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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2011年 29卷 2期
刊出日期：2011-03-30
泵理论与技术
流体工程
节水灌溉工程
泵站工程与给排水
   
泵理论与技术
93 袁寿其, 司乔瑞, 薛 菲, 袁建平, 张金凤
离心泵蜗壳内部流动诱导噪声的数值计算
鉴于离心泵内部流动声场边界条件复杂,直接求解需要高昂的计算资源且数值模拟难度大,采用间接混合算法,基于CFD+Lighthill 声比拟理论对蜗壳内部流场进行声学求解．在分析离心泵蜗壳内部流场主要噪声源是偶极子的基础上,采用基于S-A模型的分离涡模拟(DES)方法进行三维非定常流场计算．提取作用在蜗壳内表面的脉动力作为偶极子声源导入声学求解器SYSNOISE5.6,采用直接边界元法(DBEM)进行内声场求解,得到偶极子声源和内声场的声压分布图．积分求得蜗壳及出口管道表面监测点的声压级大小．声场计算的结果表明：离心泵蜗壳内部流动诱导噪声源的分布与压力脉动直接相关,在主要产生压力脉动的隔舌附近,有较强的偶极子源分布,其频率特性与压力脉动相似．场点声压值与偶极子源的大小之间不是简单的线性关系,叶频下最强．用管道法进行离心泵出口流动噪声的测试是可行的,流量是声场辐射的主要影响因素之一．
2011 Vol. 29 (2): 93-98 [摘要] ( 3005 ) [HTML 1KB] [PDF 514KB] ( 2262 )
99 王 勇, 刘厚林, 袁寿其, 谈明高, 王 凯
离心泵内部空化特性的CFD模拟
基于ANSYS CFX软件应用标准 k-ε 湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对一比转数为94的离心泵在不同工况下其内部的空化特性进行数值模拟.根据模拟结果预测了模型泵无空化时的能量特性和发生空化时的空化性能,分析了不同空化状态下叶轮中间流面内的空泡分布和叶片中间流线上的载荷特性,并与试验结果进行对比.结果表明:预测结果具有一定的精度,模型泵在3个工况下空化余量的绝对误差分别为0.25,0.29和0.06 m.流场分析表明：随着进口总压的降低,空泡首先在叶片背面进口边附近产生,然后沿流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增加向叶片工作面扩展;与其他叶片相比,正对蜗壳隔舌叶片中间流线上的载荷最小.随着泵空化程度的加剧,除正对蜗壳隔舌的叶片外,其余叶片上相对位置为0.35～0.80处的载荷明显增加,说明空化对叶片载荷有较大的影响.
2011 Vol. 29 (2): 99-103 [摘要] ( 3637 ) [HTML 1KB] [PDF 508KB] ( 4147 )
104 童明伟， 秦增虎
进入热泵机组的江水水质与过滤特性试验
为解决长江中上游的地表水中含沙量大,微生物以及悬浮物含量高，而不能直接作为江水源热泵机组的循环冷却用水的问题，对长江重庆段的水温和水质情况进行了分析，介绍了水流防堵除渣装置的原理，并通过试验测试了水流防堵除渣装置的性能.试验结果表明:过滤后的江水含沙量可降低到100 g/m3左右，平均去除率达68.5%，悬浮物及水藻含量也明显减少，浊度基本能够控制在50～100 NTU，平均去除率为73.1%，能够满足直接进入机组的水质要求.装置压力管道负载阻抗与安装管路特征阻抗相匹配，其水击压力幅值很小，能解决长江水进入热泵机组的清污、防堵、防水击的关键技术.整个分离系统结构简单,安装方便,运行可靠,运行费用低，能实现利用水流及重力完成浊水的自动过滤、自动清渣和自动排污，可在长江中上游的地表水源热泵中应用.
2011 Vol. 29 (2): 104-108 [摘要] ( 2405 ) [HTML 1KB] [PDF 366KB] ( 1993 )
109 王 洋， 王洪玉， 徐小敏， 张 翔
冲压焊接离心泵叶轮有限元计算
为计算叶轮的应力及变形情况，在ANSYS软件中采用流固耦合方法将流场计算得到的分布压力施加到叶轮结构上，对冲压焊接离心泵叶轮进行有限元分析.首先对不同网格密度的叶轮模型进行计算，在此基础上，分别计算了设计工况下叶轮在离心载荷、流场压力载荷及两者共同作用下的等效应力及变形情况，并分析了叶轮最大应力及最大总变形随流量的变化情况.结果表明:离心载荷引起的应力及变形明显小于流场压力载荷引起的应力及变形.叶轮在流场中的应力及变形主要由流场压力载荷引起，但在考虑离心载荷后叶轮的最大应力和变形均略有增大.各种载荷作用下叶轮的等效应力在小流量工况下最大，随流量的增大不断减小.叶轮的最大总变形在小流量工况下最大，随流量的增大先减小后增大，在最高效率工况下出现最小值.
