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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 4期
刊出日期：2023-04-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
封面及目录
   
封面及目录
1
 封面
 
2023 Vol. 41 (4): 1- [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 34558KB] ( 375 )
2
 目录
 
2023 Vol. 41 (4): 2- [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1106KB] ( 209 )
泵理论与技术
325 施卫东,王传龙,谭林伟*,王家斌,陈成,叶金诚
基于数值模拟的单叶片离心泵能量损失分析
为揭示单叶片离心泵效率偏低的主要原因,采用数值模拟的方法对单叶片泵的能量损失进行了详细分析,建立了单叶片离心泵水力损失模型.基于SIMPLEC算法和标准k-ε湍流模型,利用ANSYS CFX软件求解三维N-S方程,分析单叶片离心泵在不同流量工况下的湍流耗散损失和壁面摩擦损失,并搭建单叶片离心泵的外性能试验台,验证了数值模拟的准确性.结果表明:单叶片离心泵的能量损失形式主要为耗散损失和摩擦损失,并且泵内的耗散损失明显大于叶片摩擦损失;效率偏低的主要原因是耗散损失较大,具体表现为单叶片离心泵叶轮流道内存在明显的低速区及流动分离区,且压力呈圆周非对称分布;单叶片离心泵从其叶片进口处到出口处的耗散损失、摩擦损失均不断增大;耗散功率、摩擦功率占总功率百分比及叶轮水力效率呈抛物线分布.
2023 Vol. 41 (4): 325-330 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 5848KB] ( 292 )
331 王凯,陆钇霖,刘厚林,程智明,管禹,邹丽*,王磊
复杂工况下深海采矿混输泵有限元分析
采用流固耦合及有限元方法对布放和混输等复杂工况下3级深海采矿混输泵进行强度计算,分析了泵内流场分布、转子部件应力应变及临界转速,并进行了500 m级深海采矿混输系统海上试验.结果表明:设计流量下,混输泵的计算扬程为124.30 m,相对误差为0.27%;布放工况时,混输泵最大变形仅为0.365 mm,最大应力为73.971 MPa;混输工况时,泵最大变形为0.315 mm,最大应力为58.86 MPa;转子部件前3阶模态仅沿泵轴方向变形,并未发生扭曲,而后3阶模态呈“S”形扭曲变形;转子部件1阶固有频率对应临界转速为2 476 r/min;海试布放过程中混输泵安全可靠,混输工况下泵稳定运行时长超过57 h,实现了2次24 h连续无故障运行,且矿石颗粒体积浓度达到11.7%.
2023 Vol. 41 (4): 331-337 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 4332KB] ( 289 )
338 杨孙圣,方恬,PUNIT Singh,周成,赵尔策,王桃
轴向间距对贯流式水轮机水力性能的影响
为了寻找贯流式水轮机中导叶与转轮轴向间距的合理取值,在保证其结构紧凑性的同时,获得良好的水力性能,在其他主要参数不变的情况下,通过试验与数值计算相结合的方法,分别对导叶与转轮之间轴向间距s值为30, 40, 50, 60和70 mm 的微贯流式水轮机模型进行全流场数值计算,研究轴向间距对贯流式水轮机水力性能的影响.结果表明:水轮机的水头随着轴向间距的增大而增加,水轮机的轴功率随着轴向间距的增大呈现先上升后稳定的趋势;综合各流量条件,水轮机通常在适中的轴向间距下取得较高的效率,该模型在s=40 mm时效率达到最高.选择适中的轴向间距可以改善转轮叶片表面压力分布和流态;过大的轴向间距会导致转轮进口发生负撞击,出现脱流现象;转轮出口的湍动能随着轴向间距的扩大而减小.在最优工况下,轴向间距从30 mm扩大至70 mm的过程中,转轮内部的水力损失逐渐增加,增加幅度达到15.6%,而出水管中的水力损失则减小了19.7%,总水力损失呈增加趋势.综合考虑,选用s=40 mm 作为最终方案.
