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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2015年 33卷 3期
刊出日期：2015-03-25
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
   
泵理论与技术
185 周君亮
低扬程泵装置原、模型和“有害”汽蚀参数换算
依据我国泵和泵站模型水工试验作设计前期工作,行业规定在泵水力装置模型制作中要求过流流道几何相似,但表面粗糙度与原型按一定比例相等和不重视容积损失相似,有比尺效应;在模型试验中,流道水流流态可能有部分在光滑紊流区与原型水流态不相同和允许降低原型泵转速做模型试验,有Re数效应;两者造成原、模型水力参数换算后误差很大,须用经验公式修正.各国学者已提出了十几个经验公式.作者提出人工消除参数中的比尺效应和Re数效应,将模型试验成果按不等效率換算成与原型泵流道几何相似、水流流速相同、水力效率相同的新模型,新模型成果由水工相似定律等效率換算成新模型原型水力参数,并可防止叶型“有害”汽蚀.采用该方法换算皂河第一抽水站模型试验为原型水力参数,与试运行成果符合.
2015 Vol. 33 (3): 185-195 [摘要] ( 1163 ) [HTML 1KB] [PDF 1575KB] ( 1753 )
196 刘建瑞, 付威, 高振军, 何小可, 陈斌, 汤富俊
交错叶片对双吸离心泵性能影响的数值分析
为减小压力脉动对双吸离心泵性能的影响,设计常规双吸叶轮的ES350-585型双吸离心泵进行外特性试验和数值模拟,再将原双吸叶轮两侧叶片交错布置进行数值模拟,交错角度分别为0°,10°,20°,30°.采用Gridpro软件划分结构网格,应用CFX软件对5种方案的双吸离心泵模型进行不同工况下三维非定常数值计算,得到泵内部流场静压分布和压力脉动特性.计算结果表明:采用两侧叶片交错布置的双吸叶轮可以有效降低离心泵内压力脉动;随着交错角度的增大,压力脉动幅值呈递减趋势;当交错角度为30°时,压水室内压力脉动幅值最小,此时压水室内静压分布最均匀.
2015 Vol. 33 (3): 196-202 [摘要] ( 1512 ) [HTML 1KB] [PDF 2924KB] ( 1603 )
203 卜学兵, 陈晖, 李永鹏, 王文廷
低比转数变工况离心泵的性能优化
为了提高低比转数变工况离心泵的全局效率,采用单独离心叶轮优化、单独蜗壳优化和叶轮与蜗壳整体优化3种设计方案,基于拉丁超立方抽样试验和模拟退火优化算法,利用数值模拟方法对流量比(最大流量/最小流量)为8的离心泵进行性能优化.研究结果表明:3种优化方案都能提高变工况离心泵的全局效率,其中蜗壳优化和整体优化获得的泵效率比较接近,而叶片优化方案的效果相对较弱,故开展低比转数变工况离心泵优化时,可以优先考虑对蜗壳结构参数进行优化设计;进行变工况离心泵水力设计时,为了提高离心泵整体效率,应使选取的设计流量稍微小于最大工作流量.
2015 Vol. 33 (3): 203-208 [摘要] ( 1106 ) [HTML 1KB] [PDF 2234KB] ( 1702 )
209 司乔瑞, 袁建平, 衡亚光, 袁寿其
蜗壳形状对离心泵流动诱导噪声的影响
由于蜗壳对离心泵流动诱导噪声的产生及传播具有重要影响,在原马蹄形断面蜗壳的基础上重新设计了一种矩形断面蜗壳,并将两种断面的蜗壳与同一叶轮组合进行流场数值模拟和声学求解.流动诱导噪声的求解基于Lighthill声类比理论,采用大涡模拟和声学有限元法相结合的混合算法.在原型泵的基础上还分析了采用矩形隔舌和圆角隔舌的扬程、效率和声学性能差异,并对模拟结果进行了试验验证.计算结果表明:矩形断面蜗壳模型泵和马蹄形断面蜗壳模型泵的水力性能近似;2种断面模型泵内流动诱导噪声的主频均为叶片通过频率290 Hz;从内部流场的压力云图、速度矢量分布及方向分析可发现矩形断面蜗壳内的流动状态更佳;相对于马蹄形断面蜗壳,采用矩形断面蜗壳模型泵的声压级平均小5 dB,声学性能更优;相对于矩形隔舌模型,采用圆角隔舌模型泵的水力性能更优,声学性能也较好,声压级平均小4 dB.
