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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 9期
刊出日期：2021-09-25
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 (9): 1- [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 62KB] ( 280 )
2
目录
2021 Vol. 39 (9): 2- [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1320KB] ( 281 )
865 李伟*,王磊,施卫东,常浩,吴普
基于全因子试验碱液循环泵固液两相流数值计算与性能预测
通过全因子试验设计并结合欧拉-欧拉多相流模型对碱液循环泵进行全流场固液两相流动数值模拟,对含不同颗粒直径(0.2,0.6,1.0 mm)、不同颗粒体积分数(5%,15%,25%)和不同颗粒密度(2 400,2 800,3 200 kg/m3)时碱液循环泵的外特性数值解进行定量分析.结果表明:颗粒体积分数以及颗粒体积分数与颗粒密度的交互作用对碱液循环泵外特性影响较大;颗粒直径与颗粒密度作为与颗粒质量相关的量,对流场的作用也较为相似.建立了不同颗粒属性与碱液循环泵外特性相关的数学模型,并对碱液循环泵输送含有固相颗粒介质的外特性进行定量数值预测,为碱液循环泵的水力设计提供了理论参考.
2021 Vol. 39 (9): 865-870 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 48849KB] ( 252 )
871 莫丽*,刘芸宏,马筝
热能发生器叶型优化及性能
为了提高热能发生器的水力性能,将热能发生器的工作轮叶片结构由等厚直叶片改造为NACA翼型叶片.运用数值模拟方法对具有不同叶型的叶片在不同转速、不同叶片倾角、不同叶片数下的湍动能耗散率和力矩变化规律进行分析,建立了不同叶片形式、叶片数、叶片倾角的多个数学模型.研究结果表明:NACA翼型叶片在不同转速、不同叶片倾角、不同叶片数下的湍动能耗散率和力矩均大于等厚直叶片,能减轻热能发生器工作腔内液体流动产生的液流角偏离程度;随着转速增大,NACA翼型叶片与等厚直叶片的力矩差值逐渐扩大,液流偏离损失进一步减小,相对弯度较大的NACA6412翼型产生的湍动能耗散率最大,液体流动更剧烈,在3 000 r/min的高转速下产生的力矩比等厚直叶片的大39.2%;当叶片倾角从35°增大到65°时,NACA0012和NACA2412翼型叶片力矩逐渐减小,NACA4412和NACA6412翼型叶片力矩值先增大后减小;不同叶型的工作轮叶片最优叶片数组合不同.
2021 Vol. 39 (9): 871-876 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 2155KB] ( 392 )
877 田晴晴,谷立臣*
考虑定常能量损失因子的柱塞泵效率特性建模
针对轴向柱塞泵效率特性模型难以保证全工况下模型预测精度的问题,提出利用定常能量损失因子对现有的轴向柱塞泵总效率计算模型进行优化.首先,利用能量守恒定律对轴向柱塞泵的能量损失构成进行了研究,分析了轴向柱塞泵总效率计算模型误差产生的原因;其次,建立了全工况下轴向柱塞泵效率特性模型,并验证了其有效性;最后,对变排量工况下轴向柱塞泵的效率特性进行仿真分析与试验验证.研究结果表明:在变转速、变压力与变排量工况下,考虑定常能量损失因子的效率特性模型均可准确预测轴向柱塞泵的总效率,且在全工况范围内,模型的效率预测最大相对误差仅为4.8%;考虑定常能量损失因子的柱塞泵总效率模型能够完成全工况范围内轴向柱塞泵总效率的精确预测,这为柱塞泵的节能优化设计与节能控制提供了基础.
