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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 8期
刊出日期：2022-08-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
水力机械多相流理论与技术
   
泵理论与技术
1
封面
2022 Vol. 40 (8): 1- [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 31547KB] ( 274 )
2
目录
2022 Vol. 40 (8): 2- [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1318KB] ( 218 )
757 李伟,杨震宇*,施卫东,李恩达,季磊磊
喷水推进泵非均匀进流研究进展
针对喷水推进泵运行过程中存在的非均匀进流,从驱动轴扰动、船舶边界层厚度以及进水流道结构等方面分析了非均匀进流的成因,探讨了进口速度比IVR和舶航行速度对不均匀度产生的影响,总结了非均匀进流的不良效应.当进口速度比IVR以及船速增加时,进流面不均匀度也随之增加,进流品质逐渐恶化.非均匀进流下,泵进流面存在径向速度与压力梯度,导致喷水推进泵在工作过程中会出现回流、二次流、流动分离等失稳现象,内部涡旋扰动代替系统扰动催生失速,导致能量耗散.同时,叶片载荷、空泡体积分布以及压力脉动也呈现出高度不均匀性.基于近年来国内外对非均匀进流的研究现状,提出了喷水推进器非均匀进流需要进一步深入研究的内容和方向.
2022 Vol. 40 (8): 757-765 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 2774KB] ( 321 )
766 高波*,周志威,倪丹,张宁,顾嘉嵘
偏置小翼对离心泵压力脉动及尾迹结构的影响
为研究离心泵叶轮叶片尾迹对压力脉动的影响,以一台低比转数离心泵为研究对象,运用DDES(delayed detached eddy simulation)方法,开展了泵内精细非定常数值计算,对比了普通叶轮、翼型叶片叶轮和偏置小翼叶轮这3种方案下的泵压力脉动频谱特性及尾迹涡结构.结果表明:偏置小翼叶轮可明显提升泵的扬程,设计工况附近效率高于其他2种方案,且高效区变宽;与普通叶轮相比,偏置小翼方案叶频处压力脉动幅值大幅降低,特别在隔舌附近叶频幅值下降43%,且低频范围内脉动能量亦得到抑制;受到偏置小翼尾迹干涉的影响,叶轮叶片尾迹高涡量区域明显减小,涡量平均强度减弱,这是压力脉动幅值降低的主因.因此,偏置小翼可有效抑制叶轮叶片尾迹涡从而降低泵压力脉动能量.
2022 Vol. 40 (8): 766-770 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 2881KB] ( 319 )
771 王桃,向茹*,严敬,周敏,
圆盘通孔叶轮的能量转换特性
为研究圆盘通孔叶轮的流动及能量转换特性,以能量转换及定量的数学分析为依据,通过对圆盘通孔叶轮内介质的运动规律及受力分析,证明了此类叶轮对水流做功不同于叶片泵的做功机理,即叶轮以产生哥氏加速度的作用力对水做功,且叶轮做功量与水流机械能增量存在等值关系.同时,以理论方式揭示了该类泵的一些不同于离心泵的外特性:叶轮产生的理论扬程不随流量变化而变化;在相同的转速与叶轮直径条件下,圆盘通孔泵将产生更高的扬程.有关圆盘通孔泵的理论结果有助于深化叶轮流动的研究方法,为分析圆盘通孔叶轮内的流动及叶轮做功特性提供一定的理论依据.
2022 Vol. 40 (8): 771-776 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 1405KB] ( 310 )
777 曾鸿基,李正贵*,李德友,李琪飞
水泵水轮机流场脉动与熵产率的关系
为了研究水泵水轮机不同工况下的运行稳定性,采用FLUENT软件对模型水泵水轮机转轮和无叶区的流态、熵产率分布、压力脉动进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比.结果表明:数值计算的压力脉动数据与试验值吻合较好,旋涡引起的速度梯度和压力梯度剧烈变化是水泵水轮机内部高能量损失的根本原因.相较于设计工况,小流量工况时转轮叶片吸力面水流的流动分离和旋转失速会导致此处熵产率较高,叶片吸力面压力脉动主频和第2主频幅值最大;大流量工况时动静干涉作用占主导,无叶区的熵产率最大,相应的无叶区压力脉动主频幅值也最大.可见各工况下主流区熵产率和压力脉动具有强相关性,熵产率大的区域,压力脉动也较大.