2015 Vol. 33 (3): 209-215 [摘要] ( 1318 ) [HTML 1KB] [PDF 2864KB] ( 1849 )
水利水电工程
216 吴春笃, 郑坤, 解清杰, 朱铭凯, 白戈
旋转磁场光磁污水处理反应器的流场模拟与分析
许多环境工程设备需要针对不同的废水情况进行设计,但是污水处理反应器中的内部流场极其复杂,单靠经验很难判断设备的工作情况和净化效果.为了研究旋转磁场光磁污水处理反应器的流场空间分布特点,采用Gambit软件建立光磁反应器的物理模型,利用Fluent软件对三维模型的流场进行数值模拟,讨论了3种转速下对内部流场的影响,并分析了不同转速下液相流的流场分布特点.结果表明,流体流速随转速增大而增大,转速为0.2 rad/s时,流体流动较弱;而转速为0.5 rad/s时,流体能充分循环流动,但流场流速偏低;虽然转速为1.0 rad/s相比转速为0.5 rad/s时的流体紊动动能大,流场分布均匀,但此时会形成旋涡.分析不同转速下的流体流场特点,可为反应器结构设计优化提供参考.
2015 Vol. 33 (3): 216-219 [摘要] ( 1047 ) [HTML 1KB] [PDF 4686KB] ( 1614 )
220 阮辉, 廖伟丽, 赵亚萍, 罗兴锜
叶片高压边安放角对高水头水泵水轮机性能的影响
基于低比转数混流式转轮设计程序,在保证转轮其他参数一致的条件下,分别设计了3个具有不同高压边安放角的叶片,并采用CFD技术对3个转轮分别进行了5个水轮机工况和5个水泵工况的全流道数值模拟,分析了叶片高压边安放角对水泵水轮机能量特性、水轮机工况转轮的来流和水泵工况转轮与活动导叶的动静干涉现象的影响.研究表明,水轮机工况下,数值计算的叶片冲角绝对值大于给定冲角的绝对值,叶片的负冲角越大,导致转轮进口撞击越剧烈,引起水轮机工况水力效率略有下降,但是对转轮内流态扰动很小.水泵工况下,叶片高压边安放角越大,与其相匹配的活动导叶转角越小;由于安放角2叶片与14°转角的活动导叶和固定导叶三者相匹配,其水力效率相对最高;而其他3种高压边安放角叶片由于不匹配,内部流场出现了撞击、脱流和回流等不稳定现象,引起水泵工况水力效率的严重下降.
2015 Vol. 33 (3): 220-225 [摘要] ( 1589 ) [HTML 1KB] [PDF 2173KB] ( 1570 )
流体工程
226 杨敏官, 闫龙龙, 王育立, 龚辰, 陆金刚
喷嘴入口条件对微液滴生成的影响
利用数值计算的方法对微液滴的喷射过程进行研究.描述在1个完整周期内液滴的形成发展,并通过系统改变速度周期、平均速度、速度幅值、壁面接触角的对比模拟试验,对液滴喷射与液滴形成阶段的流动特性进行分析;在不同惯性比重下探究均匀、稳定液滴的形成区域.结果表明:雷诺数Re、弛豫时间CH、速度脉动幅值ZF对液滴喷射行为特征有显著影响,而且在一定条件下可以形成均匀稳定的液滴;通过减小Re,CH,ZF这3个量纲一化参数,可以获得较小的液滴喷射速度,但当Re很小时,在喷嘴出口处将无法形成液滴;疏水性壁面(润湿角θ=175°)液滴的断裂时间比亲水性壁面(润湿角θ=10°)迟.
