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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 12期
刊出日期：2023-12-25
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 (12): 1- [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 29521KB] ( 104 )
2
 目录
 
2023 Vol. 41 (12): 2- [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1006KB] ( 60 )
泵理论与技术
1189 吕忠斌,刘洁琼,曹璞钰*,尤保健
基于正交试验的低比转数离心泵高效设计
为了研究叶轮结构参数对离心泵效率提升的影响,以某单级单吸立式离心泵(比转数ns=40~60)为研究对象,选取叶轮出口宽度b2、叶片数Z、叶片出口安放角β2和叶片包角φ为试验因素,建立L9(43)正交试验方案,在0.75Qd~1.20Qd(Qd为额定流量)工况下进行各方案模型的数值计算,分析各因素对水力性能的影响,继而得到该泵叶轮结构的最佳参数组合.随后按照最佳尺寸修改叶轮,将优化后水泵外特性试验结果与原泵进行比较.结果表明:高效设计时,低比转数离心泵叶轮结构参数对效率影响程度由大到小依次为b2,β2,φ,Z,影响水力性能的主要因素为b2;确定了高效设计时叶轮结构参数的最优水平组合;优化后泵效率较原泵整体提高近2.85%,高效区扩宽至0.75Qd~1.20Qd工况范围;最后得到修正系数k′b2,k′Z,k′φ,用于指导低比转数离心泵的高效设计.
2023 Vol. 41 (12): 1189-1195 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 3412KB] ( 98 )
1196 刘欣,黎义斌*,马文生,杨由超,常杰元
颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性的影响
为探究颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性影响,基于颗粒轨道模型,采用RNG k-ε湍流模型和Tabakoff磨损模型,对混流泵进行固液两相流磨损数值计算.对比分析了叶轮和空间导叶区域不同颗粒直径条件下的颗粒轨迹、颗粒对壁面切应力、磨损云图及平均磨损率分布情况.结果表明:叶片进口及叶片与后盖板连接处、导叶与外壁连接处及工作面头部、背面出口区域是最容易发生磨损的位置.随着颗粒直径的增大,叶轮和空间导叶内颗粒的运行轨迹更加紧凑,叶轮区域颗粒轨迹由叶片背面逐渐靠近叶片工作面;空间导叶区域颗粒在导叶中前段主要沿着工作面运行,在导叶后段主要沿着背面运行.同时,颗粒直径越大,其对壁面的切应力越大,叶片和导叶的磨损面积越大、平均磨损率越高,并且叶片和导叶的增幅最大,说明叶片和导叶是最容易受到磨损破坏的部位,对比3种颗粒造成的平均磨损率发现,直径3 mm颗粒造成的平均磨损率比0.1 mm颗粒的大2—3个量级.
2023 Vol. 41 (12): 1196-1202 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 5424KB] ( 101 )
1203 连加俤,吴鑫燚,黎义斌,许静*,许生军,朱泽飞
弹性转子油气混输泵的非线性动力学研究
为了研究弹性体转子外表面橡胶非线性变形对弹性体转子泵的影响,采用非线性单向流固耦合方法,建立转子啮合接触有限元模型,将非定常计算结果内流压力载荷施加到转子表面,研究圆弧转子型线和宽头刮边转子型线在不同的橡胶壁厚和出口压力下,对转子泵效率和启动扭矩的影响.结果表明,无论采用哪种型线,压差对橡胶剪应力和变形量影响较大,而转动角度对剪应力峰值影响较小;剪应力较大值主要出现在转子与衬套、转子与转子接触点附近靠高压区侧的圆弧区;壁厚与最大剪应力和橡胶变形呈正相关.设计的螺杆转子和得到的数据可用于弹性转子油气混输泵的设计和优化,延长弹性体转子油气混输泵在深海环境下的使用寿命,并大大节省了维护成本.
2023 Vol. 41 (12): 1203-1211 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 2888KB] ( 78 )
1212 王宇杰,梁钟,王军*,谭洵,张陈诗,
蜗壳型线切割对小型离心泵性能和流场影响的数值研究
采用小型循环泵可以使燃气热水器实现热水零等待.针对此类型泵所处的特殊运行环境,提出了一种蜗壳型线切割设计方法.以某燃气热水器用离心泵为研究对象,引入切割方位角θs定义周向切割位置,并采用数值模拟方法,探究不同周向切割位置对泵水力性能和流场的影响.结果表明:蜗壳型线切割使蜗壳过流面积在相应周向范围内呈现先减后增的变化规律,并在蜗壳切割面上形成低压区.而当切割方位角θs=150°时,该低压区恰好处在叶片出口端,更多介质改经叶片吸力面侧流入蜗壳,对应流道通流量上升,叶片做功能力因叶片两侧压差增大而增强,从而使水泵扬程在大流量工况基本保持不变的基础上,于Q=7 L/min工况点提升约2.7%.但蜗壳型线切割同时破坏了型线的曲率连续性,使蜗壳内的流动损失增加,水泵在各工况的运行效率出现了不同程度的下降.