2022 Vol. 40 (8): 777-784 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 4129KB] ( 398 )
785 辜玉慧,阴鑫月,邓晓琴,赵泽川,江伟*
时序效应对导叶式离心泵叶轮做功的影响
为了研究导叶时序安装位置对离心泵水力性能及运行稳定性的影响,采用SST k-ω湍流模型对在不同导叶安装时序位置时离心泵内部非稳态流场进行数值计算,分析导叶时序位置对叶轮做功的影响规律.结果表明:同一导叶时序位置时,因动静干涉影响,叶轮叶片做功呈现周期性波动;不同导叶时序位置时,各叶轮叶片做功呈现的波峰与波谷时刻不同,且出现明显的相位差,表明时序位置对叶轮叶片做功的影响因素主要为叶轮-导叶动静干涉、叶轮-蜗壳动静干涉及蜗壳不对称几何形状等;不同导叶时序位置时,叶轮流道做功均呈现周期性波动,并出现相位差,同时因叶轮-导叶动静干涉作用影响,叶轮出口处压力场分布不同,表明叶轮-导叶动静干涉是导叶时序效应对其叶轮流道做功影响的主要因素.研究结果可为导叶式离心泵设计提供一定理论依据.
2022 Vol. 40 (8): 785-792 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 3392KB] ( 347 )
水力机械多相流理论与技术
793 刘明,谭磊,曹树良
基于韦伯数的气液混输泵气相直径理论预测模型
为了获得叶片式气液混输泵合理的气相直径取值,从而提高其两相流动模拟的准确性,文中从韦伯数这一决定气泡尺寸的关键参数出发,基于临界韦伯数建立了气相直径与转速、流量、含气率之间的相关关系,进而提出混输泵内气相直径的理论预测模型,并在3级叶片式气液混输泵中对该理论预测模型进行了应用.在不同流量和不同含气率的20个工况下,根据试验结果对数值模拟中的气相直径取值进行了标定,并据此拟合确定了理论预测模型中的经验系数,最终气相直径的理论预测值与数值模拟标定值的平均误差为7.28%.通过对气相直径和韦伯数在混输泵轴面流道上的分布规律进行分析,明确了高气相直径和高韦伯数的出现区域,并发现叶轮流道内高体积分数的气相会随主流运动发展,而导叶流道内高体积分数的气相则会聚集形成低速气团并堵塞流道.研究结果为提高气液混输泵两相数值模拟的准确性具有一定的帮助.
2022 Vol. 40 (8): 793-799 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 3529KB] ( 393 )
800 王予琪,宿向辉*,朱祖超
深海采矿混输泵内流场及粗颗粒运动特性
为了解决由于颗粒粒径大、流体相互作用复杂导致的混输泵内两相流动研究困难的问题,针对10 mm颗粒粒径的混输泵流动,使用标准k-ω模型,构建相同体积浓度、不同颗粒粒径的流动模型来研究粒径对于泵外特性的影响,并探究不同粒径颗粒在泵内的分布情况.同时,还结合熵产理论,研究不同流量下混输泵内的能量损失及泵内过流部件的局部熵产情况.结果表明,混输泵叶轮流道内,颗粒在叶轮入口处发生低速堆积现象,颗粒速度随径向距离增大而增大.另一方面,在两极之间,第2级叶轮入口颗粒堆积现象减弱.随着粒径减小,颗粒在叶轮流道内加速度增大,出口处小粒径颗粒速度较大,且小粒径颗粒贴叶片运动现象比较明显.对比熵产,两极之间第2级熵产损失明显较大,造成2级外特性差异.同时,对比熵产分布发现,第2级叶轮和导叶内的局部熵产生率较大.研究结果对深海采矿水力提升装置中粗颗粒混输泵内流动的研究具有一定的参考价值.
2022 Vol. 40 (8): 800-806 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 3747KB] ( 337 )
水利水电工程
807 谭丕成,冯方*,刘宇,曾辉斌,潘虹,赵彪,尹贵恒
基于变权云模型的灯泡贯流式水轮机状态评估方法
为了对灯泡贯流式水轮机的运行状态做出客观评价,基于云模型提出了灯泡贯流式水轮机状态评估的多重指标体系,并建立了部件级-设备级的多层灯泡贯流式水轮机综合评估模型.通过引入云理论直接得到各指标对贯流式水轮机各状态等级的隶属度,从而列举出每个设备的隶属度矩阵,并结合变权理论来确定各指标的组合权重,再由加权平均算子转化为对应的评分,即得到了灯泡贯流式机组的运行健康状态.结合实例研究发现,此方法简单易行,可操作性强,在水轮机部件级评估方面较传统方法更加准确,为灯泡贯流式水轮机状态检修工作提供了新的途径.