2021 Vol. 39 (9): 877-883 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 1880KB] ( 402 )
884 叶韬,司乔瑞,申纯浩,杨松,袁寿其*
基于支持向量机的离心泵初生空化监测
为利用机器学习的方法对离心泵运行状态进行监测,于离心泵发生空化故障前对离心泵初生空化状态做出判断,从而为离心泵运行状态在线监测提供一定的技术参考.针对基于支持向量机(SVM)的离心泵初生空化监测进行研究,采集离心泵运行振动信号,分析并选取均值、标准偏差、偏度、峭度等特征为特征向量训练模型,同时采用网格寻参与K-CV交叉验证的方式寻找最优组合参数.研究结果表明:网格寻优与交叉验证结合的方式能较好地寻找到最优参数;选取单一特征训练模型情况下,标准偏差的平均识别率最高,识别准确率为94.58%,以标准偏差、偏度、峭度两两组合的特征训练模型的平均识别率达到90%以上;该方法对离心泵初生空化识别具有较高准确率,具有一定鲁棒性,有较好的实用价值.
2021 Vol. 39 (9): 884-889 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 2169KB] ( 316 )
890 刘祥,袁寿其*,朱涵,司乔瑞,邱宁
绕水翼空泡脱落及其空化脉动特性
为改善水力机械抗空化性能,采用数值模拟与试验相结合的方法对NACA0015水翼非定常云空泡脱落机理进行研究,分析不同空化阶段下非定常空泡结构对翼型表面产生的空化脉动规律,探讨空化非定常过程中压力脉动产生的主要原因.结果表明:基于密度分域滤波器的湍流模型(FBDCM)能较好地模拟水翼表面空泡周期性脱落的非定常过程;在攻角为8°,空化数为1.25的工况下,空泡演化的非定常过程主要分为3个阶段,分别为附着型空泡形成与生长阶段、附着型空泡脱落与云空化形成阶段和云状空泡发展与溃灭阶段;在第二阶段结束时,空泡体积分数增至该周期内最大值;在第三阶段,由于空泡在翼型表面逐渐脱落并溃灭,翼型表面的压力水平逐渐回升,且回射流是空泡脱落的主要原因.
2021 Vol. 39 (9): 890-896 [摘要] ( 45 ) [HTML 1KB] [PDF 2573KB] ( 378 )
水利水电工程
897 武兰珍,赵霞,成艺,井江楠,贾生海,孙栋元*
黄河流域甘肃段水资源承载力与水资源安全评价
为了了解黄河流域甘肃段水资源承载力与水资源安全情况.根据黄河流域甘肃段水资源自然禀赋、经济社会及生态环境状况,采用组合赋权的水资源承载力TOPSIS模型和水资源安全综合评价指数,对黄河流域甘肃段4个二级分区的水资源承载力和水资源安全进行评价研究,分析主要影响因素.结果表明:时间维度上,水资源承载力在4个二级分区均呈增加趋势,水资源安全除龙羊峡以上呈降低趋势外,其他区域均呈增加趋势;空间维度上,水资源承载力在4个二级流域均处于临界承载状态,龙羊峡以上区域水资源处于较安全状态,龙羊峡-兰州、龙门-三门峡处于临界安全状态,兰州-河口镇处于不安全状态.水质污染、供需矛盾、生态用水量偏低等因素是造成区域水资源承载力和水资源安全时空分异的主要原因,不同区域不同时段其影响因素存在显著具有统计学意义.同时,首次尝试采用同一指标体系及分级标准测算水资源承载力贴近度和水资源安全综合评价指数,分析二者之间的关系.
2021 Vol. 39 (9): 897-903 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 1527KB] ( 523 )
904 孙涛,仇宝云*,黄先北,周晨露,倪春,于贤磊,荐威,雍成林
双向钢闸门反向挡水启门力CFD分析与减载对策
为解决工程中发生垂直提升式双向挡水钢闸门反向挡水时,启门力过大,常规选用的启闭机启门力不足等问题,以江苏省某闸站的节制闸为研究对象,对反向挡水启门过程中的闸门进行受力分析,采用CFD方法计算闸门不同开高时的过流流场和水流对闸门的作用力,计算启门力,并实测验证,分析启门力影响因素和增大的原因,提出采用增大横梁排水孔面积的方法减小启门力,采用Ansys Workbench对排水孔加大后的闸门横梁强度进行校核.结果表明:启门过程中,下泄水流冲击闸门底部主梁上表面,造成上下表面压力差,是启门力增加的主要原因;增大排水孔面积,启门力呈线性规律下降,同时,由于水流对闸门水平作用力减小,主梁最大应力减小,强度能够保证.当排水孔面积增大到原面积8倍时,启门力下降7.6%~11.9%,效果显著.成果对于改进双向挡水闸门设计、减小启门力、保障启门安全具有重要意义.