2023 Vol. 41 (12): 1212-1218 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 14135KB] ( 99 )
水利水电工程
1219 郭俊鑫,杨爱军,周宇阳,*,金峰,李镇
共水力单元发电机组动态特性工程化仿真
针对共水力单元发电机组水力耦合数学模型缺乏岔点描述等问题,引入共管岔点压力的微分表达式,与水力系统以及调速器模型共同构成新的水力发电机群数学模型,在机群共轭以及反轭调节的工况条件下分别进行仿真试验,基于岔点压力的动态变化探讨共水力单元机群的水力干扰特性及其复杂的调节搭配问题,以便于共水力单元机群参与机网协调控制时灵活采用群内协调方式,满足AGC与一次调频等快速调节要求.仿真试验证实了反轭调节的有利影响,基于通用DCS的组态实现方法为其工程在线应用提供了现实条件.
2023 Vol. 41 (12): 1219-1224 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1594KB] ( 89 )
1225 储善鹏,张健,何伟*
相继甩负荷工况最不利间隔时刻点
基于双机一洞布置型式的抽水蓄能电站输水系统水流动力方程和机组动量方程推导了先甩机组的尾水管进口最小压力解析公式,利用该解析公式分析并推测了尾水管进口压力最小值对应的相继甩负荷最不利间隔时刻点,并基于瞬变流理论和特征线法对某抽水蓄能电站工程实例进行了水力过渡过程数值模拟计算,计算结果验证了该分析和推测的准确性.结果表明:无论是同时甩负荷或是相继甩负荷,尾水管进口最小压力所在的机组运行轨迹点均极靠近机组特性曲线“反S”区间下弯点,且在下弯点以上;当尾水管进口最小压力出现在先甩机组时,对于先甩机组尾水管进口压力而言的最不利相继甩负荷间隔时刻点出现在先甩机组运行轨迹点第一次行至特性曲线“反S”区间Ⅱ区范围内.研究结果为抽水蓄能电站机组尾水管进口压力最小值计算以及控制工况选取提供了参考.
2023 Vol. 41 (12): 1225-1231 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 2009KB] ( 65 )
流体工程
1232 梁兴*,李燕,刘梅清,王云龙,崔世杰
高扬程长爬坡泵系统水锤的防护
针对“高扬程、长爬坡”输水系统事故停泵水锤防护问题,以某供水工程为例,基于特征线算法,分析单向调压塔、空气罐、空气阀等不同水锤防护措施联合下的过渡过程特性,重点探讨了空气罐的水锤防护特点.结果表明:在泵后布置空气罐能在爬坡段有效提高最小水锤压力,且随着空气罐体积增加,水泵倒转转速虽略有增加,但总体水锤防护效果越好;单向调压塔对安装点之后高程低于塔内水位的管线保护作用较强,对安装点之前爬坡管线几乎无保护作用;采用以空气罐-单向调压塔-空气阀相结合可以有效减小空气罐体积,最优方案下最大水锤压力为348.98 m,最小水锤压力为-2.87 m,满足水锤防护要求;对“高扬程、长爬坡”的泵系统,以空气罐为主进行联合水锤防护是一种安全、经济的防护方案.
2023 Vol. 41 (12): 1232-1236 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 2344KB] ( 132 )
1237 赵斌,廖静,任延杰*,杜小泽
风力机叶片覆冰机理与防除冰技术研究进展
为了解决风力机叶片覆冰可能导致的叶片气动性能恶化、机组发电量损失和叶片断裂等问题,现已广泛开展了防除冰技术方面的研究.概述了风力机叶片覆冰机理、类型以及其影响因素,分析了基于运行参数与历史监测数据的风力机叶片覆冰故障诊断方法与技术.并从叶片气动特性、数学模型方法与智能数据挖掘3个方面归纳了近年来国内外风机覆冰故障预测技术及该领域的现存问题与研究热点.重点论述了风力机叶片的防除冰方法与技术及其各自的优缺点,探讨了现有的防除冰方法及应用现状、存在问题与发展趋势,并对未来高精确性与可靠性的覆冰故障诊断与预测技术、高效防除冰技术等方面的开发与利用中可能涉及的关键问题进行了总结,以期能够为湿冷地区风电场防除冰技术的发展提供借鉴和指导.
