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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2014年 32卷 12期
刊出日期：2014-12-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
   
泵理论与技术
1013 Cooper Paul, Wang Chaowei
Sizing and performance features of rotary and reciprocating positive displacement pumps
An overview of some popular rotary and reciprocating positive displacement (PD) pump types is given with the objective of presenting and comparing the respective sizing relationships and performance features. Reciprocating pumps discussed are the piston and plunger types. Rotary pumps addressed are gear (external and internal), vane, lobe, screw, and liquid ring pumps. To put the relative pump sizes in perspective, attention is fixed on the rotors or reciprocating elements of PD pumps, just as impellers indicate the sizes of rotodynamic pumps. The size of a PD pump is found from a dimensionless combination of displacement flow rate, rotative speed and diameter. The flow rate, head (or pressure rise) and power are related through the component efficiencies. The cavitation coefficient, often close to unity, connects the rotor tip speed or piston speed with the required NPSH, which can also be affected by the pressure rise of the pump due to leakage across the internal clearances. Operational effects due to cavitation, ingestion of gas or abrasives, and viscous and nonNewtonian fluids are discussed.
2014 Vol. 32 (12): 1013-1022 [摘要] ( 1085 ) [HTML 1KB] [PDF 1624KB] ( 1884 )
1023 杨敏官, 王兴宁, 高波, 张宁, 王俊
离心泵内部非定常水力激励特性
以单级蜗壳式离心泵作为研究对象,基于RANS法对离心泵内部流场结构进行了三维非定常数值模拟,探讨其内部的非定常流动特征所诱发的压力脉动特性及水力激励力特性,并在叶轮旋转周期过程中重点针对叶轮及其单个叶片的受力情况进行相关分析.结果表明:不同工况下各监测点压力脉动幅值的变化规律具有一致性,静压沿蜗壳周向分布不均匀;在压力脉动频谱图及叶轮径向力频谱图中叶频均占主导地位,而单个叶片激励力则体现为轴频;单个叶片所受径向力大小随流量的增加而增大,小流量工况下单个叶片的受力不均匀性明显,而接近额定工况时各叶片受力较均匀,且相差不大;通过对单个叶片非定常激励力特性的分析可知,小流量工况下由于隔舌附近叶片出口流动分离使得叶片受力变化明显,受射流尾迹影响更为突出.
2014 Vol. 32 (12): 1023-1028 [摘要] ( 1015 ) [HTML 1KB] [PDF 2202KB] ( 2098 )
1029 谢蓉, 祁恒, 单玉姣, 金伟楠
AP1000核主泵模型泵导叶水力设计与数值优化
采用基础水力设计方法,利用模型泵叶轮外参数设计AP1000核主泵直导叶;基于CFD的数值计算与分析结果,针对所设计的直导叶内部流场流动损失较大的问题,提出2种不同的优化设计方案:第1种直接在直导叶的基础上进行优化设计;第2种采用叶轮与导叶配合设计的方法,将直导叶转化为扭曲空间导叶,并对其进行优化.在空间导叶的优化中也考虑了2种方案,对叶型进行参数化造型,然后生成样本数据库,选择叶轮加导叶结构的水力效率作为优化的目标函数,利用人工神经网络和遗传算法对不同空间导叶叶型进行多次优化改进,最终获得与叶轮水力性能匹配优良的核主泵导叶.最后讨论了不同导叶叶片数对水力效率的影响,从流动的角度对导叶叶片数的选取提供了理论指导和参考.
2014 Vol. 32 (12): 1029-1034 [摘要] ( 1381 ) [HTML 1KB] [PDF 2380KB] ( 1647 )
1035 汤玲迪, 袁寿其, 汤跃, 顾哲, 王慧
变频器谐波对调速水泵机组效率影响试验研究
为了掌握变频器谐波对变频调速水泵机组效率的影响,在分析变频器谐波产生机理以及谐波对水泵机组影响的基础上,采用带滤波功能的高频电参数测量仪和虚拟仪器等构建了开式试验装置.高频电参数测量仪连接在变频器的输出端,在电动机输出轴与自吸离心泵之间连接有转矩-转速传感器,并以1台典型自吸离心泵机组为对象,通过改变变频器输出频率调节自吸离心泵的转速,分别测量自吸离心泵机组滤波前后的水力性能参数和电参数,计算分析滤波前后自吸离心泵机组的效率.研究结果显示,在20~50 Hz范围内,对变频器输出谐波进行抑制可使自吸离心泵机组效率提高1%~3%,电动机的效率提高3%~9%,并且频率越低,电动机和自吸离心泵机组的效率提高越明显.变频器谐波对变频调速水泵机组性能影响的量化研究将有助于调速范围的选择.