2011 Vol. 29 (2): 109-113 [摘要] ( 2221 ) [HTML 1KB] [PDF 445KB] ( 2175 )
114 丛小青， 钱玉琴， 张孝春， 王利伟
磁力泵磁力驱动系统仿真
在研究圆筒式径向磁力驱动器结构特点、设计流程、设计方法的基础上，以SolidWorks为软件支撑平台，利用Visual Basic语言对SolidWorks提供的API函数进行二次开发，所形成的仿真系统包括3部分，分别为参数化设计、参数化建模和参数化有限元分析，可以快速地实现磁力驱动器各部分零件的自动建模和装配.同时，基于ANSYS有限元软件，对圆筒式径向磁力驱动器的磁场建立二维模型，对其磁场进行数值求解计算，分析磁力线分布，磁感应强度分布和磁力矩大小.最后，针对有限元软件在磁力驱动器设计中的应用要求，基于ANSYS平台开发了参数化的磁力驱动器有限元分析系统，该系统方便了磁力驱动器在一定结构不同参数下快速更新模型和进行有限元仿真分析，为磁力驱动器的研究提供了高质量低成本的设计分析方法.
2011 Vol. 29 (2): 114-117 [摘要] ( 2390 ) [HTML 1KB] [PDF 373KB] ( 2379 )
123 汤 跃, 赵 坤, 许文博
基于Excel的水泵性能试验数据处理的VBA开发
水泵性能曲线试验数据在用Excel表格进行存储时,为了使水泵性能数据在Excel通用电子表中能自动进行数值计算,利用VBA对原先编制的Excel水泵性能试验数据处理表进行了二次开发.在电子表中增加了水泵试验容差等级选择和试验结果按钮,根据GB/T 3216—2005标准规定的容错等级和判别准则以及最小二乘拟合算法和插值计算算法,分别对这两个功能按钮进行了VBA编程,通过点击试验结果按钮,就可实现水泵性能试验数据的插值计算和性能判别,得到了水泵规定点和交点的性能数据及判别结果.以BQW15-30-4型潜水泵为应用实例,进行水力性能试验,并进行了性能判别及绘制性能曲线.结果表明, H-Q 曲线刚好与容差十字线垂直线段下端相交,满足要求.该方法增强了Excel处理水泵试验数据的插值计算功能,省略大量曲线绘制工作.
2011 Vol. 29 (2): 123-126 [摘要] ( 2695 ) [HTML 1KB] [PDF 333KB] ( 2730 )
泵站工程与给排水
127 冯晓莉, 仇宝云, 杨兴丽, 申 剑, 裴 蓓
大型泵站运行优化方法及其应用
为了掌握适于求解具有多变量的大型泵站运行优化问题的现代优化方法,阐述了遗传算法(GA)、基本粒子群算法(PSO)与模拟退火粒子群算法(SA-PSO)的基本原理,分析了算法的异同点,从理论上得出PSO算法较GA算法更简单、更高效.以南水北调东线工程江都泵站系统为例,当泵装置扬程一定时,以各座泵站开机台数和水泵叶片角度为变量,运行费用最少为目标函数,并且满足总抽水流量、单机允许抽水流量以及开机台数等约束条件,建立运行方案优化数学模型,确定各座泵站开机台数、机组运行工况和日运行费用.分别采用遗传算法、基本粒子群算法和模拟退火粒子群算法求解,可行性规则处理约束条件,应用Matlab语言编制优化计算程序.结果表明:SA-PSO算法求解的泵站变角优化运行方案,较在设计角度运行的方案节省运行费用0.99％～4.22％,较GA,PSO算法最优解方案分别节省运行费用0.22％～2.80％和0.02％～0.40％;3种算法的运算时间分别为30,52,25 s.因此,SA-PSO算法较为适合于大型泵站运行优化问题的求解.