2023 Vol. 41 (4): 338-345 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 10420KB] ( 231 )
346 代翠,曹晶剑,仇俊峰,董亮*,王照雪,陈怡平
凹坑直径变化对仿生离心泵宽频噪声的影响
为了降低离心泵的宽频噪声,减少其对离心泵运行的影响,采用数值计算方法,提出并试验了一种在叶片表面布置凹坑,并使凹坑参数在流向上变化的离心泵仿生降噪方法.在此基础上提出一种针对宽频噪声的指标公式,采用正交设计方法优化变量来减少设计维度,并使用均匀设计法证实了该降噪方法的可行性,最终获得了降噪效果较好的样本.研究表明,在对外特性几乎无影响的条件下,文中方法显著降低了离心泵宽频流动噪声.模拟结果还显示,不同样本的定常流动图像无可见区别,据此推测凹坑结构的降噪效果与微观或非定常的流动现象有关.研究结果对于推动凹坑形仿生结构对离心泵宽频降噪的研究提供了一定的帮助.
2023 Vol. 41 (4): 346-353 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 4434KB] ( 255 )
354 刘基盛,计良,李威*,成金鑫,方鹏程
基于FFD方法的离心压气机叶片优化设计与试验
为了改善离心压气机叶片多工况优化设计时面临的设计空间大、冗余搜索、灵活性不足、优化效率低等问题,提出了基于自由曲面变形技术(free form deform, FFD)的离心压气机复杂曲面叶片参数化方法,建立了叶片局部几何区域与三维空间网格控制体的映射模型,研究了样条曲线基函数几何特性对叶片几何构型的影响,实现了离心压气机叶片几何外形的局部精细化改型.结合B样条基FFD参数化方法、多目标进化算法和计算流体动力学对复杂叶片的局部区域进行了多工况气动寻优,优化结果表明:在满足约束条件的情况下,流场结构得到进一步的改善,额定工况和常用工况等熵效率分别提高了0.48%和0.40%,喘振裕度分别提升了1.6%和1.8%,利用较少的设计变量实现了离心压气机复杂曲面叶片高效灵活的精细化设计,为离心叶轮的气动优化设计提供了新的理论依据.
2023 Vol. 41 (4): 354-362 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 5101KB] ( 286 )
水利水电工程
363 王玉蛟,贾亮亮*,杨志光,刘华杰
沽源县浅层地下水化学特征及适宜性评价
为查明沽源县浅层地下水水化学特征及水质状况,选取52组样品进行水化学组成分析.运用Piper三线图,确定研究区地下水水化学类型.在此基础上采用了不同的评价方法对该研究区水质现状进行评价.结果表明:该区浅层地下水化学类型主要以HCO3-Ca型为主;地下水质量综合评价结果显示研究区内18组地下水化学组分是比较高的,适用于农业用水,也可适当处理后作为生活饮用水;16组地下水化学组分高,质量标准评价为Ⅴ类水,不宜作为生活饮用水饮用.为了水资源利用效率,对其进行灌溉用水适宜性评价.通过对16组地下水作为灌溉用水评价,评价结果是DX-39处水质较差,不宜或不太适用于灌溉.研究成果可为该区浅层地下水资源的合理开发和利用提供科学依据,对保证灌溉当地农作物安全有着重要意义.
2023 Vol. 41 (4): 363-368 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 13273KB] ( 242 )
369 朱广超,许增光*,曹成,柴军瑞,耿凯强
考虑涂抹效应的以面和以线代板修正真空预压简化三维有限元模型
为了解决传统真空预压三维模型建立划分单元困难、计算量巨大、排水板宽高比过大从而影响计算精度的问题,基于排水子结构思想,提出简化排水板的以面代板和以线代板单井三维模型,并验证其正确性.将简化排水板单井模型扩展为群井三维模型,结合工程实例进行数值模拟,与实测数据、二维砂墙等效法和传统三维模型进行比较.结果表明:与传统真空预压三维有限元模型的圆形孔压传递形式不同,以面代板和以线代板模型将孔压传递形式简化成矩形.简化排水板三维模型比二维砂墙等效法更接近于实测数据,与传统三维模型计算精度相近,可以满足工程要求.简化排水板三维模型应用排水子结构可以有效降低模型建立和划分难度.将排水板简化成排水面和排水线,能有效解决因排水板尺寸过小而产生单元长宽比过大的问题,且能有效减少模型的单元数量,提高计算效率.
