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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2023年 41卷 2期
刊出日期：2023-02-25
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
封面及目录
   
封面及目录
1
封面
2023 Vol. 41 (2): 1- [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 30571KB] ( 220 )
2
目录
2023 Vol. 41 (2): 2- [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1109KB] ( 219 )
泵理论与技术
109 李伟,潘云欣*,李昊明,齐寒东,吴普,路德乐
固液两相流离心泵流动特性及磨损问题研究进展
由于离心泵应用场合广泛,时常输送含有固体颗粒物的流体介质,固液两相流成为离心泵内流动特性研究的一个常见问题.固相介质的加入,导致扬程和效率的下降,甚至造成泵内壁面严重的磨损,对离心泵的运行性能产生较大的影响,降低了离心泵的持续运行寿命.基于以上问题,国内外学者通过理论分析、试验研究以及数值模拟等方法,对离心泵固液两相流问题开展了大量研究,基本掌握了颗粒在离心泵内的运动分布规律及其对过流部件的磨损情况.颗粒的粒径、密度、体积分数以及离心泵的运行工况都将对泵内固液两相流动产生较大程度的影响.文中从固液两相流动特性和磨损问题这2方面介绍了离心泵固液两相流动的研究现状,并综述了主要研究方法和研究成果,为进一步优化水力及结构设计、提高固液两相流离心泵的性能和可靠性、改善磨损状况提供了一定的参考及研究基础.
2023 Vol. 41 (2): 109-117 [摘要] ( 45 ) [HTML 1KB] [PDF 4222KB] ( 474 )
118 徐添,蔡一平,楚士冀,石丽建*,朱军,江宇航
对旋式轴流泵后置叶轮水力性能分析
为了研究对旋式轴流泵后置叶轮对其水力性能的影响,采用CFD软件对该对旋式轴流泵装置进行数值模拟计算,将前置叶轮与后置叶轮水力特性进行对比分析,研究后置叶轮的进口安放角对整个装置水力特性的影响,最后通过模型试验验证数据的可靠性.结果表明:在设计工况下,对旋式轴流泵扬程为11.32 m,效率为87.57%.在小流量工况下,流量为300 L/s左右泵提前进入马鞍区,此时泵扬程为14.06 m,效率为79.48%;在大流量工况下,流量为440 L/s时,泵装置扬程为2.24 m,效率为54.16%.对旋泵后置叶轮的水流进口冲角要大于前置叶轮的水流进口冲角,导致后置叶轮叶片做功能力增强,后置叶轮扬程增大.改变后置叶轮安放角,特别在小流量工况下,后置叶轮的马鞍区同样提前,后置叶轮的进口液流角几乎相同.研究结果对于对旋式轴流泵后置叶轮的设计和优化提供参考依据.
2023 Vol. 41 (2): 118-123 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 7329KB] ( 281 )
124 刘在伦,顾生富*,赵伟国,吕佩涛,曾继来
旋壳转速对腔内液体流动特性的效应
为研究旋壳转速对腔内液体流动特性的影响,以试验旋喷泵为研究对象,在高度验证叶轮与旋壳同步旋转试验与模拟结果准确性的基础上,对叶轮转速相同、旋壳转速不同的5个模型采用RNG k-ε湍流模型进行数值计算,分析腔内液体流动特性的变化情况,研究泵的性能.结果表明:旋壳转速增大,液体圆周速度和旋转系数均增大,圆周速度曲线沿径向逐渐形成同心圆,腔内液体做非刚性旋转.腔内液体径向压力梯度增大,压力低于624 kPa时,旋壳转速越高,压力越小;压力高于624 kPa时,旋壳转速越高,压力越大.集流管迎流区涡分布在进口附近,尾迹区涡集中在扩散段结尾处,整体呈增大趋势.旋壳转速增大,泵的扬程升高,但效率降低,通过改变集流管进口直径发现集流管并非效率降低的主要原因,而是由圆盘摩擦损失的增大导致的,圆盘摩擦损失随旋壳转速增加呈3次幂函数式增大,文中最优进口直径为13 mm.
