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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2022年 40卷 1期
刊出日期:2022-01-25

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
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2022 Vol. 40 (1): 0- [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 10946KB] ( 285 )
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目录
2022 Vol. 40 (1): 0- [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 1337KB] ( 277 )
8 刘志强,张玉全*,戴庆云,郑源,吴东磊,韦雯倩
轴伸贯流泵压力脉动特性及其改善方法
为研究轴伸贯流泵压力脉动特性及其改善方法,应用计算流体动力学数值方法,采用在出水流道内增设导流板的方式进行贯流泵优化设计,并结合真机试验验证了数值计算方法的正确性.研究结果表明:在小流量工况下,原模型与优化模型泵的压力脉动时域特性和频域特性较额定工况下要差,但不同流量工况下叶轮进口处压力脉动特性均受到旋转叶轮显著影响;小流量工况下压力脉动变化强烈,原模型在叶轮出口及后导出口处的压力脉动低频成分明显,增设导流板可有效降低这2处的压力脉动变化幅值及其低频成分;在额定工况下,贯流泵压力脉动周期性规律显著,导流板则能有效降低前导进口及叶轮进口处的压力脉动变化幅值及其低频成分;在不同流量工况下,出水流道内导流板消涡效果均十分显著.
2022 Vol. 40 (1): 8-14 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 7920KB] ( 370 )
15 孔冬梅,潘中永*,杨波
自吸泵自吸过程气液两相流动特性
为了研究自吸泵自吸过程内部流动规律,以一台外混式自吸式离心泵为研究对象进行气液两相流动定常数值模拟,分析在不同进口含气率下叶轮和蜗壳气液两相分布以及平均静压分布规律,为自吸泵的优化设计提供依据.研究结果表明:气相最先聚集在靠近叶轮进口的叶片背面和隔舌区域,并随着进口含气率的增大,气相逐渐向叶轮和蜗壳流道内扩散,这不利于两相流输送,进而影响泵的自吸性能;叶轮内周向和轴向平面内含气率与进口含气率相近,但蜗壳内轴向平面上的含气率与进口含气率差别较大;叶轮与蜗壳内的低压区随着含气率的升高而逐渐减小,平均静压值却逐渐增大;随着相对高度增大以及进口含气率降低,叶轮轴向平面的平均压力下降明显,而蜗壳内轴向平面的平均压力呈现先减小后增大的趋势;当含气率超过10%时,扬程下降明显,泵的水力性能受进口含气率影响较大.
2022 Vol. 40 (1): 15-21 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 2453KB] ( 345 )
22 王晶晶,卓越,张颢晖,严海军*,王春晔,孟范玉
柱塞式注肥泵的设计试验及精准施肥应用
为解决水肥一体化应用中施肥流量随着灌溉管道工作压力变化而波动导致施肥浓度不均匀的问题,设计了一种额定流量为300 L/h、最大工作压力为1.0 MPa的柱塞式注肥泵,对柱塞泵进行不同行程比例和电源频率下的工作流量试验,建立了工作流量与电源频率、行程比例及灌溉管道压力的拟合公式.结果表明:研发的柱塞泵工作流量与电源频率、行程比例均呈极显著的线性正相关,与灌溉管道压力呈显著负相关,以相对标准偏差RSD表示的流量测量精度范围为0.09%~1.43%;行程比例为100%、电源频率为50 Hz时,当灌溉管道压力由0.1 MPa增至0.5 MPa,柱塞泵工作流量下降14.22 L/h,占平均流量的4.58%,RSD最大值仅为0.38%,表明柱塞泵工作流量很稳定,可以适应喷灌和微灌水肥一体化系统对不同工作压力的需求.以研发的柱塞泵为核心,提出了仅改变电源频率实现精准施肥的控制策略,具有控制算法简单、流量调节精准、投资成本低等优势,适合于水肥一体化精准施肥.
