进口环量,从而导致二级转轮效率比一级转轮效率低.通过对其压力脉动特性分析发现,转轮内的压力脉动较其他过流部件脉动强度大,二级转轮内的压力脉动最强,适当的包角取值能够降低各过流部件的压力脉动幅值.针对包角为30°的透平进行试验,数值计算结果与试验结果性能曲线变化趋势一致,验证了数值模拟结果的准确性.
2021 Vol. 39 (8): 757-763 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 12001KB] ( 366 )
764 王勇*,李刚祥,袁霄,张国翔,吴璞,刘厚林
混合沙粒对半开式叶轮离心泵磨损的影响
为了研究含有混合多种颗粒粒径的含沙水对离心泵过流部件磨损特性的影响,应用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,基于颗粒离散相模型(DPM)和半经验的McLaury磨损模型,沙粒注入选用Rosin-Rammler分布的拟合方法,对一台半开式离心泵内固液两相流的磨损特性进行数值分析.研究结果表明:叶轮流道内沙粒组分中大颗粒有趋向叶片吸力面运动的趋势,当混合沙粒的粒径较小时,蜗壳内沙粒运动较为均匀,粒径越大,沙粒运动越贴近蜗壳壁面;不同粒径组分的沙粒在叶轮的压力面、吸力面和后盖板壁面上的平均停留时间分布相似,颗粒粒径越大,平均停留时间越小;在蜗壳壁面上沙粒组分中粒径不大于700 μm的沙粒平均停留时间分布规律与沙粒在叶轮过流壁面上的平均停留时间类似,大于700 μm的沙粒平均停留时间会随着粒径增加而增大;随着沙粒组分中大粒径沙粒的增加,叶片压力面的磨损强度逐渐减弱,叶片吸力面、后盖板和蜗壳的磨损强度逐渐增强.
2021 Vol. 39 (8): 764-769 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 20815KB] ( 312 )
770 叶道星*,刘安林,罗逸民,余波,赖喜德
核主泵压力脉动及其改善方法研究进展
压力脉动是引起核主泵产生振动、噪声等不稳定现象的重要因素,严重的脉动会导致核事故的发生.随着核电事业的快速发展,为使核岛安全稳定运行,核主泵压力脉动的研究对核岛安全的意义变得极其重要.回顾近年来不同研究人员在核主泵压力脉动方面的相关研究成果,通过文献调查讨论了与压力脉动有关的研究,发现压力脉动产生因素主要是核主泵入流冲击、二次回流、动静干涉作用和气蚀等引起的流动紊乱,一般可以通过理论分析、数值模拟和模型试验的方法对核主泵压力脉动进行研究.最后,总结了近十年来核主泵在大、中、小流量工况、卡轴事故工况和失水事故工况时主泵内部各流道压力脉动研究情况,以及通过对叶轮、导叶和涡壳的结构优化改善核主泵内部流道压力脉动的方法.
2021 Vol. 39 (8): 770-776 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [PDF 4059KB] ( 368 )
777 黄亚,周建旭*
水泵全特性曲线的预测及对数值分析的影响
为了准确评估泵系统水力过渡过程特性并实施合理有效水的锤防护的重要边界条件,基于水泵全特性曲线的Suter曲线表达形式,提出基于牛顿插值算法的水泵全特性曲线预测方法,进一步给出一种利用水泵基本特性曲线来修正水泵全特性曲线的数值变换方法.通过与常用的水泵全特性曲线预测拟合方法的比较,以及在泵站系统过渡过程计算中的应用分析,结果表明:基于牛顿插值算法的水泵全特性曲线预测方法应用方便,相比于常用的基于拉格朗日插值算法的曲线拟合方法,牛顿插值预测方法能灵活适应基础拟合数据的扩充,而且预测得到的水泵全特性Suter曲线是合理可靠的.经过水泵基本特性曲线修正后的Suter曲线,在提高泵系统水泵稳态计算工作点精度的同时,能较准确地反映水泵全工况的流量特性和能量特性,满足泵系统过渡过程计算分析的精度要求.
2021 Vol. 39 (8): 777-783 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1822KB] ( 730 )
784 柏宇星,冯子政,吴金国,孔繁余,陈茹雯*
矿用高速抢险泵推力盘作辅助叶轮的试验
为了获得矿用高速抢险泵中推力盘作辅助叶轮的水力特性,搭建了多功能推力盘实验台,通过试验方法研究了推力盘作辅助叶轮不同转速、温度、出口情况下的水力性能和抗汽蚀性能.试验结果表明:区别于传统离心泵,转速变化定律对推力盘作辅助叶轮产生的扬程不适用,转速越高,扬程系数取值越小.推力盘作辅助叶轮的流量范围与自身结构特性相关,与转速没有明显关系.6种转速下,随着流量增大,扬程不断降低,最大和最小扬程分别为19.64 m和2.62 m;机组效率曲线先增大再降低,最高机组效率为6.5%;功率曲线则缓慢降低.随着转速提高,推力盘作辅助叶轮流量覆盖范围有轻微增大;相同流量点下,扬程和功率数值都有提高.抗汽蚀性能方面,不同转速下,温度对推力盘作辅助叶轮汽蚀性能影响不同;不同流量下,小流量工况下推力盘作辅助叶轮抗汽蚀性能优于大流量工况.