2021 Vol. 39 (9): 904-909 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 2309KB] ( 397 )
910 徐顶娥,杨春霞*,蔡建国,韩洋,葛新峰
贯流式水轮机固液两相数值模拟
为了研究不同泥沙直径对贯流式水轮机全流道磨损情况,基于雷诺时均N-S方程,采用欧拉-拉格朗日法并结合多面体网格技术、Realizable k-ε Two-layer湍流模型对贯流式水轮机全流道进行三维非定常固液两相流数值模拟.结果表明:同一泥沙浓度下随着泥沙直径的增大,进水管道上端面磨损较小而下端面磨损较大,当泥沙直径为0.2 mm时下端面最大磨损率达到0.000 795 kg/(m2·s);活动导叶和尾水管磨损区域随着泥沙直径的增大逐渐减小,当泥沙直径为0.01 mm时活动导叶最大磨损率为0.004 600 kg/(m2·s),主要磨损区域为导叶吸力面,尾水管最大磨损率为0.000 540 kg/(m2·s);转轮最大磨损率随着泥沙直径的增大逐渐变小,当泥沙直径为0.01 mm时,转轮最大磨损率为0.062 200 kg/(m2·s),主要磨损区域为叶片出水边和靠近轮毂处.机组在运行过程中,磨损最严重的部件是转轮,当泥沙直径为0.05 mm时,转轮体整体磨损率达到了5.750 000 kg/(m2·s),应避免转轮长时间在小直径泥沙下运行,导致磨损加剧.
2021 Vol. 39 (9): 910-916 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 3524KB] ( 359 )
流体工程
917 刘建河,石亮*,闫晨阳,吴秋月
静电雾化喷头喷针布局方式的分析与优化
静电雾化喷头中喷针排布方式的设计与优化对提高农药雾化效率有着至关重要的作用,以此为目标文中对特定参数的静电雾化喷头提出了3种喷针布局方式,建立多针喷嘴为平板电极电场求解模型,以Ansoft Maxwell电磁场分析软件为工具,获得了3种静电雾化喷头周围平面电场强度分布云图以及特殊路径电场的分布曲线,针对电场分布更优的排布方式进一步对喷针的排布密度进行了仿真,并对6种喷针布局的喷头进行了水溶性溶液的静电喷雾试验.结果表明:在其他条件不变的情况下,与正方形阵列、六边形阵列相比,选择圆周阵列且采用更小的分布半径能够产生更好的液滴粒径分布,考虑到实际应用,过于紧密的排布会产生的过小针距,这将容易使针尖周围的空气击穿从而影响雾化过程,故采用半径为6 mm的圆周阵列方式最为合适,该试验结果与模拟计算结果基本一致.
2021 Vol. 39 (9): 917-922 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 2278KB] ( 387 )
923 QU Chunming,FENG Fang,LI Yan*,BAI Yuedi,ZHAO Bin
Analysis of static structural mechanics of vertical axis wind turbine with lift-drag combined starting structures
In this paper the finite element analysis was carried out for a composite vertical axis wind turbine with lift-drag combined starting structures to ensure the structure safety of a vertical axis wind turbine(VAWT). The static and modal analysis of rotor of a composite vertical axis wind turbine was conducted by using ANSYS software. The relevant contour sketch of stress and deformation was obtained. The analysis was made for static structural mechanics, modal analysis of rotor and the total deformation and vibration profile to evaluate the influence on the working capability of the rotor. The analysis results showed that the various structure parameters lie in the safety range of structural mechanics as given in the relative standards. The analysis showed the design safe to operate the rotor of a vertical axis wind turbine. The methods used in this study can be used as a good reference for the structural mechanics′ analysis of VAWTs.