2022 Vol. 40 (1): 22-29 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 3758KB] ( 433 )
1 赵文斌,李伟*,王行元,马凌凌,季磊磊
混流泵启动过程瞬态特性的数值计算
为研究混流泵启动过程的瞬态特性,以试验测试转速与流量作为求解边界条件,建立了混流泵瞬态流动求解模型与方法.通过准稳态、瞬态数值方法求解的计算扬程与试验扬程的对比,验证了数值方法的可靠性,进而分析了混流泵启动过程中瞬态流场的演化以及启动加速度对内部流场的影响规律.研究结果表明:所采用的数值计算方法可较准确地反映启动过程的瞬态特性,瞬态扬程呈现明显瞬态效应;准稳态方法存在较大误差,基于相似定律的准稳态方法在瞬态性能研究中并不适用;受角加速度效应与流体惯性的影响,加速过程中叶片工作面的进口压力梯度比较明显,轮缘间隙处和叶片出口边尾缘处产生明显旋涡,并由此带来不同于准稳态工况的瞬态外特性;启动加速度对冲击扬程的影响较大,加速度大小决定着冲击扬程的峰值,流量滞后性也呈现明显区别.
2022 Vol. 40 (1): 1-7 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 188 )
水利水电工程
30 乔立冬,姚占全,何梁,王宗熙,张紫键
煤矸石对混凝土宏微观性能的灰熵分析
为解决固体废弃物煤矸石的大量堆积对环境带来了巨大挑战,将煤矸石作为粗骨料替代普通碎石,基于此研究了煤矸石掺量(0,10%,20%,30%)对混凝土抗压强度的影响,通过核磁共振技术测试不同掺量煤矸石混凝土各龄期微观孔隙发育规律,同时结合灰熵法探究不同掺量煤矸石孔隙结构参数与抗压强度的关系,并结合灰色系统理论建立GM(1,4)灰色预测模型.结果表明:煤矸石的掺入会降低混凝土抗压强度,T2图谱面积随煤矸石掺量增加而增加,小、微小孔隙占比较普通混凝土有所增加; 根据灰熵关联度研究,煤矸石混凝土强度与孔隙结构中束缚流体饱和度、孔隙率和孔径0.1~1.0 μm孔隙占比关联程度最高,分别为0.999 16,0.989 44,0.995 93,所建立的灰色关联模型GM(1,4)试验值与预测值相对误差均值为1.97%,具有良好的预测精度.研究可为煤矸石作为粗骨料应用于实际工程提供参考依据.
2022 Vol. 40 (1): 30-34 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 1686KB] ( 352 )
35 王新,王超*,马芳平,孙嘉辉,苑瑞芳,雷晓辉,王浩
RiverWare软件在水库兴利调度研究中的应用
针对水库预报调度中因预报径流不确定性导致的发电风险问题,提出了一种考虑来水预报信息的调度规则.以三峡水库为研究对象,运用RiverWare软件构建了基于该调度规则的RiverWare模型,为验证所提规则的有效性,将实际(完美预报)来水作为输入,对比规则调度结果与优化调度结果;进一步,为探究预报不确定性所带来的发电效益风险,基于预报偏差系数及蒙特·卡罗方法,拟定多组预报偏差系数开展规则调度,并和完美预报下规则调度结果对比分析.结论表明:与优化相比,规则调度的发电量损失较小且可以有效地满足水库平稳下泄的要求;丰、平、枯3种典型来水情景下预报偏差系数分别在0.05,0.20,0.05内时,与完美预报下发电量基本一致,相对偏差均可控制在0.2%.文中提出的调度规则可在一定程度上减小因预报径流不确定性导致的发电差异,研究成果可为水库实际生产运行中的预报调度提供参考.