2011 Vol. 29 (2): 127-132 [摘要] ( 2172 ) [HTML 1KB] [PDF 344KB] ( 2616 )
133 高传昌, 王玉川, 石礼文, 刘 伟, 杨洪存
泵站前池非连续挑流消能防沙技术措施
通过前池水力过流情况分析和改造前现场试验,发现前池流态紊乱导致了田山一级泵站机组的剧烈振动和颤振.提出了由非连续底坎、非连续挑流墩和两道压水板组成的非连续挑流消能防沙技术措施,并对改造后泵站的运行情况进行了现场试验.试验结果表明,采用技术措施改造后,前池、进水池流态和水泵进水条件得到了显著的改善,池中断面流速分布趋于均匀且断面紊动能量明显降低;测试机组单泵流量平均提高了0.14 m3/s,水泵效率平均提高了4.99％,泵站装置效率平均提高了3.88％;消除了泵体颤振,使水泵喇叭口振动标准由4.5级烈度降低到1.8级烈度;减缓了前池和进水池泥沙淤积,使试验前池和进水池清淤时间由改造前的运行800 h延长至改造后的运行1 300 h,防沙效果良好.非连续挑流消能防沙措施为多泥沙河流泵站技术改造提供了一种简单有效的方法.
2011 Vol. 29 (2): 133-138 [摘要] ( 2246 ) [HTML 1KB] [PDF 438KB] ( 2220 )
139 胡 坚， 蔡 兰， 刘 孟
离心风机在污水处理中的喘振机理
为了保证污水处理厂离心风机的安全运行，防止离心风机在运行过程中发生喘振，从其特点出发，介绍了喘振研究现状，分析了污水处理中引起离心风机喘振的因素，研究了喘振的产生和防止措施.从设计角度考虑，对比了4种常用的需氧量计算方法，得到了工艺设计时采用的需氧量计算式.以某污水处理厂1期工程为例，根据风机出厂性能曲线，以及现场检测的运行数据以及运行状态，重新计算得到了准确的喘振控制点供气流量.采用改变风机切换方式的操作方法，可以减轻曝气盘微孔堵塞的程度，降低风机出口阻力，使风机运行工况点偏离喘振点；风机出口压力降低了5 kPa，曝气盘再生周期延长了1 a以上.在风机进口装设导流器，减小了小流量时叶轮进口气流冲角，改变了风机特性，加大了运行调节范围；试验结果表明，流量调节到60%时，效率下降平缓.
2011 Vol. 29 (2): 139-143 [摘要] ( 2480 ) [HTML 1KB] [PDF 331KB] ( 2964 )
144 张 蕾, 魏 龙, 冯 飞, 涂中强, 徐治皋
基于能量价值理论的电站循泵优化及系统开发
节能降耗与追求利润是市场经济条件下电力生产的主题．以工程热力学和能量价值理论为基础,利用汽轮机背压修正曲线、循环水泵和凝汽器的特性公式,并充分考虑煤、电能量价值的市场差异,分别建立了基于供电煤耗的循环水系统能耗优化模型,以及基于能量价值理论的循环水系统经济优化模型的目标函数．开发了基于PI实时数据库和.NET平台的火力发电厂循环水优化系统,以一定周期从PI数据库中实时读取电厂最新工况信息,进行数据预处理和稳态判别,利用遗传算法计算生成循环水泵的最优在线运行方式,求出该运行方式下的优化收益,给出了操作建议．该系统已在某电厂6台机组上实现了循环水泵的在线优化调度．实际运行表明：在某工况下,该电厂1＃、2＃机组通过减开一台循环水泵,节约厂用电量975.46 kW,增加收益171.18元／h,减轻了运行人员操作的盲目性,改善了循环水泵粗调或不调的现状．该系统界面友好,操作性强,易于移植和推广．
2011 Vol. 29 (2): 144-148 [摘要] ( 2295 ) [HTML 1KB] [PDF 385KB] ( 1927 )
流体工程
149 张智韬, 刘俊民, 陈俊英, 汪志农, 李援农
基于遥感和蚁群算法的多目标种植结构优化
针对农业种植结构与水资源不匹配的问题,以主要作物不同生育期需水特点和区域降水特点吻合性为基础,建立了考虑灌区节水效益、经济效益和生态效益的多目标种植结构优化模型,并以宝鸡峡五泉灌区为例,利用遥感快速获取灌区种植结构信息,并以不同口粮面积约束为条件建立2种优化方案,采用蚁群算法对模型在不同约束下的2种优化方案进行优化求解.结果表明:方案1,2的灌区需水总量为现状的85.4％和83.4％,纯收入比现状在平水年低5.4％和高7.1％,在干旱年低5.9％和高7.3％,降雨耦合度分别在平水年高12.6％和15.6％,干旱年高17.5％和28.6％,对2种不同约束方案优化结果比较得出,方案2为最优调整方案.该研究在未改变原有灌区种植面积的条件下,经种植结构优化调整后,既可保持灌区生态环境的可持续发展,又使灌区经济收入有很大的提高.这对农业节水规划具有较高的实用价值和理论意义.