2021 Vol. 39 (9): 923-928 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 2149KB] ( 310 )
929 李颜雁,郭鹏程*,孙龙刚,张欢
立柱对大型泵站前池和进水池流态影响的数值分析
为了研究泵站工程前池内部流态对水泵机组的效率及水力稳定性的影响.以某大型泵站为研究对象,基于3种不同增设立柱方案对前池进行整流.研究结果表明:增设立柱对前池流态有较好的改善作用,并降低了吸水喇叭管进口及水泵进口处的涡量强度,有利于提高机组水力稳定性.在保证流动损失几乎不变的情况下,等间距单排方案、等间距双排方案与非等间距双排方案的流速分布均匀度分别提高了3.13%,3.91%和4.95%,平均偏流角分别减小了1.45%,2.11%和2.66%.非等间距双排方案计算的叶轮进口压力脉动强度较等间距单排方案显著降低,其脉动系数峰值由0.016减小为0.006.对比结果显示,非等间距双排方案在前池整流中有较大优势.因此在前池中增设非等间距双排立柱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.
2021 Vol. 39 (9): 929-936 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 4345KB] ( 353 )
农业水土工程
937 刘小飞,刘祖贵*,肖俊夫,刘战东,宁东峰,赵犇
不同生育期淹涝对夏玉米叶片叶绿素及产量的影响
为了探明淹涝条件对夏玉米生理生态特性及产量的影响规律,在防雨棚下开展了夏玉米不同生育阶段淹涝的桶栽试验.在苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期分别淹涝1,3,5,7,9 d;以不淹水(适宜水分处理)为对照.结果表明,玉米株高和叶面积在苗期和拔节期受淹涝的影响最大,抽雄吐丝期次之,灌浆期淹涝的影响最小;叶绿素相对含量(SPAD)和气孔导度(Gs)在拔节期受淹涝的影响最大,苗期次之,灌浆期的影响最小;淹涝解除后,SPAD和Gs因补偿生长具有一定的恢复能力,苗期淹涝的恢复能力最强,并随淹涝时期后移呈减少趋势;拔节期淹涝对穗部性状及产量影响最大,苗期淹涝次之,灌浆期淹涝的影响最小.建立了玉米减产率与不同生育期淹涝历时的数学模型,依据其关系推算出苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期的淹涝天数只要分别不超过1.5,2.0,1.5,6.5 d就可以把减产率控制在10%以内,分别超过4,5,4,10 d减产率可达20%以上.研究结果可为夏玉米涝渍灾害损失的评估和农田排水方案制定提供数据参考.
2021 Vol. 39 (9): 937-943 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 6351KB] ( 410 )
944 徐淑琴,乐静*,王亚超,高凯茹,郭晓婷,李仲裕
鲜兴灌区渠首泄洪闸闸室结构有限元分析
以黑龙江省鲜兴灌区渠首改造工程新建的泄洪闸为研究对象,利用三维有限元软件ANSYS建立了闸室结构与地基的整体模型,通过完建期、灌溉期、校核洪水位以及冻胀工况4种工况对闸室结构进行有限元分析,得到闸室结构的应力和位移值;对比分析了4种工况条件下不同荷载组合的闸室结构应力和位移分布规律.结果表明:该闸室结构的位移变化主要以沉降为主,4种工况沉降量普遍较小,最大、最小竖向位移分别为12.069和1.553 mm,未超过规范允许值,均出现在冻胀工况;最大拉应力为1.21 MPa,最大压应力为1.25 MPa,符合设计要求,分别出现在冻胀工况和校核洪水位工况.冻胀工况时靠边墩上游一侧底板顶部有应力集中的现象,需要对其提高配筋率,增加水闸结构整体稳定性.该泄洪闸结构的工作性态良好,能保证安全稳定运行.
