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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 5期
刊出日期：2022-05-25
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
2022 Vol. 40 (5): 1- [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 9745KB] ( 295 )
2
目录
2022 Vol. 40 (5): 2- [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 12010KB] ( 243 )
433 董亮*,张立新,刘厚林,朱建成
车用凸轮式氢气循环泵内非定常流动特性
为了研究高转速工况下车用凸轮式氢气循环泵内部流场分布规律和压力脉动特性,以某一种车用凸轮式氢气循环泵为研究对象,建立三维瞬态计算流体力学模型,基于ANSYS Fluent软件的动网格技术,采用Realizable k-ε湍流模型和PISO压力-速度耦合算法,对氢气循环泵全流道进行非定常可压缩数值模拟.通过在氢气循环泵旋转流道周向设置压力脉动监测点,应用快速傅里叶变换(FFT)技术获得各监测点的压力脉动频域图,得到流道内压力脉动频率分布规律.将数值模拟结果和理论分析结果进行对比,验证了基于动网格技术的数值模拟方法能较准确地预测车用凸轮式氢气循环泵内流脉动特性.研究结果表明:数值模拟得到的排气流量平均值和理论分析结果误差为4.7%,可以较准确地反映泵内部气体流量脉动规律;通过分析排气流道内涡量场分布,发现排气流道内出口回流和负的z向涡量正相关,随着出流气体占据排气流道,负的z向涡量消失;氢气循环泵旋转流道周向压力脉动主频为267 Hz,与转子旋转基频一致.研究结果为进一步分析凸轮式氢气循环泵内流脉动特性提供了一定依据.
2022 Vol. 40 (5): 433-439 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 4085KB] ( 408 )
440 王欣宇,翟林鹏,汤方平*,石丽建,孙壮壮,张文鹏,刘海宇
不同导叶参数对箱涵式轴流泵装置水力性能的影响
为了研究不同导叶参数对箱涵式轴流泵装置水力性能的影响,采用正交设计的方法,选取导叶叶片数、相对位置及扫掠角作为设计因素,每个因素选取3个水平进行组合,应用数值模拟方法研究3个因素对泵装置效率、出水流道轴向均匀度、导叶体水力损失及出口处平均涡角的影响规律,最终综合确定最优的设计方案.研究结果表明:如果只改变导叶的参数,导叶叶片数对导叶出口处的平均涡角和出水流道轴向均匀度影响较大;导叶相对位置在对泵装置的效率和导叶体水力损失影响中占主导地位;随着导叶扫掠角增大,泵装置效率、出水流道轴向均匀度、导叶体水力损失先增大后减小,平均涡角影响较小;对比数值计算和模型试验的结果,在设计工况附近效率基本吻合,扬程在误差允许范围内.研究结果可为箱涵式轴流泵装置优化设计提供一定的理论依据.
2022 Vol. 40 (5): 440-446 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 2128KB] ( 359 )
447 赵建涛,袁建平 *,裴吉,王文杰,张本营
Ω涡识别方法在双进口两级中开泵中的应用
为了研究双进口两级中开泵内部流动的涡旋特性,基于SST k-ω湍流模型,采用非定常数值计算方法,通过外特性试验和GCI准则验证了数值计算方法的合理性,并引入新一代涡识别方法Omega(Ω)法,对其内流场中的涡旋结构进行分析.研究结果表明:传统的涡识别方法不能有效剔除壁面剪切层的影响,而Ω方法能将流体的剪切和纯旋转运动进行区分,获得较为清晰的泵内涡旋结构,特别是在两级叶轮中,能准确捕捉到尾迹涡的形态和分布情况;在不同工况下,将三维的Ω涡识别方法简化到二维平面后,其在反流道中的适应性更好,规避了之前许多没有形成涡旋结构而流线呈现出强扭曲的区域,同时证明了轴向涡旋在反流道中占主导地位.另外,研究过程证明了Ω方法在双进口两级中开泵这种复杂流体机械内部涡旋结构的识别中具有较大的优势,可以为该型泵进一步的设计优化提供相关理论依据.