2014 Vol. 32 (12): 1035-1039 [摘要] ( 1354 ) [HTML 1KB] [PDF 1642KB] ( 1440 )
1040 蒙蕊蕊, 汤玲迪, 汤跃, 黄志攀
供水系统模型辨识与动态特性分析
为掌握离心泵供水系统在不同工况下转速突变时的动态模型结构、运行情况及其特性,通过改进水泵供水系统的出口端阀门结构,搭建了新的离心泵调速供水试验系统.通过试验台的改进在试验中实现系统的阶跃输入扰动,较为准确地反映系统工况的变化并进行调速工况下的模型辨识试验.试验中使用虚拟仪器和高频电参数测量仪搭建测量系统,对供水系统中所需数据进行测量采集.试验基于阶跃响应辨识原理,采用最小二乘法,通过Matlab系统辨识工具箱对数据进行预处理并确定其传递函数,绘制所得传递函数的零极点图和阶跃响应曲线.对比分析发现,系统运行在升频的工况下时,其超调量和震荡情况明显大于系统运行在降频工况下.结果表明,离心泵供水系统是最小相位系统,数学模型为二阶惯性加时滞结构.其模型参数会随着工况的变化而改变,实时辨识和实时变参数控制更为适合该系统.
2014 Vol. 32 (12): 1040-1044 [摘要] ( 1113 ) [HTML 1KB] [PDF 3048KB] ( 1694 )
水利水电工程
1045 曾洪涛, 田文刚, 王智欣, 林琳琳
大型抽水蓄能机组调节系统建模与仿真平台开发
抽水蓄能电站在电力系统中具有削峰填谷、调频调相等重要作用,水电站水力机械的事故多发生在其过渡过程中,为方便对过渡过程进行仿真分析,建立其调节系统数学模型并开发仿真平台具有重要的研究和应用价值.针对大型抽水蓄能机组调节系统建模过程中存在的困难,采用分段建模原理建立长引水系统模型,采用RBF神经网络建立水泵水轮机模型,并进行了空载频率扰动和增减负荷等试验分析.仿真结果表明,所建模型在一定程度上反映了实际机组特性.基于LabWindows/CVI虚拟仪器软件,应用ActiveX交互技术实现仿真平台与Matlab的通信,开发了所建模型相应的仿真平台,为研究人员和现场运行维护人员进行仿真测试提供了一个友好的人机交互仿真环境.
2014 Vol. 32 (12): 1045-1050 [摘要] ( 1001 ) [HTML 1KB] [PDF 2203KB] ( 1683 )
1051 王圃,, 王以知,, 张晋, 王颖,
基于用水量驱动因子的水量预测模型
采用主成分分析法筛选出显著的驱动因子,结合灰色关联分析将筛选出的驱动因子进行灰色聚类和优势分析.以用水量驱动因子为基础,利用SPSS建立多层感知器网络,利用矩阵实验室建立GRNN神经网络和BP神经网络.将诱导有序加权平均算子(IOWA)应用到水量预测模型中,构建基于IOWA算子的MLP-GRNN-BP组合用水量预测模型,最后建立由平方和误差(SSE)、均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、均方百分比误差(MSPE)和Theil系数(μ)组成的预测效果评价体系,评价预测模型的预测效果,最后以重庆市的用水量预测为例,验证以上方法的可行性.结果表明:经过主成分分析及灰色关联分析,可将用水量驱动因子由31个降为12个, 12个驱动因子可综合为4个聚类,可确定4种用水量的各自驱动因子的重要性排序;BP, MLP, GRNN和MLP-GRNN-BP组合模型预测结果的MAPE,MSPE和Theil系数均在5%以内.
2014 Vol. 32 (12): 1051-1056 [摘要] ( 1397 ) [HTML 1KB] [PDF 1350KB] ( 1756 )
1057 李延频,, 鞠阳, 袁寿其, 陈德新
氧化铝分解槽循环水余能利用
为充分利用众多的氧化铝生产企业的分解槽循环水系统中存在的大量余能,并为其他类似余能回收提供技术支持,研究了氧化铝分解槽循环水系统中余能的特点.根据余能的多少,提出了不同的余能利用方案.重点研究了余能发电的利用方式.并针对余能发电的特殊性,设计了分解槽水循环系统余能发电装置——集成循环水余能发电装置.针对其循环水不能异常中断的问题,提出了循环水保护方案.针对通过机组的水量小于其空载流量时,水轮发电机会在并网条件下吸收电网功率的逆送电情况,提出了发电机逆功率保护方案,并将余能发电装置的控制保护各子系统集成在一起,形成具有励磁、调速、同期和保护功能的“四合一综合控制盘”.实践证明,氧化铝分解槽循环水余能发电装置能安全、可靠、稳定运行.