2023 Vol. 41 (2): 124-132 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 7972KB] ( 236 )
133 王金也,张帆*,张金凤,陈轲,洪秋虹
单级与多级侧流道泵内部流动特性
为了研究前置离心叶轮对侧流道泵性能以及内部流动特性的影响,基于SST-SAS湍流模型,对不同工况下单级以及多级侧流道泵内部流动进行三维非定常数值模拟,研究了单级与多级侧流道泵扬程、侧流道泵叶轮进出口压力、侧流道间的质量交换以及旋涡结构分布特性.结果表明:添加前置离心叶轮后的多级侧流道泵扬程整体有所提升,侧流道叶轮的进口压力提升了20%,叶轮与侧流道之间的质量流量也提升了约20%,多级侧流道泵叶轮内涡团分布与单级泵分布规律基本相同,添加前置离心叶轮对侧流道泵内部流动影响较小.研究结果为后续多级侧流道泵的空化研究以及结构优化提供了参考.
2023 Vol. 41 (2): 133-139 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 2500KB] ( 294 )
水利水电工程
140 李温,王海龙*,张佳豪,杨虹,冯帅
胶粉煤矸石混凝土力学特性及微观结构试验研究
为探究胶粉掺量对煤矸石粗骨料混凝土力学性能的影响,设计20目橡胶颗粒掺量(0,3%,6%,9%,12%)的胶粉煤矸石混凝土,进行宏观力学试验和微观孔隙结构核磁共振试验.结果表明:胶粉掺量增加与力学强度成负相关,3%胶粉掺量影响最小,与基准组相比下降了1.3%,拟合了不同胶粉掺量对煤矸石混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度换算公式,相关性较好;胶粉的掺入降低了多害孔的孔隙占比,6%胶粉掺量使煤矸石混凝土内部有害孔分布降低了4%;数据表明,胶粉颗粒具有填充孔隙的作用,减少了多害孔的产生,优化了孔隙结构;选取对强度影响最大的因素束缚流体饱和度(关联度0.951 06)和大于0.02 μm孔隙半径占比(关联度0.963 86)建立GM(1,3)模型,模型预测的平均误差为2.56%,为矿区排土场护坡材料提供可就地取材的绿色混凝土参考依据.
2023 Vol. 41 (2): 140-146 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 4761KB] ( 250 )
147 高秋燕,张景辉,费良军*,介飞龙,李山,李静思
景电一期灌区沟道退水滞后性
为揭示干旱区引黄灌区沟道退水滞后性规律,根据景电灌区沟道退水监测资料,采用交叉相关系数法和数据平移法确定灌区退水滞后时间,分析退水时空变化规律及其影响因素.研究表明,各退水口的年退水量差异不大,多年平均退水量约为4 622.3万m3,占灌溉引水量的31%.不同退水口之间的退水量差异较大,其中响水村占总退水的67%,五佛乡占总退水的30.6%,二期总一泵占总退水的2%.景电灌区不同退水口月退水量的主要影响因素为退水口控制面积和退水滞后时间,影响退水滞后时间的因素包括引水、降水、退水路径长度和人工开挖排水渠等.不同退水口的退水滞后时间在1~5个月之间,响水村退水滞后性较五佛乡和二期总一泵强,由灌溉和引水引起的退水滞后性有所差异.本研究所揭示的景电灌区退水滞后效应及其影响因素,可为灌区水资源合理配置与精准调控提供理论支撑.
2023 Vol. 41 (2): 147-152 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1826KB] ( 282 )
153 徐利君,杨雄,洪云来,聂赛,章志平,孙洁,张玉全*,郑源
油位高度变化对发电机推力轴承油槽甩油雾问题的影响
针对江西洪屏抽蓄电站推力轴承油雾泄露问题,建立推力轴承三维模型,使用VOF多相流模型、Lee蒸发冷凝模型和RNG k-ε湍流模型,对油槽内的润滑油-空气-油雾三相流热耦合问题进行求解.分析了从低报警油位到高报警油位之间的油位高度变化对油槽内流场分布特性的影响,并探究了不同油位下的润滑油分布规律以及油雾聚集情况,定位了油雾的产生、聚集位置.研究发现:油槽内的流速和温度分布主要由机组转速以及外循环泵的性能决定.油雾在产生之后主要向着2个区域聚集,其一为挡油板与推力头之间的区域,其二为挡油管处的区域,这2个区域具有低压、高温、高流速的特点,最易发生外甩油和内甩油事件.此外,随着油位高速增加,压油叶栅逐渐丧失其阻油雾作用,为了运行安全和环境安全,不建议推力轴承油槽运行在较高油位下.研究可为合理设置推力油槽运行工况参数提供一定的理论基础.