2021 Vol. 39 (8): 784-789 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 3233KB] ( 405 )
790 潘慧山,蒋小平*,郎涛,周晨佳,曹玲,张德胜,胡敬宁
透平增压泵轴承-转子系统动力学特性
针对海水淡化液力透平增压泵的高速运转稳定性问题,以核心部件水润滑轴承-转子系统为研究对象,通过轴承模化与Matlab编程计算得到水润滑轴承的8个特性系数,并建立起水润滑轴承-转子耦合系统的物理模型和有限元模型;利用转子动力学分析软件Samcef Rotor,计算得到了转子系统前4阶临界转速与模态振型;利用CFX14.5对透平增压泵内部流场进行非定常计算,统计得到不同流量工况下流体作用在透平叶轮和增压泵叶轮上的径向力,并以叶轮不平衡质量和径向力为外部激励,对水润滑轴承-转子系统进行瞬态响应分析.研究结果表明:转子系统的第一阶弯曲临界转速为36 298 r/min,远大于设计转速16 000 r/min,说明该海水淡化液力透平增压泵的转子为刚性转子;当只给透平叶轮与增压泵叶轮同时施加不平衡质量激励时,透平端与泵端相比较瞬态响应更明显,振动位移幅值更大;当两端同时施加不平衡质量与流体激励径向力时,转子系统的振动与仅施加不平衡质量激励时相比明显加强,且不同流量工况下转子系统的振动位移幅值不同,在设计流量工况1.0Qd下振幅最小,转子运行最稳定.
2021 Vol. 39 (8): 790-796 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 2516KB] ( 434 )
水利水电工程
797 罗灿*,雷帅浩,袁尧,成立,杜康
小型闸站式侧向泵站进水流态数值模拟研究
基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,开展了某小型闸站式侧向进水泵站进水流态的数值模拟研究,并针对原方案进水池内存在的不良流态提出了3种不同的整流措施,观察了各进水池流态,分析了进水池泵前纵剖面轴向速度分布均匀度、速度加权平均角和轴向平均流速.计算结果表明:原方案下,1#—3#进水池存在大范围的回流区,回流区由进水池进口延伸至进水管前端,流态极差;布设翼型导流板或J型导流墩,1#进水池回流区大面积减少,2#和3#进水池回流区消失;J型导流墩和翼型导流板组合措施的整流效果最优,进水池大面积的回旋区消失,所选纵剖面轴向速度分布均匀度提高了12.2%,水流流态均匀对称.研究成果可为同类泵站进水池的流态改善提供参考.
2021 Vol. 39 (8): 797-803 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 6296KB] ( 369 )
804 王建国,周海龙*,葛成龙,陈岩
石粉对高强机制砂混凝土工作性能和力学性能的影响
为了研究玄武岩机制砂的石粉含量对高强混凝土工作性能和力学性能的影响,配制不同石粉质量分数(3%,5%,7%,9%,11%)的C70机制砂混凝土,借助核磁共振(NMR)、差热-热重(TG)同步试验以及场发射扫描电镜试验(SEM)研究其力学特性和微观演化.研究结果表明:利用石粉等质量代替机制砂能够配制出满足力学性能要求的高强机制砂混凝土,在保证水胶比不变的情况下,石粉质量分数为5%~7%的混凝土力学性能指标最佳.石粉良好的微集料填充效应与碱性碳酸钙的生成使水化产物C3S和CaCO3微界面区结构更加密实,而Ca(OH)2在CaCO3表面生成大量晶体,致使Ca(OH)2晶粒细化,从而提高界面黏结作用,使得界面过渡区得到明显改善;该研究成果可为高强机制砂混凝土配合比设计中石粉的利用提供理论参考.