2022 Vol. 40 (1): 35-42 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 3291KB] ( 451 )
43 熊涛,杨雄,刘泽,张玉全*,郑源,胥千鑫,彭绪意
抽水蓄能机组不锈钢过流表面无氟疏水改性及其阻垢性能
针对抽水蓄能机组在运行过程中,过流金属表面往往存在结垢、腐蚀等难题,以无氟硅烷偶联剂为疏水改性剂,以环境友好的乙醇为溶剂,采用化学接枝法在304不锈钢基底上构筑疏水表面.重点考察预处理对304不锈钢基底微观形貌、粗糙度、水滴接触角等表面性质的影响,并进一步分析了304不锈钢基底粗糙度对疏水改性后水滴接触角的影响.304不锈钢基底经过“酸洗—打磨—改性”后,其表面接触角由初始的81°显著增大至约136°,表面自由能由初始的35.8 mN/m显著降低至11.8 mN/m.在连续40 h的模拟结垢试验中,疏水改性后的304不锈钢片平均增重速率仅为0.21 g/(m2·h),与改性前0.68 g/(m2·h)相比减缓了约69%.结果表明,采用无氟改性剂通过化学接枝法可以在304不锈钢基底上有效构筑疏水表面,并可以显著提升其抗垢性能.
2022 Vol. 40 (1): 43-48 [摘要] ( 63 ) [HTML 1KB] [PDF 4178KB] ( 368 )
流体工程
49 白玲,韩晨,徐云峰,周岭*,张铃杰,施卫东
基于不同曳力模型的鼓泡流化床CFD-DEM数值模拟与试验研究
为了准确选择稠密气固两相流中的曳力模型以提高数值模拟结果的准确性.基于CFD-DEM双向耦合方法,采用现阶段气固流化床数值模拟中常用的Ergun,Wen & Yu,Syamal- O′Brien,Gidaspow,Di Felice以及Huilin & Gidaspow共6种曳力模型开展数值模拟,将其与高速摄影试验测得的床层高度、空泡形态、直径以及压力波动等运动特征进行对比.对于中等表观气速v=350 L/min的气固两相流动系统中,这6种曳力模型在描述空泡形态与床层高度的变化方面差异较大;Di Felice模型没能够预测出鼓泡破碎后出现的二级小气泡,而Ergun模型则较高估计了床层高度的变化,综合对比发现:Gidaspow模型虽然略微低估了二级小空泡直径的变化,但是在空泡形态和压力波动与试验吻合较好.在基于DEM的流化床数值模拟中,Gidaspow模型能够对稠密气固两相流动进行较为准确的预测.
2022 Vol. 40 (1): 49-54 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 2829KB] ( 583 )
55 刘月伟,潘中永*
船用喷水推进器内部流动特性分析
为了解航速对船用喷水推进器内部流动特性的影响,以轴流式喷水推进器为研究对象,基于ANSYS-CFX软件,采用N-S基本方程和标准k-ε湍流模型,对以额定转速5 500 r/min以及不同航速条件下的喷水推进器进行全流域定常数值模拟,得到了不同航速下喷水推进器叶轮叶片在不同切面上的压力载荷情况,各个过流部件上的湍动能变化规律以及内部不同截面上速度流线分布特征.计算结果表明:0.1span,0.5span和0.9span这3个不同切面上的压力载荷随航速变化规律基本一致,在叶片进口边压力达到峰值,在叶片出口边压力均略有下降.湍动能随着航速增加,总体呈增长趋势.各航速下的湍动能最大值主要分布在轮缘处.进水流道内部流动受驱动轴旋转和弯管曲率变化影响,出现带有旋涡的不均匀流动,旋涡受航速影响,低航速时旋涡集中于进水流道下壁面,高航速时旋涡集中于进水流道上壁面,在高航速时,旋涡会发生融合现象.
2022 Vol. 40 (1): 55-61 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 4616KB] ( 390 )
62 诸永定,肖千豪,吴灵辉,王军*
基于回归Kriging代理模型的吸油烟机用多翼离心风机优化
为提高风机系统的最大风量来达到吸油烟机性能改善的目的,采用一种代理模型方法对多翼离心风机的叶轮进行优化设计.确定多翼离心风机的关键参数:叶片出口角β2、叶片最大弯曲度f和叶片出口位置Δφ及其参数变化范围,利用最优拉丁超立方试验设计方法生成44组样本.结合高可信度的计算流体力学(CFD)构建能准确反映3个设计变量与最大风量之间关系的回归Kriging模型,利用遗传算法对其进行寻优,并采用最小化代理模型预测(MSP)的加点准则达到优化收敛条件.研究结果表明:构建的回归Kriging模型能准确反映设计参数与最大风量的映射关系.对最优的叶轮设计参数进行模型试验,显示优化后的叶轮使得油烟机最大风量提高了4.4%,并且在多个工况下风量和效率均有一定程度提高.