2022 Vol. 40 (5): 447-453 [摘要] ( 567 ) [HTML 1KB] [PDF 6902KB] ( 486 )
454 王楚晨,黄峰*
基于正弦转速调制的离心旋转血泵温度场分析
为研究转速调制引起的血泵内部流场温度变化是否会导致血液损伤,应用计算流体动力学方法对旋转血泵运行时的全流道流动过程进行数值模拟.计算中采用动态压力拟合公式作为进出口边界条件,选择在换热领域精确度更高的SST湍流模型.计算叶轮分别在匀转速状态和正弦调制转速状态下不同时刻的温度分布、温度升高到39~43 ℃时的潜在高温风险区域以及大于43 ℃时的极端高温风险区域在血泵中的位置分布和各区域的体积大小,同时结合血泵结构对比分析了其内部的动态温升变化情况.研究结果表明:血泵流场在正弦调制转速时的温升高于匀转速状态下的流场,并产生高温风险区域;温升与血泵的叶轮结构密切相关,高温集中在靠近下泵壳的叶轮前缘和内侧;2种转速工况对血泵进出口处的血液温度影响均在2 ℃的安全浮动范围内,不会对血泵外部的血液造成损伤.
2022 Vol. 40 (5): 454-460 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 4218KB] ( 341 )
水利水电工程
461 胡腾飞*,施勇,毛劲乔,栾震宇,陈炼钢,陈黎明,金秋,徐祎凡,戴会超
基于结构-参数同步优化的河湖水位模型及应用
为解决河湖水位支持向量回归(SVR)模型输入变量选择问题,提出了基于进化算法的模型结构-参数同步优化方法.该方法可应对复杂河湖交汇水系输入变量搜索空间的高维特性,减小源自模型结构及参数不确定性的模型误差.将提出方法应用于洞庭湖城陵矶站和荆江陈二口站水位建模,结果显示:提出方法可准确反映不同影响因素对水位预测的作用大小,城陵矶水位预测最主要的外部变量为长江来水和湘江来水,陈二口水位预测则为枝城站和马家店水位;该方法可充分发掘SVR潜力,2个站点的水位模型均取得了理想精度(R2 > 0.998);提出方法采用的n折交叉验证方式可有效避免模型过拟合问题.综上,提出的SVR模型结构-参数同步优化方法适用于河流湖泊,特别是复杂河湖交汇水系的水位建模.
2022 Vol. 40 (5): 461-466 [摘要] ( 47 ) [HTML 1KB] [PDF 1982KB] ( 382 )
467 云振军,姚占全*,何梁,维利思,李越
纳米SiO2粉煤灰混凝土抗压强度影响及灰熵分析
为探究纳米SiO2粉煤灰混凝土孔隙结构对抗压强度的影响,取纳米SiO2掺量分别为1%,3%,5%和7%,粉煤灰掺量分别为10%,20%和30%,水胶比为0.35,将两者复掺进行试验.测定混凝土3 d,7 d和28 d立方体抗压强度.利用核磁共振技术、场发射扫描电镜和差热-热重技术,综合分析研究孔隙结构及微观形貌特征,通过灰关联熵分析法找出影响混凝土抗压强度的主、次因素,并建立GM(1,4)灰色预测模型.结果表明:两者复掺在混凝土发育阶段起到正耦合作用,宏微观关联分析可知,粉煤灰掺量20%、纳米SiO2掺量3%为最优;建立了混凝土抗压强度与(0,0.01］ μm孔径占比、(0.01,0.10］ μm孔径占比和束缚流体饱和度的灰色预测模型.GM(1,4)模型3,7和28 d的预测值与试验值的平均相对误差分别为3.28%,4.00%和2.64%,利用孔隙结构预测混凝土抗压强度有较好的精度.该研究可为纳米SiO2和粉煤灰在混凝土工程中的应用提供一定参考.