2014 Vol. 32 (12): 1057-1061 [摘要] ( 1687 ) [HTML 1KB] [PDF 1364KB] ( 1516 )
流体工程
1062 廖湘平, 龚国芳, 周天宇, 彭雄斌
液黏调速离合器离心式油腔设计及其特性
液黏调速离合器是一种依靠多油膜剪切力传递扭矩的装置,尤其适合于大型风机、水泵等工程机械调速节能.由于其各摩擦副润滑油入口处油压、流量大小无法保证均匀一致,在实际工程应用中往往出现摩擦副过热、变形、偏磨等问题.为了解决此类问题,提出了一种新型离心油腔式液黏调速离合器.理论分析表明:充分利用油腔离心力的甩油作用可使得润滑油均匀地甩入各摩擦副.另外,基于流体动力学理论,建立了2种不同结构的三维流场模型,应用Fluent对流场进行数值模拟计算,研究了油腔结构和普通油道结构对喷油孔处压力和流速的分布规律.仿真结果表明:离心式油腔的设计可显著提高液黏调速离合器各摩擦副润滑油入口处油压及流量的均匀性,从而提升液黏调速离合器的工作性能,延长其工作寿命.
2014 Vol. 32 (12): 1062-1067 [摘要] ( 1266 ) [HTML 1KB] [PDF 1682KB] ( 1970 )
1068 Wu Siyuan, Zhou Daqing, Zheng Yuan
Numerical study on hydraulic performance of submerged propellers in oxidation ditch
The submerged propeller is an efficient diving mix device, which is applicable for oxidation ditch treatment in industry, city and village wastewatertreatment plant. The impeller structure and reasonable rotating speed are important factors that determine flow field distribution and energy conversion efficiency. So it is necessary to use modern design methods to develop new kinds of high efficiency submerged propellers, and research the flow field characteristics of submerged propellers. On the basis of the existing form drawing, threedimensional model of submerged propellers and unstructured tetrahedral mesh were generated. Based on Navier-Stokes equations and standard k-ε turbulence model, the flow was simulated by using a simple algorithm. Through changing some design parameters of propellers, the corresponding numerical simulation results reveal that for the same impeller diameter and service area of submerged propellers, the power consumption could be reduced effectively by optimizing blade mounting angle, which can determine the best blade mounting angle and most suitable rotational speed under given conditions. The study can provide theoretical and project guidance for submerged propellers design.
2014 Vol. 32 (12): 1068-1073 [摘要] ( 1251 ) [HTML 1KB] [PDF 1800KB] ( 1085 )
1074 唐伏平, 石彦, 郭娇娇, 薛建泉, 张国栋
考虑壁面影响的矩形裂缝通道中的颗粒沉降
为了表征颗粒在矩形裂缝通道中沉降时壁面对沉降速度的影响,基于人工神经网络(ANN)提出壁面因子预测方法,提取影响颗粒沉降速度的7个参数(ρf,ρp,d,d/a,a/b,K和n)作为特征值,借助Machac的70组试验数据对模型进行训练和预测,并将人工神经网络预测结果与Miyamura公式和刘马林公式计算结果进行对比分析.结果表明:人工神经网络模型具有较高的精度,90%的预测结果误差小于7.5%.与Miyamura公式和刘马林公式相比,人工神经网络模型不但在处理平行板模型和矩形模型时有较高的工程精度,而且具有更广泛的适用范围,能够满足更加复杂的工程需要.