2023 Vol. 41 (2): 153-160 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 4288KB] ( 315 )
流体工程
161 王勇,张国翔*,刘厚林,肖亚东,李刚祥,李明
旋转式水力空化发生器的空化特性
为综合考虑水力空化发生器的空化强度和输送能力,基于一台比转数为117.3的单级单吸式离心泵,设计出一种能够兼顾空化和扬程的旋转式水力空化发生器.基于CFX软件对旋转式水力空化发生器内部空化形态变化和空泡演变规律进行研究.结果表明,随着进口压力的降低和流量的增加,旋转式空化发生器的空泡团体积增大;在转轮挡板和隔舌附近均有空泡产生,转轮内部空泡首先在挡板侧面产生,然后在其背面靠近隔舌处开始脱落,隔舌处空泡在隔舌下游初生,并与转轮空泡同时脱落,两者具有不同的溃灭周期.该旋转式水力空化发生器提高了空化发生装置的集成化程度,具有空化效果好、且能有效增加液体静压的特性,对其空化特性的研究可以为水力空化发生装置的设计提供参考.
2023 Vol. 41 (2): 161-166 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 3120KB] ( 379 )
167 杜运超,汪建文,*,王赢政,张建伟,闫思佳
风向变化速度对风力机功率及转速的影响
为了探索风向变化时风力机输出功率及转速的变化情况,以某S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,利用旋转平台模拟风向匀速变化过程,采用IEC61400中规定的极端风向角变化速度5°/s为上限,每间隔1°/s选取1个风向变化速度,即选取1,2,3,4和5°/s这5个风向变化速度,研究不同风向变化速度下风力机输出功率、转速的变化规律.结果表明:风力机在不同风向变化速度下其输出功率与转速总体都呈现波动下降趋势,同一风速下风向变化速度越大,下降速率越快,但在其风向变化过程中对应的下降幅值越小;在风向变化开始与结束时都存在迟滞现象,风向变化开始时风力机输出功率出现小幅度上升,并持续波动3 s左右后才会开始下降;风向变化结束后,风力机需要继续运行一段时间后输出功率与转速才会达到稳定值,风向变化速度越大,该迟滞时间越长,初始尖速比越大,最终稳定后数值越大.
2023 Vol. 41 (2): 167-172 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 5933KB] ( 440 )
173 高伟,张立茹,*,姚慧龙,闫蓉
基于动网格技术水平轴风力机叶片及尾迹流场旋涡特性
为了研究风力机流场中涡的产生及演化过程,采用动网格技术中的重叠网格方法对水平轴风力机流场进行计算,利用Q准则对叶片表面、叶尖涡及中心涡涡旋结构进行可视化分析,并将计算结果与相同工况下滑移网格计算结果进行对比分析.结果表明:对比2种方法在不同截面的叶片表面涡量分布,动网格方法计算得出在吸力面流动分离区域更大,能够捕捉到更多叶片表面边界层分离的细节;叶尖涡在向下游运动过程中将出现“叶尖涡跳跃”现象;中心涡在尾迹流场中涡量分布呈双峰状,在风轮后0.5D~2.0D内,叶尖涡与中心涡发生混合扩散;动网格与滑移网格计算得出尾迹流场中,中心涡分布趋势基本一致,采用动网格方法得出涡量峰值更大,采用滑移网格方法得出中心涡更早发生扩散.相较于滑移网格方法采用动网格方法研究风力机流场中的涡会更具优势.