2022 Vol. 40 (5): 467-474 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 3425KB] ( 305 )
流体工程
475 汪家琼*,姜国涛,王凯,钱文飞
基于磁-流热固多场耦合的磁力联轴器应力形变分析
为探究不同转速下磁力联轴器部件的温升和应力形变情况,基于ANSYS Workbench耦合平台,首先对其进行单向的热磁耦合,并进行温度分布分析,再对磁场与流场共同作用下的磁力联轴器结构场进行热固单向耦合分析.结果表明:隔离套的高温区域在轴向上主要对应于磁钢所在位置,并且温度向套筒两端明显递减.隔离套的较大形变区域与高温区域一致,周向上呈向外膨胀状态,轴向上呈两端递减.对于内磁转子体,应力主要集中在薄金属包封套表面且向转子内部递减.对于外磁转子体,应力主要集中在磁钢周围与转子内表面,并由内向外呈现递减趋势.此外内外磁转子体的形变量并不大,但转速对联轴器部件的温升和应力形变影响较大.随转速增大,隔离套的温升、形变与应力值最大增长约7倍,内外磁转子体的应力峰值从6.35 MPa增大到37.30 MPa.
2022 Vol. 40 (5): 475-481 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 5125KB] ( 364 )
482 鲍子云,王洁*,李王成,杨郁挺,王永平
明渠非满管电磁流量测箱测试评价
为明确非满管电磁流量测箱在明渠正常输水及不同干扰物存在条件下测流结果的精确度及稳定性,将不同流量测箱与标准流量计在不同工况条件下的测量结果进行对比分析,结果表明:超声、压力液位流量测箱在不同工况下与标准流量计测得流量数据符合测流精度要求;从测流数据的稳定性角度考虑,超声、压力液位流量测箱测量数据的标准差等参数较压力A型流量计低,压力液位流量测箱的误差分布在0.047 28~0.091 34,超声液位流量测箱的误差分布在0.047 50~0.092 50,压力液位A型流量计误差分布在0.044 90~0.092 30;从宁夏灌区实际情况考虑,超声、压力液位流量测箱能在不同工况下工作且精度较高,可以适当推广应用.
2022 Vol. 40 (5): 482-487 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 2181KB] ( 307 )
农业水土工程
488 何振嘉,刘全祖*
覆盖对贺兰山东麓滴灌酿酒葡萄产量和品质的影响
为探究不同覆盖措施对滴灌条件下酿酒葡萄产量和品质的影响,以7 a生酿酒葡萄“赤霞珠”为供试材料,在宁夏红寺堡区开展田间试验.试验设置3个覆盖措施:秸秆覆盖、地膜覆盖和不覆盖(CK),研究不同覆盖措施对葡萄园区土壤含水率、酿酒葡萄生长发育、产量和品质的影响.结果表明,秸秆覆盖处理表现出最佳的保水效果,其土壤含水率较CK提高12.96%(P<0.05).秸秆覆盖处理株高和新梢生长最高,分别达到175.45 cm和89.64 cm,显著高于地膜覆盖和CK(P<0.05),秸秆覆盖处理较地膜覆盖和CK分别提高6.09%(P<0.05)和14.47%(P<0.01).秸秆覆盖处理单粒质量和产量均为最高,分别达到5.59 g和5.32 t/hm2,分别较地膜覆盖和CK增加7.29%(P<0.05)和12.70%(P<0.05),5.35%(P<0.05)和26.07%(P<0.05).秸秆覆盖处理可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖含量,以及花色苷、总酚和VC质量比分别较CK提高20.06%,5.79%,16.39%,6.98%,6.35%和14.98%(均为P<0.05).秸秆覆盖处理对土壤保水效果最佳,单粒质量和产量均达到最高,且能显著提高葡萄果实品质.