2014 Vol. 32 (12): 1074-1078 [摘要] ( 1043 ) [HTML 1KB] [PDF 1449KB] ( 1595 )
农业水土工程
1079 肖梦华, 胡秀君, 房凯, 缪子梅
涝渍胁迫对冬小麦净光合速率变化的影响
在水位调控技术的基础上,采用田间试验研究了麦田水位调控下,冬小麦不同生育期、不同农田水层深度、地下水埋深下净光合速率变化规律.研究结果表明,淹水水位较浅且历时适中对冬小麦的净光合速率影响最小,相同水位、相同淹水历时条件下,水位回落速度越快净光合速率越大;不同控水条件下,冬小麦各生育期净光合速率日变化曲线呈“M”形.上午随光合有效辐射增强和温度的升高急剧增大,下午随有效辐射减弱和温度的降低大幅度下降,中午变化较缓,净光合速率峰值出现在11:00和13:00左右,12:00左右有明显的下降,即出现“午休”现象;此外,小麦净光合速率与光合有效辐射、太阳总辐射、大气温度、空气相对湿度和风速存在一定的相关性,其中净光合速率与太阳总辐射、光合有效辐射、空气温度有较强的相关性,与空气湿度和风速相关性较弱.
2014 Vol. 32 (12): 1079-1084 [摘要] ( 1241 ) [HTML 1KB] [PDF 1530KB] ( 1757 )
1085 吴忠东, 王卫华, 张照录, 黄汝高, 栗涛, 张振华
咸淡组合淋洗对土壤水盐分布特征的影响
为了缓解干旱半干旱地区淡水资源紧缺问题,最大限度地利用浅层地下微咸水,以全部淡水和全部咸水为对照,采用两咸一淡组合淋洗的方法对垂直土柱淋洗后土壤剖面的水、盐分布规律及土壤理化性质的变化进行研究,结果表明在累积入渗量相同的前提下,咸淡组合次序对土壤大孔隙的形成有影响,导致土壤透水性不同,通过入渗进入土壤的总盐量是土壤含盐量的主要影响因素;入渗历时的延长有助于提高土壤剖面脱盐深度,淡—咸—咸的组合次序洗盐效果最好;各种咸淡组合次序均导致20 cm深度处的钠吸附比较初始值增大,尤其是全部咸水入渗会降低土壤的渗透性,有可能导致土壤发生次生盐渍化.该研究为微咸水的田间合理利用提供了依据.
2014 Vol. 32 (12): 1085-1090 [摘要] ( 1154 ) [HTML 1KB] [PDF 1395KB] ( 1640 )
1091 李栋浩, 姜雪连, 佟玲
种植密度对制种玉米根冠生长及耗水量的影响
为探究密度调控下制种玉米的生长和耗水状况,于2012和2013年3—9月进行了种植密度试验研究.2012年共设置5种种植密度,分别为6.75,8.25,9.75,11.25和12.75万株/hm2,因2012年产量随种植密度的增加逐渐增加,确定最优种植密度的说服力不足,故2013年增加14.25万株/hm2的种植密度.试验对不同种植密度下制种玉米的根冠形态指标、生物量形成及耗水量进行观测,结果表明:制种玉米株高受种植密度影响较小.单株叶面积与种植密度呈负相关关系;随着种植密度的增加,制种玉米的群体生物量、深层土壤(71~100 cm)的根干质量和耗水量增加;而单株生物量、单株根长、根表面积及底部透光率降低;水分利用率和产量随着种植密度的增加先增大后减小.综合考虑农业成本和耗水情况后,建议当地制种玉米在11.25万株/hm2的密度下种植.
2014 Vol. 32 (12): 1091-1097 [摘要] ( 1848 ) [HTML 1KB] [PDF 1527KB] ( 1827 )
1098 李强强, 宗全利, 刘贞姬, 蓝军
卧式自清洗网式过滤器排污时间试验及计算
通过对型号为8GWZ-200的卧式自清洗过滤器排污时间进行试验,获得了4种流量(220,200,180,160 m3/h)、6种含沙量(0.006,0.013,0.015,0.018,0.027,0.063 kg/m3)这2种条件下排污口含沙量随排污时间变化的试验结果.分别分析了相同流量不同含沙量以及相同含沙量不同流量条件下,排污口含沙量随排污时间的变化规律,结果表明:排污口含沙量均随排污时间先增大后减小,最后趋于稳定,进而得到排污时间的最小值应为14 s.根据质量守恒建立了排污时间的计算方法,并根据试验结果,对排污时间进行了计算,结果表明:计算得到的过滤器排污时间为15~47 s.结合排污时间试验结果,最终确定卧式自清洗过滤器排污时间为15~30 s.该结果与已有过滤器试验结果和实际工程运行结果均一致,完全可以用于实际工程中卧式自清洗网式过滤器排污时间的确定.
2014 Vol. 32 (12): 1098-1104 [摘要] ( 1226 ) [HTML 1KB] [PDF 1783KB] ( 1832 )
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