2022 Vol. 40 (1): 62-67 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 3085KB] ( 392 )
68 陈侃*,郭逸,刘伟,张君凯,任何冰
基于相态图像在线检测的RCP轴封内流场试验研究
为了研究反应堆冷却剂主泵动压轴封异常工作状态、验证第三级副密封所处工况条件,开展了轴系温度分布仿真分析.采用微型内窥装置在线获取三级低压泄漏流相态图像,对所得图像进行数值化处理;采用Sobel边沿检测算法求取图像边沿化后的均方差,实现了基于内窥图像的主泵轴封低压泄漏流相态的在线监测.通过提高密封第三级泄漏背压,改善浮动密封的润滑状态,并开展了多水平背压试验.以流场图像Sobel边沿检测算法特征值δs1s2评价轴封泄漏流场的流态变化.结果表明,当背部压力等效水柱高度H为0.77,1.30,1.55,1.80 m时,δs1s2分别为0.005 549,0.015 100,0.020 690,0.198 400.基于以上结论,设计了一个具有最优高度的U形管,可提高密封低压泄漏背压、改善三级密封O形圈的润滑.
2022 Vol. 40 (1): 68-73 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 4833KB] ( 333 )
农业水土工程
74 许正典,李红,向清江*,王金辉,蒋跃,刘俊
20PY2摇臂喷头掺气情况下的低压喷灌效果
20PY2掺气喷头是以20PY2摇臂喷头结构为基础,引入气液两相流理论得到的一种喷头.以20PY2掺气喷头为研究对象,研究其低压下的喷灌效果,并对比摇臂喷头的喷灌效果.试验评价指标:平均喷灌强度、蒸发漂移量、喷灌均匀系数及分布均匀系数;变量:工作压力和组合间距.试验结果表明:与摇臂喷头相比,掺气喷头的射程变化不大,但掺气喷头的平均喷灌强度随工作压力递增,随着组合间距递减;低压下,掺气喷头在风速为1 m/s时的蒸发漂移量约为5%,其组合喷灌的最佳工作压力和组合间距分别为300 kPa和1.1R.掺气喷头喷灌强度峰值与谷值的阶梯性较好,同等数量测点的喷灌强度峰值区间和谷值区间平均值趋向于平均喷灌强度,峰值区间和谷值区间喷灌强度在灌溉总强度中的占比分别低于和高于摇臂喷头.因此,喷灌效果优于摇臂喷头.
2022 Vol. 40 (1): 74-79 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 2154KB] ( 394 )
80 王辉*,罗丽澎,刘常,谭帅,胡传旺
再生水水质和灌溉模式对红壤阳离子交换性能的影响
选取再生水原液及其稀释2,4,6倍作为灌溉水源,设置再生水单一灌溉(4种处理RW,RW-2,RW-4,RW-6)、再生水-蒸馏水交替灌溉(4种处理ARW,ARW-2,ARW-4,ARW-6)2种灌溉模式,以蒸馏水灌溉(CK)为对照,对红壤阳离子交换性能的影响进行研究.结果表明:与CK处理比较,单一灌溉模式下各处理交换性K+,Na+,Mg2+的累积含量分别平均提高了121.08%,520.65%和16.22%,且随着再生水稀释倍数增大呈减小趋势,这种趋势以交换性K+表现最显著;再生水-蒸馏水交替灌溉模式下各处理交换性Na+,Mg2+的累积含量分别平均提高了997.45%和18.89%,而交换性K+没有累积现象.两种灌溉模式下各处理的土壤阳离子交换量(CEC)均未显著高于CK(p>0.05).除了处理RW-4,RW-6的碱化度(ESP)差异不具有统计学意义外,其余处理显著高于CK(p<0.05),且同一灌溉模式下ESP随稀释倍数增大而减小,同种水质交替灌溉下ESP均高于单一灌溉,表现出弱碱性或非碱性(ESP<10%).南方红壤地区采用再生水-蒸馏水交替灌溉将提高土壤次生盐碱化的潜在风险,而再生水单一灌溉可适度降低风险.