2015 Vol. 33 (3): 226-232 [摘要] ( 1130 ) [HTML 1KB] [PDF 2063KB] ( 1832 )
233 向清江, 施哲夫, 李红, 陈超
远射程消防水炮流道内3种稳流器的对比
设计了截面积近似相等的3种稳流器,以各稳流器体积相同和表面积相同这2种方案,开展了水炮设计流量为1 500 m3/h下的内部流动数值模拟.结果表明:加装稳流器对流动状态改善效果明显,出口轴线上速度的增加均大于无稳流器的情况;水炮加装3种稳流器后产生的总流动损失均在0.1~0.13 MPa,稳流器区域产生的流动损失约占总损失的55%;弹尾形(Ⅲ型)紊流器总流动损失最小,但整流效果不如截面为双层圆管形(Ⅰ型)的稳流器以及截面为多个矩形(Ⅱ型)的稳流器.弹尾形稳流器进口结构形式较优,产生的动水压损失小;稳流器的表面积对整流效果的影响大于稳流器体积的影响;水炮出口平均湍动能k值在无紊流器情况下最大;稳流器存在合适的长度值,达到该值后安装位置对稳流效果影响较小.
2015 Vol. 33 (3): 233-238 [摘要] ( 2130 ) [HTML 1KB] [PDF 1540KB] ( 1870 )
农业水土工程
239 王少丽,, 刘大刚, 许迪,, 陈皓锐,
基于模糊模式识别的农田排水再利用适宜性评价
以受盐渍化威胁的干旱半干旱地区为研究对象,基于构建的农田排水再利用适宜性评价指标体系,采用模糊模式识别方法建立了农田排水再利用适宜性评价模型;综合分析相关文献和已有标准,制定出评价指标体系各项指标的分级标准值范围和标准值,采用层次分析法确定各评价指标的权重.以宁夏银北灌区5个典型排水再利用区域为例的评价结果表明,除前进农场外,其他区域评价等级均在2级“适宜”排水再利用范围内.其中灌溉中、后期利用排水灌溉的适宜性级别特征值低于前期,即排水再利用的适宜程度好于前期,该时期正是作物需水量较大和灌溉用水紧张期,处于作物盐分非敏感期,适宜地再利用一定量的农田排水是可行的.
2015 Vol. 33 (3): 239-245 [摘要] ( 1240 ) [HTML 1KB] [PDF 1434KB] ( 1482 )
246 高雪梅,, 佘冬立,, 房凯
利用盘式负压仪测定土壤导水率的计算方法对比
土壤导水率作为重要的水力特征参数之一,准确测量和计算不仅有助于促进土壤非饱和带的水分运动过程理论研究,同时可为合理确定农田灌排技术参数提供科学依据.为了比较分析在盘式入渗仪下不同导水率计算方法的适用性,针对2种土地类型(菜地、茶园)进行了4个负压水头(-9,-6,-3,0 cm)、2个盘径(10,20 cm)的入渗试验,并通过不同计算方法计算导水率.结果表明:盘径对导水率影响不具有统计学意义,且不同计算方法结果趋于一致,因此在野外缺水条件下,可考虑选用小圆盘进行试验;对于不同的土地类型,建议选择不同的方法测量,作为耕作地的菜地,计算导水率时建议使用稳态流方法,而茶园导水率的测定则推荐使用瞬态流方法;在相同负压下,不同土地利用方式对导水率的影响具有统计学意义,且对于不同的计算方法,2种土地类型在4个负压下表现的导水率变化规律一致.
2015 Vol. 33 (3): 246-252 [摘要] ( 1363 ) [HTML 1KB] [PDF 1480KB] ( 1633 )
253 雷宏军,, 臧明,, 张振华, 刘鑫,, 徐建新,, 潘红卫,
循环曝气地下滴灌的温室番茄生长与品质
循环曝气滴灌可以大幅度提高灌溉水掺气比例,有效改善普通地下滴灌引起的黏质型土壤根区间歇性缺氧环境,提高作物生产力.以河南省中牟县黄河淤积黄黏土为供试土壤,以温室番茄为供试对象,研究循环曝气地下滴灌对番茄生理及品质的影响.结果表明,与普通地下滴灌(对照处理)相比,相同灌溉定额条件下曝气处理番茄果实前5次产量提高了29.15%;番茄的水分利用效率提高了20.72%.曝气处理气孔导度提高了30.51%,植物的生长活力得到增强.番茄果实维生素C含量提高了13.25%,可溶性固形物含量提高了8.62%,糖酸比提高了22.05%,而总酸含量和硬度分别下降了15.50%和11.19%.曝气处理最大根长增加了16.75%,根冠质量之比提高了25.81%.综合分析表明,曝气滴灌可显著促进黄黏土中番茄的生长,促进番茄果实成熟,有效提高作物产量,改善番茄品质.