2023 Vol. 41 (4): 369-375 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 6370KB] ( 234 )
流体工程
376 张自超,李延频,*,陈德新
双流体湍流模型对固液两相流计算的影响
为了研究固液两相流双流体模型的控制方程进行封闭时,采用不同方法进行模化产生的不同双流体湍流模型对固液两相流的计算结果产生的影响.研究了3种双流体湍流模型在不同固相条件和不同进口液相速度时对圆管内固相浓度和速度计算结果的影响,并与试验值进行对比.结果表明,不同工况时,3种双流体湍流模型的固相浓度计算结果在壁面附近的误差较大,都更适合计算流速大、含沙浓度高的固液两相流场;3种模型会显著影响含大粒径颗粒的固液两相流场的计算结果,而对小粒径颗粒影响较小;km-εm模型适用的固相浓度和流体速度的范围较广,具有更广泛的适用性;综合考虑固液两相流场各参数计算的准确性,当颗粒粒径大于165 μm时,kl-εl-As模型更优,当颗粒粒径小于165 μm时,km-εm模型更优.
2023 Vol. 41 (4): 376-383 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 2903KB] ( 302 )
384 张天昊,王军锋*
电场强化基面液滴蒸发的研究进展
为深入研究静电场对基面液滴蒸发的作用,结合有关国内外研究现状,通过分析电场对基面液滴的变形作用和对液滴内部流动模式和速率的影响,以及电场对液滴在上述两方面的影响与液滴蒸发的关系,分析了电场对基面上液滴蒸发过程的强化作用,对有关基面液滴在电场下蒸发的研究进展进行了介绍,根据前人的理论和试验研究结果探讨了电场对基面液滴蒸发强化作用的基本机制:电场能够使基面液滴的表面电荷分布和形貌特征发生变化,发生电润湿现象,同时改变液滴的内部流动形态,提高液滴的内部流动速率,从而从两方面强化液滴界面处的热交换,促进液滴的蒸发传质.同时,简要评析了目前的研究进展情况,并指出关于电场强化基面液滴蒸发值得进一步研究的方向.研究结果为高热流密度表面的静电雾化冷却技术研究提供了思路.
2023 Vol. 41 (4): 384-392 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 3017KB] ( 319 )
393 胡建明,王字满*,李志爽
多边界条件下空化气泡演变特性的试验研究
为了揭示空泡在复杂边界条件作用下的动态演变机制,以电容器在水中放电产生的气泡为研究对象,通过对气泡的溃灭时间、迁移距离和水柱高度等动态特性参数进行定量分析,得到了边界效应对气泡发展的影响规律.结果表明,气泡在射流阶段、射流击穿气泡和回弹3个阶段气泡形态变化剧烈;多边界条件下,竖直刚性边界影响气泡内部射流的偏转角度;水平刚性边界影响气泡膨胀和溃灭过程的发展形态,气泡与水平刚性边界的距离大于、小于气泡半径时,产生2种不同的回弹形态;距自由液面越远,气泡内部射流越宽,自由液面对液面上方水柱高度的影响大于刚性边界.通过气泡和多边界相互作用的研究有利于揭示在复杂环境下空泡动态演化机制,可为复杂环境下气泡动态特性的预测分析提供相应支撑.
2023 Vol. 41 (4): 393-399 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 3203KB] ( 248 )
农业水土工程
400 张二信,吕畅,张文倩,董爱红,王彦邦,牛文全,*
加气对滴头堵塞行为的影响
为探明加气滴灌下滴头堵塞规律及影响因素,选用4种不同特征参数(流量Q、最小断面尺寸min(W,D)和入水栅格面积M)的内镶贴片式滴头E1,E2,E3和E4,分别在加气(AI)和未加气(CK)条件下进行了滴头堵塞测试,并通过泥沙絮凝沉降试验对其结果进行了验证.结果表明:加气和滴头结构对滴头堵塞性能具有显著影响(P<0.05).加气加剧水中泥沙颗粒的絮凝沉降、加速絮凝颗粒在毛管内和流道入口的黏附、增大滴头入口发生突然堵塞风险是造成加气加剧滴头堵塞的主要原因;当选择入口尺寸较大的E4滴头时,其流道入口堵塞风险降低、流道内泥沙絮凝沉降速率减缓而表现出加气减缓滴头堵塞,而选择入口尺寸较小的E1—E3滴头时,其毛管内泥沙絮凝沉降速率增大、滴头入口堵塞风险增高而表现出加气加剧滴头堵塞.