2022 Vol. 40 (5): 488-495 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1792KB] ( 350 )
496 JIANG Ruirui，FEI Liangjun，KANG Shouxuan
Water and nitrogen transport characte-ristics of single-line interference infiltra-tion under film hole irrigation with muddy water and fertilizer
Based on the experimental data, this study investigated the effect of sand content of muddy water on water and nitrogen transport characteristics of the single-line interference infiltration under film hole irrigation with muddy water and fertilizer. The relationship between the single-line interference infiltration parameters and the sand content, and the wetting front movement distances, and the sand content are all established. The model of the cumulative infiltration volume of per unit film pore area, the vertical and horizontal wetting front movement distance of the free surface, and the wetting front movement distance of the interference center with sand content and infiltration time are proposed. Reveal the law of the change of soil water content and the distribution of NO-3-N content based on diffe-rent muddy water sand content. The results indicate that at the same infiltration time, as the muddy water sand content increases, the cumulative infiltration volume per unit pore area decreases. The infiltration index of the free infiltration and the single-line interference vary little when the sand content increase, mainly are around 0.64 and 0.58. The relationship between infiltration parameters a, b and the sand content is linear function. At the same location, the more the sand content, the smaller the wetting front movement distance in free surface and the single-line interference surface, the less the NO-3-N content.
2022 Vol. 40 (5): 496-503 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 1815KB] ( 1238 )
504 唐志瀚,王猛猛,张鹏,曾健,邓云鹏,张倩*
温室番茄循环曝气地下滴灌土壤水分动态及耗水特性
为探求循环曝气地下滴灌对温室番茄土壤水分及耗水特性的影响规律,采用正交试验,研究了不同滴灌带埋深、曝气水平及灌水量对温室番茄土壤含水率、耗水量、产量及水分利用效率的影响.整个生育期内番茄耗水量呈先增大后减小的趋势,曝气处理番茄耗水量显著高于不曝气处理.相比于不曝气处理,曝气滴灌处理番茄产量提高10%,水分利用效率提升0.4%.15 cm滴灌带埋深、溶氧值30 mg/L以及75%ET0灌水量处理的番茄产量和水分利用效率达到最大值,分别为64 951.3 kg/hm2和23.26 kg/(hm2·mm).结果表明,曝气处理对番茄产量、水分利用效率的影响具有统计学意义(P<0.05).曝气对于土壤含水率有一定影响,且曝气处理有助于番茄对水分的吸收.滴灌带埋深和灌水量交互作用对番茄产量的影响具有统计学意义(P<0.05),滴灌带埋深和曝气量交互作用对番茄产量的影响具有统计学意义(P<0.01),灌水量与滴灌带埋深、灌水量与曝气水平交互作用分别对番茄水分利用效率的影响具有统计学意义(P<0.01).
2022 Vol. 40 (5): 504-510 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 2167KB] ( 310 )
511 朱和,田军仓*,杨凡,马波,闫新房,郝向峰
水肥气热耦合对枸杞光合作用和产量的影响
为了探讨水肥气热耦合对枸杞光合指标和产量的影响规律,采用四因素三水平正交设计方法,运用极差分析和方差分析展开了研究.土壤水肥气热耦合对枸杞产量、水分利用效率和光合作用均有一定程度的影响.土壤水肥气热综合调节措施对枸杞产量和光合作用具有正效应.在枸杞生育期降雨量为135.1 mm、土壤为沙壤土和实施滴灌条件下,确定的适合当地枸杞的土壤水肥气热最优组合为A1B1C1D1,即土壤深耕调节通气量,灌溉定额为4 815 m3/hm2,追肥量为高肥(纯氮量1 395 kg/hm2,纯磷量3 60 kg/hm2,纯钾量270 kg/hm2),覆PP无纺布增温抑草.该最优组合下,产量可以达到9 281.55 kg/hm2,比对照增产25.37%,同时,枸杞植株光合作用较强,果实品质较好.该结论为枸杞土壤水肥气热高效利用和提质增效提供了理论依据.