2023 Vol. 41 (2): 173-179 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 2737KB] ( 318 )
农业水土工程
180 YIN Yongle,FEI Liangjun*,LI Zhe,LIU Teng,LI Zhongjie,HAO Kun,PENG Youliang
Effects of water and nitrogen conditions under surge-root irrigation on growth and yield of apple trees
In order to explore the effects of different irrigation and nitrogen application on growth cha-racteristics and yield of apple trees under surge-root irrigation in mountainous areas of northern Shaanxi, field experiments were carried out with different apple trees. Three irrigation levels were applied: 85%-100%(H1), 70%-85%(H2)and 55%-70%(H3)of the field water capacity, respectively, and three nitrogen levels were N1(360 g/plant), N2(240 g/plant)and N3(120 g/plant). The results show that irrigation and nitrogen application has significant effects on new shoot length, flowering, fruit-setting, fruit diameter, fruit volume and yield of apple. The leaf area index(LAI)shows a singlet trend during the growth period, and the peak value appears in the middle of July. Under the same irrigation level, compared with N3, N1 increases in yield, new shoot length, LAI, transverse diameter, longitudinal diameter, volume, flowering and fruit setting by 17.91%, 28.31%, 18.75%, 11.38%, 10.13%, 36.60%, 20.92% and 5.19%, respectively, while N2 also increases by 12.40%, 15.63%, 4.86%, 5.40%, 5.11%, 17.01%, 26.17% and 13.74%, respectively. The rate of flowering and fruit setting decreases with the increase of nitrogen application. Under the same nitrogen level, compared with H3, H1 increases in yield, new shoot length, LAI, transverse diameter, longitudinal diameter, volume, flowering and fruit setting by 34.65%, 15.49%, 30.77%, 3.93%, 4.95%, 12.86%, 33.15% and 28.62%, respectively, while H2 also increases by 33.67%, 16.42%, 67.52%, 3.81%, 2.97%, 11.57%, 43.45%, and 27.26%, respectively. The rate of flowering and fruit setting decreases first and then increases with the increase of irrigation amount. Compared with H3N3, the yield of other treatments increases by 2.69%-52.20%, While H2N1 treatment has the highest yield(26 852.55 kg/ha). Considering from the point of view of promoting growth and increasing yield, the best water and nitrogen combination mode of mountain apple in northern Shaanxi is medium water deficit irrigation and high nitrogen(H2N1)treatment. The results from this study can provide a theoretical basis for apple water and nitrogen management in mountainous areas of northern Shaanxi.
2023 Vol. 41 (2): 180-187 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 1802KB] ( 254 )
188 王倩,脱云飞,王飞,沈方圆,郑阳,杜文娟,向萍,杨启良
微喷灌施肥对三七土壤氮素运移转化试验研究
为探明微喷灌施肥对三七土壤氮素运移转化影响,2017—2020年在泸西县大栗树村三七种植基地设置3个灌水水平0.4FC(W1),0.6FC(W2),0.8FC(W3),4个施肥水平3.20(F1),4.80(F2),6.20(F3)和120.00 kg/ha(F4),CK为对照,共13个处理.研究微喷灌施肥条件下不同灌水及施肥对三七土壤全氮、硝态氮和铵态氮运移转化影响.结果表明:不同灌水施肥全氮质量比随时间增加先增大后减小,硝态氮质量比随时间增加先减小后增大,铵态氮质量比随时间增加逐渐减小,8月W2F3全氮质量比最大,9月W2F4硝态氮质量比最大,6月W2F4铵态氮质量比最大.全氮和铵态氮质量比随土层深度增加逐渐减小,硝态氮质量比随土层深度增加先减小后增大,全氮、硝态氮和铵态氮聚集在土层0~10 cm,W2F3土壤全氮和硝态氮质量比最大,W2F4铵态氮质量比最大.灌水量与硝态氮和铵态氮相关性具有统计学意义(P<0.01),与全氮呈负相关且相关性具有统计学意义(P<0.05),施肥量与硝态氮呈正相关且相关性具有统计学意义(P<0.01),与铵态氮相关性具有统计学意义(P<0.05).该研究明确灌溉施肥可调控酸性红壤土三七氮素运移转化特性,改善农田微生态环境,提高水氮利用效率,为有效防治病虫害提供技术支持和理论依据.