2015 Vol. 33 (3): 253-259 [摘要] ( 2382 ) [HTML 1KB] [PDF 1496KB] ( 1974 )
260 李建承, 魏晓妹, 邓康婕
基于地下水均衡的灌区合理渠井用水比例
基于地下水均衡模型,分析了陕西泾惠渠灌区不同频率典型年的地下水均衡状况,结果表明降水入渗补给、渠系渗漏及田间灌溉入渗补给、井灌回归补给是灌区地下水的主要补给源,占总补给量的85.99%~82.89%;而人工开采是灌区地下水的主要排泄途径,农灌地下水开采量、人畜和工业用水开采量占总排泄量的69.7%~72.86%.以2010年为现状基准年,2020年为规划水平年,结合灌区发展规划,设置了4种不同的灌区发展情景模式,运用所建立的地下水均衡模型计算了不同情景模式下的地下水位埋深,其变化范围为0~0.07 m;以地下水位变幅最小为准则,得出了不同频率典型年合理的渠井用水比例范围为1.49~1.53,从而为灌区地下水资源的高效持续利用提供了依据.
2015 Vol. 33 (3): 260-266 [摘要] ( 1105 ) [HTML 1KB] [PDF 1475KB] ( 1612 )
排灌装备制造技术
267 汤攀, 李红, 陈超, 刘振超, 邹晨海
垂直摇臂式喷头导流器的流固耦合分析
以垂直摇臂式喷头的导流器为研究对象,对导流器从水射流中获取的驱动力进行理论分析和试验测量.基于流固耦合原理,初步建立了垂直摇臂式喷头导流器驱动力数值模拟计算模型,并通过试验结果验证数值模拟结果的准确性.将流场计算结果加载到导流器固体域上,对导流器进行了力学分析和模态分析.结果表明:模拟得到的导流器从水射流中获取的驱动力值与试验值的最大偏差为15.98%,但随着压力的升高,偏差值逐渐降低;通过力学分析得到导流器在受水射流冲击时的变形主要分布在弯曲叶片部分;通过有限元模态分析,得到导流器前6阶模态的固有频率和振形,当导流器的工作频率小于122.6 Hz时,其振动以一阶振形为主.为了提高导流器的工作稳定性与可靠性,可以通过改进局部结构或提高材料的力学性能实现.
2015 Vol. 33 (3): 267-272 [摘要] ( 1274 ) [HTML 1KB] [PDF 3126KB] ( 1582 )
273 廖冬
考虑刀具偏摆的微铣削瞬时切削厚度模型对比
为采用更准确的刀尖运动轨迹方法来模拟微铣削加工过程,以减小圆弧线描述微铣刀刀尖运动的轨迹误差,采用次摆线描述刀尖的运动轨迹,并且综合考虑刀具偏摆对加工过程的影响,建立1种改进的瞬时切削厚度理论计算模型,重点研究了刀具旋转过程中刀具偏摆和每齿进给量对瞬时切削厚度的影响,同时与多种不同的切削厚度模型进行了对比,仿真分析结果表明:考虑刀具偏摆的瞬时切削厚度模型与真实轨迹得到的瞬时切削厚度非常接近,验证了文中改进模型的准确性.另外,瞬时切削厚度随刀具偏摆的增大而增大,进给量越大,影响越显著.
2015 Vol. 33 (3): 273-276 [摘要] ( 1105 ) [HTML 1KB] [PDF 1409KB] ( 1783 )
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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
 袁寿其
编辑出版
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