2023 Vol. 41 (12): 1237-1245 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 2109KB] ( 97 )
1246 彭佳艺,黄萍*,李亚林,孙海超,徐慧,郑峰
水槽式与嵌入式洗碗机水力性能对比
为对比研究水槽式洗碗机和嵌入式洗碗机内水泵、喷淋臂等水力部件的内流特性,以及洗碗机类型对扬程和水力效率的影响,基于SST k-ω湍流模型对2种洗碗机内部流场进行高精度数值模拟.研究结果表明:水槽式洗碗机创新实现蜗壳和喷淋臂结构二合一,有效去除管路系统,不仅避免了管路的藏污纳垢,且整机的水力效率比嵌入式洗碗机高2%,同时具有较高的整机扬程,但是其创新结构使得泵内复合式叶轮存在叶顶间隙涡、轴向漩涡等不利流动现象,其水力模型有待优化.嵌入式洗碗机则存在明显的“大马拉小车”现象,水泵和附加流道等过流部件均需改进和优化.对2种洗碗机内水泵水力性能对比分析的研究结果可为创新设计新型洗碗机提供参考.
2023 Vol. 41 (12): 1246-1254 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 47439KB] ( 82 )
1255 郭涛,李晔*,李德顺,韩伟,李仁年,
动态风向对风力机尾流演化规律的影响
为了研究动态风向对水平轴风力机尾流演化规律的影响,文中基于OpenFOAM软件平台,采用大涡模拟(LES)耦合致动线模型(ALM)的方法,分析动态风向幅值变化对尾流速度特性、湍流特性以及蜿蜒特性的影响.研究结果表明:随着动态角度幅值的变化,尾流速度上的差异主要体现在4D(D为风轮直径)以后,且随着角度幅值的增加,尾流平均速度的恢复越来越快;动态风向条件下,叶尖涡出现震荡现象,且随着动态风向角幅值的增加,震荡幅度越来越大;风向角的动态变化加剧了尾流的蜿蜒,随着角度幅值的增加尾流中心最大偏移量增加,增长符合二次幂函数规律,且远尾流的增长率远大于近尾流;当动态角度变化幅值达到15°时,10D处的尾流中心偏移量达到了48.62%;动态风向角变化幅值的增加会改变尾流边界,导致尾流影响范围扩大.
2023 Vol. 41 (12): 1255-1260 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 45354KB] ( 79 )
农业水土工程
1261 马红雨,李仙岳*,孙亚楠,胡琦,辛懋鑫,池利刚,张俊
基于无人机遥感的不同控释肥夏玉米SPAD差异性
基于不同控释肥用量对SPAD的影响,选取了15个光谱变量构建了控释肥施用农田SPAD多光谱遥感模型,揭示了夏玉米拔节期、抽雄期和灌浆期冠层SPAD分布对氮肥类型和控释肥用量的响应特征.结果显示:控释肥释放缓慢,在生育后期各处理夏玉米SPAD具有显著性差异,另外控释肥超过一定阈值(225 kg/hm2)后,增施控释肥后SPAD不会明显增加,这说明过量氮肥不能持续提高叶绿素的含量.构建的夏玉米SPAD无人机多光谱遥感模型在3个生育期建模集R2平均值为0.61,RMSE平均值为4.60,nRMSE平均值为7.60%,通过模型估算,最终获得控释肥施氮量在225 kg/hm2时的SPAD最大.因此,利用无人机遥感技术能够实现对控释肥农田夏玉米SPAD的精准监测,对于进一步制定合理的施氮方案具有重要意义.
2023 Vol. 41 (12): 1261-1267 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 5944KB] ( 116 )
1268 周振鹏,叶含春,*,王振华,宋利兵,
降解膜覆盖下磁化水滴灌对加工番茄产量和水分利用效率的影响
为探究降解膜覆盖下磁化水滴灌对加工番茄产量和水分利用效率的影响,田间试验设置磁化水滴灌(T)和常规水滴灌(N)2种灌水类型,普通地膜(M1)、黑色氧化生物双降解膜(M2)和白色氧化生物双降解膜(M3)3种地膜类型.结果表明:与普通地膜覆盖相比,黑色降解膜和白色降解膜产量平均降低1.14%和3.56%,WUE降低1.16%和3.52%;3种地膜覆盖的保水性和保温性从大到小依次为M1, M2, M3.与常规水滴灌相比,磁化水滴灌能显著提高0~40 cm和0~60 cm土层土壤含水率;磁化水处理较常规水处理的LAI和地上干物质量均有显著增加,并对各光合指标有积极的促进作用.磁化水滴灌处理较常规水滴灌处理产量增加了31.61%、WUE增加了36.70%.基于TOPSIS分析对各指标进行综合评价,认为覆盖黑色降解膜和滴灌适宜磁化强度磁化水(3×106 A/m)可替代普通地膜覆盖下滴灌加工番茄种植模式.研究可为缓解北疆地区残膜污染、提高滴灌加工番茄产量和水分利用效率提供科学依据.