2022 Vol. 40 (1): 80-86 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 1582KB] ( 302 )
排灌装备制造技术
87 刘俊萍,朱兴业,袁寿其*,李红,汤跃
中国农业节水喷微灌装备研究进展及发展趋势
喷灌装备还存在大型喷灌机单井水量不足、中小型喷灌机智能化程度不高、整机效率低、工况适应性较差、系列化程度不足等方面的问题,微灌灌水器不同水质下的抗堵性能还需进一步加强,微灌水肥一体化系统智能决策的精准算法、实用性和可靠性有待提高.对“十三五”以来在中国喷微灌装备研发方面取得的新进展进行综述,重点阐述了中小型喷灌装备、滴灌设备、水肥一体化设备等新技术及新产品的研究进展.针对中国灌溉装备节能节水化、智能化、区域模式化及标准化的发展趋势,提出了灌溉装备的优先发展方向主要有:灌溉装备节能降耗关键技术研究、丘陵山区农业灌溉装备与技术模式、盐碱地灌排控盐技术与装备、水肥药一体化及绿色防控技术与装备、智能化精确灌溉装备、绿色多源互补模式和非常规水资源节水灌溉装备.
2022 Vol. 40 (1): 87-96 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 1882KB] ( 471 )
97 牛建新,戴峰泽*,裴智鹏,郑越洋,高惠明
激光冲击强化316不锈钢的滚动接触疲劳性能
对316不锈钢进行激光冲击处理,研究LSP后试样表面的力学性能,包括显微硬度、表面粗糙度和残余应力,同时进行滚动接触疲劳试验,比较了LSP前后试样接触疲劳的S-N曲线.结果表明:LSP能显著提高表面显微硬度,当激光单脉冲能量为6 J时,显微硬度增大20%;激光冲击影响层深度随着激光能量的增大而增大,激光能量为6 J时影响层深度约为0.9 mm;随着激光能量的增大,表面粗糙度呈上升趋势,从0.41 μm增大到1.91 μm;LSP在316不锈钢表面产生高达280 MPa的残余压应力幅值.滚动接触疲劳试验表明:LSP能有效改善316不锈钢的接触疲劳性能,未冲击的试样在接触应力为848 MPa和708 MPa时,疲劳寿命约为4.72×104次和1.08×105次,激光冲击后,在相同应力条件下试样的疲劳寿命分别提高了2.1%和15.0%.
2022 Vol. 40 (1): 97-101 [摘要] ( 61 ) [HTML 1KB] [PDF 1641KB] ( 481 )
102 张晴,刘俊萍*,袁寿其,李扬帆,李红
水药一体化喷头结构设计与水力性能试验
将水药一体化技术应用于喷灌系统中,设计了一种新型水药一体化喷头.对喷头结构及工作原理进行分析,采用五因素四水平正交试验,研究在低压150 kPa和中压350 kPa下,喷头内流道结构对喷头流量、射程、喷洒净高度、喷洒均匀性系数等水力性能的影响规律,进而得到水药一体化喷头的最佳结构组合.研究结果表明:在同等条件下,增大喷头出口直径可有效提高喷头流量和喷洒均匀性系数;在相同喷头出口直径下,喷头喷洒净高度随流量的增大而增大,喷头导流孔和导流斜槽结构能有效影响喷头水力性能;影响喷头水力性能的结构因素依次为喷头出口直径、导流孔直径、导流斜槽数量、导流斜槽宽度、导流孔数量;喷头最优结构参数为喷头出口直径3.0 mm,导流孔3个,导流孔直径2.0 mm,导流斜槽3个,导流斜槽宽度0.8 mm.该结果可为水药一体化喷头的设计研制以及工程应用推广提供一定的理论数据.
2022 Vol. 40 (1): 102-108 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 2374KB] ( 332 )
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主管单位
 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
 袁寿其
编辑出版
 《排灌机械工程学报》编辑部
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谈国鹏  朱漪云 盛    杰
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