2021 Vol. 39 (8): 804-810 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 2343KB] ( 385 )
811 邱毅,杨具瑞*,陈卫星,任中成
阶梯坝面坡度对阶梯面掺气特性及负压影响试验研究
为探求高水头、大单宽流量下阶梯坝面坡度对宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化联合消能方式的阶梯面掺气特性及负压的影响,以阿海水电站为原型,采用速度比尺和长度比尺分别建立运输方程,引入水气两相流VOF和三维RNG-紊流模型.利用几何重建格式来迭代生成自由水面,对51.34°,53.13°,56.98°这3种阶梯面坡度进行数值模拟研究.研究结果表明,坡度增加,阶梯面掺气空腔长度先增加后减小;当坡度为53.13°时,阶梯面掺气空腔长度最长,为7.5m.阶梯面掺气浓度变化与掺气空腔长度变化规律一致,坡度增加,阶梯面掺气浓度先增加后降低,各方案空腔段后掺气浓度均存在小于阶梯面最低保护掺气浓度3%,此掺气浓度下阶梯面会发生空蚀破坏.阶梯面负压呈双峰分布,最大负压峰值出现在第2峰值处,负压双峰值随坡度增加而增大,当坡度为56.98°时,负压最大,值为-42.34kPa.
2021 Vol. 39 (8): 811-817 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 2624KB] ( 390 )
流体工程
818 顾延东,B HLE Martin,SCHIMPF Artur,袁寿其*
多孔质气体静压轴承研究现状及发展趋势
多孔质气体静压轴承采用多孔质节流器,依靠外部供给加压气,形成承载气膜,实现支承和定位.分析了多孔质轴承支承原理,并说明气膜压力分布特点.总结了多孔材料在轴承中的应用及碳石墨多孔材料具有的相对优势.论述了流动模型、数值求解及试验的研究现状,说明雷诺润滑方程和Darcy方程是建立多孔质轴承流动模型的主流方法.总结了轴承优化方法,智能优化方法的应用情况.今后的研究重点是考虑流动惯性,基于Darcy-Forchheimer方程和雷诺润滑方程,建立多孔质轴承三维可压流动模型及其数值求解方法;考虑转子对气膜的惯性作用,使用CFD动网格计算多孔质轴承动特性;分析温度、材料变形等对多孔质轴承静动特性的影响;设计对中系统并采用高频激光测距仪,测试多孔质轴承静动特性;建立多参数、多目标的多孔质轴承优化平台,优化承载力、供气功耗等.
2021 Vol. 39 (8): 818-825 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 4251KB] ( 821 )
826 宋科*,杨邦成
复杂潮流条件下导管涡轮机的水动力学性能研究
为了探究导管涡轮机在复杂潮流条件下的非定常性能,依据斋堂岛海域的潮流条件,采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法分析了浸没深度和偏流角对导管涡轮机水动力学性能及尾流场流态的影响.研究结果表明:不同浸没深度和偏流角下的导管涡轮机水动力学性能均表现出与波浪频率一致的时间周期性行为;在波流作用下,随着浸没深度的减小,水流将发生强烈的跃迁,由波流引起的水动力学性能波动幅值增大;在波流与偏流共同作用下,随着偏流角的增大,导管涡轮机的平均功率系数及推力系数逐渐减小.此外,水动力学性能在叶轮旋转周期内将出现额外的周期性波动,该波动频率由叶轮转速和叶片数决定,且波动幅值随着偏流角的增加而增大,导管涡轮机后方的尾流场结构也将变得相当不稳定和复杂.
2021 Vol. 39 (8): 826-831 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 2997KB] ( 390 )
农业水土工程
832 陈梦婷,杨琳*,吴光星,吴争光,茆智,崔远来,罗玉峰
考虑降雨有效利用的水稻灌溉模式的优化
为充分利用有效降雨挖掘农业节水潜力,以湖北漳河灌区为例,提出一种考虑降雨有效利用的水稻灌溉模式的优化方法,根据长系列历史气象数据对传统淹灌模式进行分阶段优化,改变各生育阶段控制水层深度,寻找最大利用降雨兼顾减少灌水次数的最优水层深度组合并分析节水原因及效果.结果显示,优化后适宜水层下限比优化前低10 mm,降雨后最大蓄水深度比优化前深10 mm,而优化后适宜水层上限分蘖前期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期优化后适宜水层上限分别为50,50,40,25 mm.与传统淹灌模式相比,优化后平均降雨利用率提高3.78%,其中分蘖前期增幅最大,为6.41%,灌水次数减少4.60次,其中乳熟期减少最多,为2.44次,灌溉定额减少25.50 mm,节水率为5.14%,其中拔节孕穗期节水率最高,为7.23%.