2023 Vol. 41 (2): 188-195 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 1911KB] ( 327 )
196 李雪纯,陈丹*,王琳琳,马钰,叶志豪,吴松伟,梁怡帆
生态种养模式对稻田水足迹的影响
以江苏省淮安市涟水县传统稻田、稻虾生态种养田为研究对象,提出了稻田生态种养水足迹核算方法,测算分析了不同种养模式在不同阶段的供、用、排水量,耗水规律和水足迹.研究结果表明:研究区不同种养模式下水稻的灌溉定额、生产水足迹及其组成足迹均存在差异;稻虾生态种养灌溉定额为24 922.95 m3/ha,是传统水稻灌溉定额的5.75倍;水稻生产水足迹为19.9 m3/kg,高于传统水稻生产水足迹11.9 m3/kg;传统水稻的绿水生产水足迹相比最高,而稻虾生态种养的灰水生产足迹最高,且高于绿水和蓝水生产水足迹;从水足迹角度,研究区稻虾生态种养模式的用水效率不高,应针对不同用水环节采取适宜的节水减排策略.
2023 Vol. 41 (2): 196-202 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 2055KB] ( 287 )
排灌装备制造技术
203 颜海兰,王新坤*,姚吉成,黄建翔,赵文赫,孟天舒,王玺
“槽型”驱动板对射流脉冲喷头水力性能的影响试验研究
为改善射流脉冲喷头的径向水量分布,基于射流脉冲喷头的“双驼峰”式水量分布以及挡水板结构的特点,创新了一种“槽型”驱动板结构,并进行了正交试验,得到一种新型结构的射流脉冲喷头.发现“槽型”驱动板的各结构因素对射流脉冲喷头喷灌均匀度影响的主次顺序及最优结构为内槽倾角13°、驱动板长度16 mm、槽宽3 mm、侧驱动板倾角17°、驱动板宽度11 mm.当进口压力为 0.15,0.20,0.25,0.30 MPa 时,开展了“槽型”射流脉冲喷头、原射流脉冲喷头与摇臂式喷头水力性能对比试验.试验结果表明:在0.15~0.30 MPa的进口压力下,新喷头进口流量相比原喷头进口流量减小0.12~0.17 m3/h,相比摇臂式喷头进口流量减小0.07~0.16 m3/h.“槽型”射流脉冲喷头喷灌均匀度比原射流脉冲喷头提高 1.25%~7.43%,比摇臂式喷头高 7.84%~14.42%.综合分析表明“槽型”驱动板结构设计合理,对射流脉冲喷头的喷灌均匀性改善显著.研究可为该型国产喷头后续研发和工程应用提供可借鉴的理论参考与数据支撑.
2023 Vol. 41 (2): 203-209 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 2288KB] ( 263 )
210 刘珂瑶,吴普特,*,朱德兰,蔡耀辉,宋小林,王建平
套管长度和灌水器流量对涌泉根灌入渗特性的影响
为确定黄土高原苹果涌泉根灌时的适宜应用参数(流量和套管长度),选用PP棉滤芯作为配套套管进行室内土箱试验,探究灌水器流量和套管长度对其入渗特性的影响.试验结果表明:大灌水器流量有利于土壤水分在垂直方向上的运移;流量越大,灌水结束时和土壤水分再分布后,湿润体的体积、湿润体内高含水区域范围以及含水率的最大值也随之增大.套管内积水可增大入渗面和入渗水势梯度,从而使土壤水分的运移速率明显增大.灌水器流量和套管长度的交互作用会直接影响土壤水分在水平和垂直方向上的运移,当灌水器流量为12 L/h、套管长度为40 cm时所形成湿润体的体积最大,湿润体内水分分布更均匀,最有利于土壤水分在水平和垂直方向上运移.
2023 Vol. 41 (2): 210-216 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 5143KB] ( 262 )
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