2022 Vol. 40 (5): 511-518 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 2138KB] ( 404 )
519 SHEN Fangyuan，TUO Yunfei，WANG Qian，WANG Fei，ZHENG Yang，DU Wenjuan，XIANG Ping
Characteristics of soil organic carbon andtotal nitrogen storages for differentland-use types in Central Yunnan Plateau
Two-factor analysis of variance and redundancy analysis were used to analyze the characte-ristics of soil organic carbon and total nitrogen storage in garden land, forestland, grassland, farmland, and bare land in the Dachunhe watershed of Jinning District, Kunming City, Yunnan Province, China. The effects of the soil organic carbon and total nitrogen stratification ratio and soil physical and chemical factors on the storage characteristics of organic carbon and total nitrogen of different land-use types were analyzed. The results showed that the rates of carbon and nitrogen stratification in soil from 0-20 cm and 40-60 cm of the same land-use types differed were statistically significant(P& lt; 0.05). The organic carbon and total nitrogen stratification ratio SR1 of garden land soil was 38.5% and 25.3%, respectively, higher than SR2. The soil organic carbon and total nitrogen stratification ratio SR2 of diffe-rent land-use types are greater than SR1. There were statistically significant differences in the SR2 soil organic carbon and total nitrogen stratification ratios(P& lt; 0.05). Soil organic carbon and total nitrogen storage of different land-use types gradually decreases with increasing soil depth, with the maximum soil organic carbon and total nitrogen storage in the 0-20 cm soil layer. Soil organic carbon and total nitrogen storage at the same soil depth were significantly different(P& lt; 0.05). Soil organic carbon and total nitrogen storage in the garden land were greater than those in the other land-use types. Soil orga-nic carbon and total nitrogen storage in 0-20 cm garden land were 4.96 and 3.19 times those in bare land, respectively; soil organic carbon and total nitrogen storage were explained by 93.66% and 1.53% in redundancy analysis RDA1 and RDA2, respectively. All physicochemical factors except Available Phosphorus and pH were statistically significance with carbon and nitrogen storage(P& lt; 0.05). Soil ca-tionic exchange capacity, Available Phosphorus, C/N ratio, and Moisture Content were positively correlated with organic carbon and total nitrogen storage. In contrast, soil Bulk Density was negatively correlated with organic carbon storage and total nitrogen; soil cation exchange capacity. Available Phosphorus, C/N ratio, and Moisture Content were the main factors promoting soil organic carbon and total nitrogen accumulation.
2022 Vol. 40 (5): 519-528 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 1815KB] ( 287 )
排灌装备制造技术
529 刘厚林*,张照亮,王勇,
清洁用自吸气脉冲喷头结构参数的正交试验
为研究吸气对脉冲喷头运行特性的影响,设计了一种用于智能马桶清洁的自吸气脉冲喷头,并搭建了喷头整体性能测试实验台.以提高脉冲喷头射流性能为优化目标,选取进气孔直径、进气孔位置和喷头腔体底面倾角为优化变量,采用正交试验设计优化方案对不同结构参数下的喷头进行测量.试验结果表明:自吸气脉冲喷头结构参数之间存在的交互作用不多,仅进气孔位置和喷头腔体下壁面倾角存在一定相互作用;对喷头射流击打力和射流脉冲主频率影响最大的单因素为进气孔直径;与优化前的不吸气脉冲喷头相比,优化后的自吸气脉冲喷头射流是速度提高150%,且流速衰减更慢,射流范围更大;击打力提高44.4%,射流脉冲主频率提高33.3%;击打力幅值和清洁率相较于优化前更高,分别达80.0%和98.3%.
2022 Vol. 40 (5): 529-534 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 2201KB] ( 302 )
535 王晓文,袁寿其*,贾卫东
丘陵山区农业机械化现状与发展
农业机械化发展对推进农业现代化建设至关重要,尽管中国农业机械化得到了全程、全面发展,但不同地区之间仍存在较大差异.丘陵山区特殊的地理环境,导致其农业机械化基础薄弱、发展缓慢,极大地限制了中国农业机械化整体水平的提高.系统总结了丘陵山区农业机械化转型升级过程中存在的突出问题,在此基础上建议优先进行农机、农艺高度融合的农田宜机化改造,重点研发特色经济作物生产全程机械化装备,探索集成作物生产智慧管控系统,强化主体培育和政策支持.这不仅有助于解决丘陵山区农业机械化发展难题,补齐丘陵山区农业机械化短板,提高丘陵山区农业生产力水平,还可以充分发挥农业机械化在实现共同富裕中的积极作用,推动乡村振兴战略全面实施,促进中国农业可持续和现代化发展.
2022 Vol. 40 (5): 535-540 [摘要] ( 47 ) [HTML 1KB] [PDF 1348KB] ( 423 )
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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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