2021 Vol. 39 (9): 944-949 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 2056KB] ( 325 )
950 勉有明,苗芳芳,吴鹏年,王月宁,侯贤清*
施氮量对扬黄灌区土壤水分、温度、碳氮及玉米产量的影响
针对宁夏扬黄灌区降水少、春季低温不利于玉米出苗和生长,而作物生育中后期高温胁迫导致玉米生产力低下等问题,在滴灌条件下设置秸秆全量还田(9 000 kg/hm2)配施3个不同纯氮用量:150,300,450 kg/hm2(即处理N1,N2,N3),并以秸秆还田不施氮肥为对照处理(CK),研究不同施氮量对土壤水分、土壤温度、土壤碳氮(土壤有机碳和全氮含量及碳氮比C/N)、玉米产量及水分生产率的影响.结果表明,N3处理对提高0~40 cm层土壤有机碳、全氮含量效果最佳,分别较CK处理显著提高41.5%和41.7%,而N2处理对调控土壤C/N效果最显著,较CK处理显著增加5.2%.秸秆还田配施氮肥均可提高玉米苗期(播后20 d)0~25 cm土层土壤的温度,且对玉米生育期内0~100 cm土层土壤具有很好的保水作用,以N2处理对土壤调温保水效果最佳.处理N1和N2能显著影响玉米的产量构成,较CK处理可显著增产46.2%~63.7%.同时,N2处理可显著提高玉米水分生产率,与CK处理相比,N2处理可显著促进玉米水分生产率提高36.1%.可见,秸秆配施300 kg/hm2氮肥还田在宁夏扬黄灌区对调控土壤水热环境和土壤碳氮比、促进玉米产量和水分生产率增加方面,效果最佳.
2021 Vol. 39 (9): 950-958 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 1505KB] ( 355 )
排灌装备制造技术
959 王永涛,刘坚*,李家春,蔡家斌,李继学,杨涛
并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式性能分析
为了了解文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式的性能,在其工作原理的基础上,设计了4个文丘里管并联的施肥器,其部分参数为La=105 mm,Lb=55 mm,四通T型出口两侧长度L1~L8=36 mm,文丘里管通道内径均为50 mm.在并联四文丘里管施肥器吸肥口为1个大气压力,营养液出口为0.10 MPa,进水端入口压力分别为0.15,0.25,0.35,0.45,0.55,0.65 MPa的边界条件下,运用FloEFD软件对施肥器吸肥量进行仿真分析,得到了各通道吸肥量与进出口压差呈正相关的工作特性.基于该分析结果,进一步在4个文丘里管并联施肥器的出口增设吸肥泵,构成四吸肥通道+旁路吸肥式管路施肥器(“旁路吸肥”模式),通过性能仿真表明:并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式,可提高吸肥量整体提高31.08%以上,方差降低74.12%,同时实现将营养液有压输出.进一步开展并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式吸肥量性能试验,得出实测平均吸肥量为693.25 L/h,与仿真分析数据平均相对误差仅为4%,验证了仿真分析结果.该研究为并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式整机的研制奠定了基础.
2021 Vol. 39 (9): 959-965 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 2412KB] ( 623 )
966 姚吉成,王新坤*,张少川,徐胜荣,靳彬彬,丁师伟
影响负压反馈射流喷头水力性能的重要参数正交试验
为了探究影响负压反馈射流喷头水力性能的重要参数对水力性能的影响程度,并选出综合水力性能最优下的重要参数组合,首先设计了4因素3水平正交试验,并根据试验要求分别加工出3种长度(4.2,5.6,7.0 cm)的喷管、3种直径(3,4,5 mm)的喷嘴,以及射流进口宽×深为4 mm×8 mm、位差1.80 mm、侧壁夹角20°、劈距28.0 mm、3种喷射仰角(20°,30°,40°)的射流机构,用于水力性能测试.采用综合评分法和极差分析法对正交试验结果进行处理,并引入了射程和喷灌均匀系数对试验结果进行评价.结果表明:影响喷头综合水力性能的重要参数,影响程度由大到小依次为喷射仰角、主副喷嘴直径、工作压力、主副喷管长度.得到了在此射流机构下的最优重要参数组合为工作压力0.35 MPa、主×副喷嘴直径5 mm×4 mm、喷射仰角30°、主×副喷管长度4.2 cm×4.2 cm.试验结果可为该型国产喷头的产品化和未来工程应用提供理论数据支撑.
2021 Vol. 39 (9): 966-972 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 2314KB] ( 362 )
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主　　编
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编辑出版
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