2022 Vol. 40 (8): 807-813 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 1825KB] ( 301 )
814 徐德儒,邹春霞*,丁洪晶,孙浩然,赵泉,武军
IWSF-FA模袋混凝土抗压强度、孔隙结构和物质组成
为优化模袋混凝土衬砌性能,合理利用当地粉煤灰和废弃硅粉代替部分水泥制备模袋混凝土衬砌.通过抗压强度试验、固体紫外试验、核磁共振和热重试验研究双掺粉煤灰-工业废弃硅粉替代适量水泥后对模袋混凝土抗压特性、内部孔隙结构和水化物质组成的影响.结果表明:合理双掺工业废弃硅粉和粉煤灰(如FA15S4)可以提高模袋混凝土的抗压强度;紫外吸收光谱表明其水化产物C-S-H和CH组成优于其他组别;核磁共振T2谱分布呈现“三峰结构”,左峰信号幅度最高,双掺工业废弃硅粉-粉煤灰有利于改善其内部孔隙结构.并且双掺工业废弃硅粉和粉煤灰后,热学性质良好.建立了基于BP神经网络理论的模袋混凝土早期抗压强度预测模型,预测结果与试验测试值的最大相对误差为2.7%.研究结果可为工业废弃硅粉和粉煤灰混凝土在水工衬砌工程中的应用提供参考依据.
2022 Vol. 40 (8): 814-820 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 2081KB] ( 275 )
流体工程
821 梁兴*,邓飞,刘梅清,高刚刚,曹寒问
基于改进空气阀模型的输水系统支管放空过程分析
为了分析复杂管道系统支管上游阀门关闭所诱发的水力过渡过程现象,采用进气量由空气阀安装处逐步向下游推进的方法,建立改进的空气阀计算模型,并以某输水系统为例,分别采用2种空气阀模型开展相应的水锤计算.研究结果表明:采用经典空气阀计算模型时,受支管上游高程较大的影响,支管产生了“虚假”流量,导致仿真结果与工程实际偏离较大;而采用改进的空气阀计算模型时,支管流量逐步减小为0,汇流点主线上游流量逐步增大,下游流量逐步减小,过渡过程中主线各调压井水位有所下降,但并未出现漏空现象;各调压井水位及汇流点稳定压力与恒定流计算(主线流量为121.5 m3/s,支线流量为0)结果最大偏差仅0.16 m.计算结果证明了该改进空气阀计算模型的适用性,并为复杂输水系统的放空及充水过程研究提供了一种新的方法.
2022 Vol. 40 (8): 821-825 [摘要] ( 52 ) [HTML 1KB] [PDF 2382KB] ( 302 )
826 彭婧华,沈洁惠,谢纬安,翟少华,喜冠南*
绕流波动特性对不同区域流动传热影响
为研究换热设备后向台阶内置圆柱模型的强化传热机理,采用Fluent进行数值模拟,并通过PIV粒子图像测速方法验证模拟结果的可靠性.研究雷诺数为700后向台阶内置圆柱(Xc/S=0.6,Yc/S=1, d=6 mm)时,后向台阶流道不稳定流动的周期性,以及周期波动对流道不同区域传热的影响.研究结果表明:在过渡流状态下,流道周期速度波动受两基波频率影响,即台阶影响的频率fs=7.25 Hz和受圆柱影响的频率fc=14.10 Hz; fc主要作用在流道上游局部区域,上游回流运动被破坏,努赛尔数瞬时峰值提高2.52倍; fc促进台阶振动频率fs提前产生,下游温度梯度减小,瞬时努赛尔数逐渐减小;台阶分离流体与圆柱尾流共同作用使得流道换热效果整体提升,同时壁面摩擦系数也增大.
2022 Vol. 40 (8): 826-833 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 5402KB] ( 306 )
农业水土工程
834 翟英剑,吴文勇*,王振华,胡雅琪
黄河水滴灌对葡萄生长发育及产量品质的影响
为了探究引黄滴灌对大田葡萄生长发育以及产量品质的影响,以3 a生克伦生葡萄为供试材料,开展全生育期黄河水和地下水滴灌的大田对比试验,监测全生育期内2种水质滴灌处理条件下葡萄的各项指标,分析黄河水滴灌对葡萄生长、产量和品质的影响.结果发现:黄河水能显著影响克伦生葡萄生长发育、浆果外观品质以及果实营养物质含量,能促进新梢枝条生长发育、促进果实膨大、提高果形指数C和硬度P,葡萄可溶性固形物含量TSS和桨果可溶性糖含量WSS分别较地下水处理提高了21.26%和13.59%,Ta含量降低了15.79%.综合分析表明,黄河水滴灌对促进克伦生葡萄新梢枝条生长发育、提高葡萄产量和改善浆果营养品质具有积极意义.试验可为葡萄引黄滴灌发展提供科学依据和理论参考.