2021 Vol. 39 (8): 832-837 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 1608KB] ( 453 )
838 费良军*,李巧丽,史中兴,李静思,刘利华
景电灌区降水与气温随时间变化特征分析
为探明景电灌区近年来气候变化规律,深化对灌区气候变化的认识和理解,以甘肃省景泰县1983—2017年的降水及气温日数据为基础,运用线性倾向分析、Mann-Kendall趋势检验及小波分析等方法,研究了景电灌区降水与气温不同时间尺度的变化,并预测了灌区降水的发展趋势,结果表明:近35 a景电灌区降水量呈缓慢上升趋势,气候倾向率为0.38 mm/a,冬灌降水呈显著上升趋势,其余灌季均呈下降趋势;灌区年降水量变化存在7 a和11 a这2个主要的周期尺度;灌区近35 a平均气温和极高气温均呈显著上升趋势,气候倾向率分别为0.056,0.050 ℃/a,而极低气温上升趋势不明显;灌区各灌季平均气温均呈上升趋势.由此看出,景电灌区气候变化整体呈暖湿化趋势,灌季尺度上,仅冬灌期间呈现明显的暖湿化趋势,其余灌季呈暖干化趋势.
2021 Vol. 39 (8): 838-843 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 2102KB] ( 377 )
844 蒋文君,汪时机*,李贤,李达
含残膜紫色土土壤水分特征曲线及模型分析
为探究残膜对紫色土土壤水分特征曲线的影响规律,设置了5组残膜量(0,90,180,360,720 kg/hm2),通过压力膜仪测定含残膜紫色土土壤水分特征曲线,并利用RETC软件结合统计分析方法确定最优模型.结果表明:残膜会降低紫色土持水性,减小容水度,降低土壤供水能力,含残膜土与纯土的含水率、容水度差异显著,在土壤水吸力400 kPa时,残膜量720 kg/hm2处理(LS5)的土壤含水率为无残膜处理(LS1)的86.36%;随着残膜量增多,低吸力段(主要排大孔隙土壤水)的当量孔径体积占比增大,而高吸力段(主要排中小孔隙土壤水)的当量孔径体积占比则减小,处理LS5的大孔隙占比较处理LS1增大了近16%;模型适应度分析表明,含残膜紫色土的最优拟合模型为VGM(m,1/n),最优模型的非饱和导水率模式为Mualem模式.研究结果可为研究西南片区残膜对紫色土水、盐运移的影响提供一定的参考.
2021 Vol. 39 (8): 844-850 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 1482KB] ( 506 )
851 文利军,史文娟*,何子建,高志永,石肖肖
不同措施对土壤脱盐及棉花生理特征的影响
为明确不同改良措施对膜下滴灌棉田土壤脱盐效果及棉花生理特征的影响,在野外大田设置了3种类型的改良措施试验:膜间间作的生物改良方式(苜蓿+棉花、孜然+棉花、碱蓬+棉花);土壤中施加不同剂量石膏的化学改良方式(分别施加0.75,1.50,2.25 kg/m2);生物和化学并用的综合改良方式(苜蓿+石膏、孜然+石膏、碱蓬+石膏)以及1组对照(共10个处理),以期为新疆盐碱地改良提供参考.结果表明:与对照相比,3种改良措施均有一定的脱(抑)盐和增产效果,其中苜蓿处理的脱盐效果最好,整个土层和膜间的脱盐率分别达到了56.0%和20.9%;碱蓬+石膏处理的增产效果最好,增产率达到了22.4%;化学改良和综合改良使得Na+和Cl-在生育期末的膜间土层出现聚集,而生物改良则使其在宽行出现了聚集;不同的改良措施均提高了棉花的蒸腾速率、气孔导度和光合速率,且日平均值从大到小表现为综合改良、化学改良、生物改良、对照;各种处理均在一定程度上提高了水分利用效率和灌溉水利用效率,从小到大依次为生物改良,化学改良,综合改良.因改良措施不同,对应的效果差异较大.若追求单一脱盐效果,可选用膜间种植苜蓿的生物改良方式.但是,碱蓬+石膏的综合改良处理不仅具有较好的增产效果,且水分利用效率也较高,在新疆盐碱地的改良中具有较好的前景.
2021 Vol. 39 (8): 851-858 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 2605KB] ( 378 )
859 徐茹,王文娥*,胡笑涛
小麦不同生育期微喷带水量分布均匀性
试验以常用的机械打孔的Ф32微喷带为研究对象,通过调节微喷带的工作压力,研究2种长度微喷带(20,40 m)下春小麦不同生育期水量分布均匀系数的变化规律,通过对不同高度春小麦遮挡下水量分布均匀系数的分析,探究大田试验中微喷带的水量分布均匀性.试验结果表明:作物遮挡会降低微喷带的水量分布均匀性,改变水量空间分布特征,不同作物高度截留的喷射水量不同,通过改变工作压力能改变喷射角度,进而减少作物遮挡对微喷带水量分布的影响,在文中的试验设置条件下,2种铺设长度下的最佳工作压力范围为40~45 kPa;为保证较好的灌溉均匀度,作用压力与微喷带极限铺设长度应合理设置.
2021 Vol. 39 (8): 859-864 [摘要] ( 56 ) [HTML 1KB] [PDF 2120KB] ( 484 )
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主办单位
 江苏大学
协办单位
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 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
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