2011 Vol. 29 (2): 149-154 [摘要] ( 2029 ) [HTML 1KB] [PDF 348KB] ( 1828 )
155 李永业, 孙西欢, 王 锐
起旋器内部的流速场和涡量场特性
为解决低压管道灌溉中存在的含沙水流淤堵管道的问题,采用了低压管道灌溉的螺旋流输水方式.起旋器是产生螺旋流的主要装置,通过理论分析与试验探索,在起旋器内部通道设置了4个测试断面,并对各测试断面内螺旋流的水力特性进行研究.结果表明:导叶对起旋器内部的流速场和涡量场都有重要影响.在不同半径的柱面上,导流片曲线段区域流速变化较大,且越靠近圆管边壁流速变化越强烈.在相同半径的柱面上,轴向流速变化最大,周向流速变化次之,径向流速变化最小.在导叶的进口产生涡旋,继而涡量不断增加并向无导流片区域扩散,形成了涡量密集区且在有导流片的区域,越靠近圆管边壁涡量变化越快.同时用罗斯比数与埃克曼数的大小来反映水流通过起旋器时水流旋转的强烈程度.起旋器内螺旋流涡量场中罗斯比数小于1,埃克曼数量级为10-6～10-5,表明水流通过起旋器时旋转较为强烈.
2011 Vol. 29 (2): 155-159 [摘要] ( 2267 ) [HTML 1KB] [PDF 475KB] ( 2890 )
160 康 灿, 杨敏官， 张 峰, 高 波
圆柱水射流中的能量分布与统计特征
在13，15，17 MPa压力下，采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对自由圆柱水射流的轴向速度、轴向脉动速度和液滴粒径进行测量，对通过射流场中不同位置测量体的单个液滴特征进行统计分析，以获得单个液滴的轴向速度和对应的液滴数的相关特征，进而分析射流束中的能量分布.研究结果表明：在相同压力条件下，不同轴向截面上的轴向速度分布呈现一定的相似性，截面边缘处的轴向速度梯度较大；截面边缘处的轴向脉动速度较大，且随射流压力增加，轴向脉动速度增大.对位于中间点的测量体，具有较高速度的液滴占据绝大多数；对边缘处的测量体，液滴速度谱较宽.在不同轴向截面上，随射流压力的变化，对应位置的统计关系变化规律不同.在设定的第1采样时段内，在各中心点处测量体内采集到的有效液滴数相差不大.但穿越边缘点测量体的有效液滴数随射流压力和截面位置的变化极不规则.
2011 Vol. 29 (2): 160-164 [摘要] ( 2175 ) [HTML 1KB] [PDF 458KB] ( 2276 )
165 王和顺， 董 霖， 黄泽沛， 张车宁， 陈次昌
静压干气密封端面流场数值模拟
为了提高静压干气密封的性能，基于N-S方程、层流模型、SIMPLEC算法，在节流孔直径和端面间隙变化的情况下，对静压干气密封流场进行数值模拟，重点考察了端面气膜压力及开启力的变化情况. 数值结果表明：密封气在流经节流孔后形成显著的压力降，该压力降的大小会随端面间隙增大而增大，随节流孔径增大而减小.端面压力在均压浅槽区中心附近最高，向四周逐渐下降，在均压浅槽区边沿附近，压力梯度较大.开启力总体随间隙增大而减小，极小值接近于0.当端面间隙在5~12 μm范围内，开启力随间隙增大而迅速减小，端面气膜具有很大的刚度.较小的节流孔直径可在小端面间隙条件下获得更大的气膜刚度.根据计算数据，对某轴径为30 mm的反应釜搅拌器轴端密封，在转速为50~300 r/min范围内成功进行了台架实验，重点对泄漏量和端面磨损状况进行了监测，结果表明密封实现了稳定的非接触式运转.