2023 Vol. 41 (12): 1268-1275 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 1470KB] ( 130 )
1276 徐坤,*,肖凯,袁贵杰,徐云峰,张西良
栽培基质pH原位检测温湿度双补偿方法
针对栽培基质pH原位检测过程中基质温度和湿度影响导致的测量误差大的问题,提出了一种栽培基质pH原位检测温湿度双补偿方法.以典型栽培基质(泥炭、蛭石)为目标材料,选用自制的全固态pH传感器,首先建立传感器温度补偿数学模型,在此基础上,分别试验研究了湿度变化对土壤各种类型栽培基质pH原位测定结果的变化影响及其规律,并分别建立了各种类型栽培基质中的pH原位测定温湿度控制双补偿数学模型.最后,利用栽培植物基质pH原位测定的试验方法研究,并对所建立的双补偿数学模型结果进行了评价和分析.试验研究结果分析显示,针对土壤泥炭基质和土壤蛭石基质,通过温湿度双补偿算法处理后, pH原位检测的测量绝对误差从-1.79~0.72降低到0.16~0.27,相对误差从-32.84%~11.45%降低到2.66%~4.95%,整体测量误差水平已达到《土壤pH的测定》标准(NY/T 1377—2007)规范的精度要求.
2023 Vol. 41 (12): 1276-1282 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1292KB] ( 91 )
排灌装备制造技术
1283 卿启维,邓方雄,李文斌,邓慧铭,余志顺,卢加兴,刘小兵*
喷嘴射流径向偏移斗叶对冲击式水轮机稳定性的影响
针对冲击式水轮机在实际安装和检修过程中,常出现喷嘴射流中心线偏移转轮斗叶节圆的问题,采用VOF多相流模型和SST k-ω湍流模型,对国电大渡河吉牛水电站冲击式水轮机斗叶内部压力脉动及转轮受力进行了数值模拟,并对射流偏移前后水轮机振摆和效率进行了实测,分析了喷嘴射流中心线径向偏移斗叶节圆对冲击式水轮机稳定性的影响.数据模拟时,水轮机设定3种运行工况:喷嘴射流中心线向转轮斗叶外缘方向偏移、向转轮中心方向偏移,以及无偏移.结果表明射流发生径向偏移后,水轮机轴向力和压力脉动显著增大,而径向力和效率均减小,并且向斗叶外缘方向偏移的压力脉动均大于向转轮中心方向偏移的,更大于无偏移工况的.根据数值模拟结果可得,轴向力最大时达到无偏移工况时的2.27倍;实测结果为向斗叶外缘方向偏移后的轴向振动较无偏移工况的高达3.40倍、径向摆度达到1.30倍.
2023 Vol. 41 (12): 1283-1289 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 16632KB] ( 97 )
1290 樊玉杰,郝梦杰,陈俣哲,夏晶,李彬
流体润滑条件下复合润滑织构改善缸套表面摩擦性能
为了改善缸套表面摩擦性能,以YTRC2110D型柴油机为研究对象,在缸套流体润滑区域进行复合润滑结构设计.基于摩擦试验,探讨了润滑条件下复合润滑结构改善缸套表面的摩擦性能和磨损机理,并找到性能最优的复合润滑结构.结果表明,在流体润滑条件下,复合润滑结构比单一微织构减摩性能更好.相比光滑表面,单一微织构表面平均摩擦系数下降32.86%,磨损质量最多只降低9.6%,磨损表面粗糙度Sa最高只下降了16.57%,分形维数D只上升4.67%.其表面磨损区域主要为浅犁,还伴随着少量的深犁,复合润滑结构表面平均摩擦系数可以下降42.2%,磨损质量最多减少了17.6%,磨损表面粗糙度Sa最高下降26.86%,分形维数D上升8.77%.复合润滑结构接触表面通过动压油膜和二硫化钼转移薄膜共同作用,磨损表面只产生少量浅犁.研究结果为缸套表面摩擦性能的改善提供了理论依据.
2023 Vol. 41 (12): 1290-1296 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 51509KB] ( 82 )
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主办单位
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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
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编辑出版
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