2023 Vol. 41 (4): 400-408 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 2482KB] ( 229 )
409 蒋泽引,刘小刚*,吴朗,张文慧,杨启良
水肥光耦合对小粒咖啡生长特性及水肥利用的影响
为探明小粒咖啡灌溉、施肥和遮荫高效管理模式,设置灌水(WL:0.8ETP,WM:1.0ETP和WH:1.2ETP,其中ETP为水面蒸发量)、施肥(FL∶N∶P2O5∶K2O=90.8∶90.8∶90.8 kg/hm2,FM∶N∶P2O5∶K2O=181.6∶181.6∶181.6 kg/hm2和FH∶N∶P2O5∶K2O=272.4∶272.4∶272.4 kg/hm2)和遮荫(NS:自然光照和S:30%遮荫度)三因素完全组合试验,研究不同灌溉、施肥和遮荫对小粒咖啡冠层结构、光合特性、水肥利用以及干物质累积的影响,同时拟合不同水肥光条件下光合指标日变化.结果表明,提高灌溉水平和遮荫度会显著降低冠层开度,增加叶面积指数、净光合速率和蒸腾速率.与NS相比,处理S光合特性日变化拟合曲线为“单峰”,同时对干物质累积量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力分别提高6.24%,11.21%和11.54%.提高灌溉水平能增加干物质累积量与肥料偏生产力,但降低了灌溉水分利用效率.与FL相比,FH提高干物质累积量和灌溉水分利用效率分别为20.59%,6.94%,FM分别提高23.00%和7.63%.由极差分析及综合评分法得出,WMFLS组合的小粒咖啡干物质累积量与水肥利用的综合效益最大.研究结果可为小粒咖啡高效生产提供实践参考.
2023 Vol. 41 (4): 409-416 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 1617KB] ( 314 )
417 魏海江,许增光*,耿凯强,冯上鑫
渗蚀过程中孔结构参数对细颗粒流失的影响
利用核磁共振监测了渗蚀过程中孔隙分布的演变规律,并通过自编程序测量了流失细颗粒的粒度分布,最后,基于灰色系统理论讨论了孔结构参数对细颗粒流失的影响.结果表明,初始细颗粒百分数越小的试样渗蚀越严重.水力梯度恒定时,累计细粒流失百分比随时间呈指数增大,渗蚀过程可分为发展、缓蚀和平衡阶段.细粒对渗蚀的敏感性随粒径的减小而增强,而表面形态对细颗粒运移的影响程度随粒径的减小而减小.渗蚀过程中土-水相互作用的强度与细颗粒百分数和水力梯度分别呈正相关关系.总体而言,收缩尺寸分布的连通性和非均质性逐渐增强,复杂程度逐渐减弱,等效开口尺寸逐渐增大.孔结构参数对颗粒流失的影响程度从大到小依次为分形维数、不均匀系数、控制收缩尺寸、最可几孔径.
2023 Vol. 41 (4): 417-424 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 5970KB] ( 246 )
425 王文旭,杨树青*,胡玲玲,张万锋
外包滤料对暗管排水与土壤脱盐效果的影响
为了探究不同外包滤料条件下的暗管排水性能和土壤脱盐效果,基于室内试验研究成果,在田间设置4种暗管排水系统(各系统中暗管埋深均为80 cm,间距均为20 m),所用外包滤料分别为68 g/m2土工布(L)、砂滤料(S)、68 g/m2土工布+砂滤料(LS)和无外包滤料(W),以当地常规明沟排水(CK)作为对照,通过田间试验分析了春灌过程中各暗管系统的排水性能指标及土壤脱盐效率.结果表明:相比处理W,处理L,S和LS平均排水速率提升了7.44%,12.55%和15.75%,平均流量衰减度降低4.07%;处理S和LS累积排水量提高了5.11%和8.31%(P<0.05).各暗管处理春灌后平均土壤脱盐率均达47%以上,较CK提升显著,其中处理LS效果最优,为50.94%.综上,应优先选择处理LS作为河套灌区暗管排水系统外包滤料布设方案.该研究结果可为河套灌区暗管排盐技术的推广应用提供理论支撑和科学指导.
2023 Vol. 41 (4): 425-432 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 2399KB] ( 250 )
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主　　编
 袁寿其
编辑出版
 《排灌机械工程学报》编辑部
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