2011 Vol. 29 (2): 165-169 [摘要] ( 2443 ) [HTML 1KB] [PDF 420KB] ( 2078 )
节水灌溉工程
170 杜文勇, 何雄奎, 胡振方, Zia S., Muller J.
不同灌溉技术条件对冬小麦生产的影响
为了研究并得到3种不同灌溉技术（滴灌、喷灌、漫灌）对冬小麦产量及其构成的影响，在中国农业大学吴桥实验站设计了滴灌、喷灌、漫灌的大田试验.3种灌溉技术条件下，其灌溉总量相同，漫灌和喷灌采用浇底墒水加浇两水，滴灌采用浇底墒水加浇四水的方式；从冬小麦整个生长期内的作物高度、叶面积指数、籽粒重等指标，考察不同灌溉技术对冬小麦生产及其构成的影响.结果表明：滴灌条件下，表层含水量下降速度最小，整个生长期，含水量高于喷灌和漫灌；滴灌处理的叶面积指数最高，其次是喷灌；在成熟期，滴灌条件下，作物高度比漫灌高12%，比喷灌高5%；滴灌和喷灌的条件下产量分别比漫灌高8.63%，7.75%；滴灌、喷灌、漫灌的籽粒千粒重分别为43.36，42.17和41.17 g，滴灌和喷灌籽粒重明显高于漫灌，且生物量分别比漫灌提高了6.9%，3%.这说明3种灌溉技术中，滴灌技术最有利于实现节水保墒、小麦增产，其次是喷灌.
2011 Vol. 29 (2): 170-174 [摘要] ( 2368 ) [HTML 1KB] [PDF 361KB] ( 2262 )
175 朱德兰, 吴普特， 王 剑
滴头制造偏差对灌水均匀度及毛管造价的影响
为了阐明滴头制造偏差系数、灌水均匀度、毛管直径及毛管造价的内在联系,降低滴灌系统造价、提高灌水均匀度,通过理论推导结合实证计算的方法,系统分析了不同均匀度条件下滴头制造偏差系数极限值,以及滴头制造偏差系数、毛管直径、允许均匀度等三者的关系,并推导出毛管造价计算公式.结果表明:对于长度为100 m的毛管,当Keller均匀系数( EEU)为0.80时,制造偏差系数从0.05增大到0.07和0.11时,毛管造价分别增大8.7％和37.1％;当滴头制造偏差系数为0.03, EEU由0.80增大到0.85,0.90和0.95时,毛管直径分别增大20％,23.5％和56.5％,毛管造价也相应增大20％,53.8％和207.7％;当滴头制造偏差系数为0.05, EEU由0.80增大到0.85和0.90时,毛管直径则分别增大19.3％和32.8％,毛管造价也分别增大17.1％和71.4％;对于 EEU为0.95时,毛管允许最小流量大于平均流量,管径计算无解.在限定值范围内,滴头制造偏差系数和Keller均匀系数的微小增大将直接导致毛管直径和造价急剧增大;滴灌系统设计应选择制造偏差系数小的滴头及合理的灌水均匀度,以达到降低工程造价的目的.
2011 Vol. 29 (2): 175-179 [摘要] ( 2259 ) [HTML 1KB] [PDF 341KB] ( 1966 )
180 朱兴业, 蔡 彬, 涂 琴
轻小型喷灌机组逐级阻力损失水力计算
为了解决精确计算轻小型喷灌机组阻力损失的问题,从管路中流体力学机理出发,对其进行了分析;将机组布置成线型,根据构成特点与运行特性,采用逐级计算方法对其进行水力计算,计算过程中将任意两喷头间的总水头损失简化为其输水管路沿程损失乘上经验系数,推导出喷灌机组中各喷头工作压力的计算公式,确定逐级阻力损失的计算方法．结合一个算例,选择型号为65ZB-40C＆12×PY120的喷灌机组进行室外试验对比,理论计算时经验系数取为1.1,试验时保证该喷灌泵在其设计工况点运行,多次测量计算出的平均值作为最终的试验数据．计算值与试验值的对比结果表明：在管路流动中,随着流量沿程减小,各喷头工作压力在管路首端时相差较大,末端时基本保持一致．绘制了喷头工作压力的理论计算值与试验值的误差条线图,通过计算得出绝对误差最大的是3号喷头,它们的相对误差在0.27％～1.96％范围内．
2011 Vol. 29 (2): 180-184 [摘要] ( 3014 ) [HTML 1KB] [PDF 360KB] ( 2052 )
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编辑出版
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