2022 Vol. 40 (8): 834-841 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 1549KB] ( 376 )
842 王磊*,周璐瑶,胡静博,蔡佳坊,王伟,肖万川,何妙妙
再生水灌溉对稻田重金属分布的影响
以南方稻田为研究对象,以再生水安全灌溉调控为目标,基于田间试验,研究了不同灌溉水源(农村生活污水一级处理水R1、二级处理水R2、生态塘净化水R3和河道清水R4)、不同灌溉调控(低水位W1、中水位W2和高水位W3)对土壤-作物典型重金属(镉Cd、铅Pb、铬Cr、铜Cu、锌Zn)质量比变化的影响,分析了农村生活再生水灌溉调控对土壤重金属生态风险.研究表明,农村生活污水再生灌溉稻田Cd,Pb质量比略有升高,Cr,Cu,Zn含量下降;水稻植株各部分器官重金属质量比按植株器官排序从大到小依次为茎,稻米≈叶,重金属组成从大到小依次为Zn,Cr,Pb,Cd,相对灌溉水源,水位调控对水稻植株各部分器官重金属质量比累积影响较小,再生水灌溉条件下水稻籽粒重金属质量比并未明显增加,符合稻谷污染物的限量要求;农村生活污水再生灌溉稻田Cd生态风险系数最高,Cu和Pb次之,Cr和Zn风险系数锌较低,R3水源灌溉下土壤重金属污染潜在生态风险最低,总体上,再生水灌溉并未对土壤造成严重污染,但长期进行再生水灌溉是否会造成重金属污染风险持续增加有待研究.
2022 Vol. 40 (8): 842-849 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 2012KB] ( 323 )
850 苟淇书,党红凯,马俊永,张俊鹏,李全起*,王欣
灌溉水矿化度对土壤盐分及冬小麦产量的影响
为合理高效利用河北低平原区浅层地下咸水资源,采用田间试验的方法,系统研究了不同矿化度(1,2,4,6,8 g/L)灌溉水对土壤盐分分布与冬小麦产量的影响.结果表明,随灌溉水中矿化度的增加,0~20 cm厚度的土层土壤容重增加,同时土壤孔隙率逐渐降低.与淡水处理(1 g/L)相比,矿化度为2 g/L的灌溉水浇灌的麦田0~100 cm土层土壤平均盐分含量未出现明显增加;冬小麦拔节期、孕穗期和抽穗期的叶面积指数、株高以及单位面积穗数、穗粒数、千粒质量和籽粒产量未呈现明显差异.然而,当灌溉水矿化度增加到4 g/L以上时,0~100 cm土层土壤平均盐分含量大幅增加,植株生长受到明显抑制,籽粒产量出现显著下降,减产主要因素为咸水灌溉导致的冬小麦穗数减少.在该灌溉模式下,推荐冬小麦咸水灌溉的适宜矿化度低于2 g/L.
2022 Vol. 40 (8): 850-856 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 1812KB] ( 355 )
857 何振嘉,王启龙,罗林涛*,杜宜春,
不同水稻品种在陕北盐碱地的适宜性
陕北定边县部分盐碱地培育和筛选适宜盐碱地种植的水稻品种,对于盐碱地的利用和生态环境的改善有着重要意义.在定边县堆子梁镇营盘梁村开展大田试验,设置4个处理T1,T2,T3和T4,分别为隆优619、宁靖28、东稻4号、水稻FL478,均采用井水作为灌溉水源,以研究不同品种水稻种植对盐碱土壤理化性质、养分、土壤离子变化、水稻生长状况以及产量的影响.结果表明:与种植水稻前相比,各处理土壤pH值和全盐质量比均有不同程度降低(P<0.05,P<0.01).种植水稻后,各处理促进了土壤黏粒含量的降低、粉粒含量的提高,而砂粒含量均有所降低.各处理土壤有机质质量比和全氮质量比均有不同程度提高(P<0.01),但有效磷和速效钾质量比显著降低(P<0.05).处理T1,T2,T3和T4的土壤耕作层有机质质量比较种植水稻前分别提高219.87%,398.34%,218.91%和277.53%;全氮质量比分别提高150.00%,300.00%,160.71%和29.23%.各处理Ca2+,Mg2+,Cl-,SO2-4,HCO-3质量比分别较本底值降低46.76%,63.78%,33.91%,63.78%以及43.18%,种植水稻对土壤脱盐效果显著.各处理与水稻株高生长和每m2穗数之间具有统计学意义(P<0.05);与盐碱地种植水稻百粒质量和产量之间具有统计学意义(P<0.01),处理T1分别较T2,T3和T4提高了4.96%,42.78%和161.64%.种植隆优619、宁靖28水稻产量较高,是较为适宜在陕北盐碱地种植的水稻品种,可在陕北地区进行推广.
2022 Vol. 40 (8): 857-864 [摘要] ( 47 ) [HTML 1KB] [PDF 1455KB] ( 319 )
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主　　编
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编辑出版
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