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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 6期
刊出日期：2015-06-25
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
461 王鹏, 袁寿其, 王秀礼, 尹庭赟
偏心距对核主泵径向力影响的数值分析
为了研究核主泵所受径向力,基于RNG k-ε模型分别对原型核主泵和重心偏移后的核主泵进行数值模拟.通过模拟分别获得了原型泵和不同偏心距下核主泵外特性、中心截面的静压分布及作用在蜗壳和叶轮上的径向力特性,并将其与理论值进行对比分析.研究结果表明:对比试验与数值计算外特性曲线趋势一致,说明所建立的核主泵径向力计算模型具有一定的准确性;4种方案下叶轮与导叶内部的静压区别不大,而蜗壳内部的静压变化较明显,各偏心距下的静压呈非对称分布,偏心距的变化对核主泵的内外特性具有一定的影响;核主泵在设计点运行时径向力最小但不为零,偏心10 mm左右时所受径向力最小;通过对比不同偏心距下径向力数值预测值和Stepanoff理论公式计算值可知,不同偏心距所受径向力与理论公式值变化趋势一致,说明数值模拟的方法验证了用经验公式计算径向力的准确性.
2015 Vol. 33 (6): 461-466 [摘要] ( 1211 ) [HTML 1KB] [PDF 2133KB] ( 1525 )
467 韩伟, 金毅, 李仁年, 岳婷, 权辉
颗粒对离心泵内部压力脉动特性的影响
为了研究离心泵动静叶栅内固液两相流非定常流动所引起的压力脉动特性情况,采用大涡模拟与Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,运用滑移网格技术,对带有径向导叶的离心泵三维全流场进行了耦合计算.研究结果发现,对于清水相或固液两相,各监测点的压力系数均随着流量的增加而逐渐减小;脉动也随着流量的增加而逐渐趋于规律化.在动静叶栅交界面处,小流量工况下颗粒的存在增强了此处的高频压力脉动,而大流量工况下颗粒的存在削弱了此处的高频压力脉动;在导叶流道内,小流量工况下颗粒的存在削弱了此处的高频压力脉动,而大流量工况下颗粒的存在增强了此处的高频压力脉动;在蜗壳流道内,除了隔舌位置处,颗粒的存在已经不影响这一区域的压力脉动;在蜗舌位置处,颗粒的存在增强了蜗舌处的高频压力脉动.在动静叶栅交界面处,1.4Q时颗粒存在对压力脉动幅值影响最小,0.2Q时影响最大;在导叶流道内,1.4Q时颗粒存在对压力脉动幅值的影响最小,0.6Q时影响最大;在蜗壳流道内,1.0Q时颗粒存在对压力脉动幅值的影响最小,0.2Q时影响最大;在蜗壳蜗舌处,1.0Q时颗粒存在对压力脉动幅值的影响最小,0.2Q时影响最大.
2015 Vol. 33 (6): 467-474 [摘要] ( 1841 ) [HTML 1KB] [PDF 2432KB] ( 1428 )
475 袁建平, 朱钰雯, 周帮伦, 夏水晶, 沈陈栋
余热排出泵内部压力脉动特性分析
为了研究余热排出泵内部压力脉动特性,基于ANSYS CFX软件,采用SST湍流模型,对模型泵进行三维非定常数值模拟,得到了余热排出泵的水力性能,并与试验结果进行对比,计算了泵内不同位置的压力脉动情况,对计算结果进行了时域和频域分析.研究结果表明:叶轮与导叶内的压力脉动均呈现周期性变化,叶轮内周期为7,压力脉动与导叶叶片数密切相关,导叶内周期为5,压力脉动与叶轮叶片数密切相关;叶轮进口、中间流道、叶轮出口的压力脉动系数幅值分别为0.018 23,0.106 76,0.177 51,压力脉动信号逐渐增强,导叶进口、中间流道、导叶出口的压力脉动系数幅值分别为0.095 56,0.076 02,0.012 44,压力脉动信号逐渐减弱;叶轮内监测点的主频均为7fp,压力脉动主要由转频决定,从叶轮进口至出口导叶的影响程度逐渐增强,导叶进口主频为15fp,中间流道和出口主频为5fp,导叶内压力脉动主要由叶频决定,沿流道至出口叶轮的影响逐渐削弱;蜗壳监测点主频为35fp,压力脉动主要由叶频决定,且与导叶叶片数相关.
2015 Vol. 33 (6): 475-480 [摘要] ( 1399 ) [HTML 1KB] [PDF 2067KB] ( 1428 )
481 王洋, 崔宇蕊, 王开, 王维军, 李贵东, 印刚
基于大涡模拟的射流自吸式离心泵非定常流动分析
为了研究射流自吸式离心泵的非定常流动特性,选取内置射流喷嘴的自吸式离心泵作为研究对象,在定常数值计算的基础上采用大涡模拟技术对其进行了非定常数值求解,获得了全流场的流动信息,以第4圈收敛后的流场为例,分析了1个周期内不同时刻下的流场变化规律,并监测射流器内监测点的压力脉动,通过快速傅里叶变换(FFT)分析了监测点的频域特性.结果表明:在1个旋转周期内低压区始终位于射流器直线段,高压区位于泵腔内;靠近叶轮进口位置监测点的压力脉动值要小于靠近喷嘴附近的值;设计工况下,各个监测点的压力脉动最强频率在290.06 Hz附近,监测点的数值模拟主频与理论计算所得的转频与叶频略有偏差,压力脉动集中在fn~3fn区间的低频区域.
2015 Vol. 33 (6): 481-487 [摘要] ( 1060 ) [HTML 1KB] [PDF 2030KB] ( 1487 )
488 董兴华, 郭艳磊, 毕祯, 黎义斌, 程效锐
基于CFX与Workbench耦合的轴流泵的内外特性
为了研究耦合作用对1 000 kW级大型潜水轴流泵流场内外特性的影响,采用ANSYS Workbench和CFX耦合的方法,对该潜水轴流泵轴系转动部件进行了非定常数值模拟计算和非定常双向耦合数值计算,得出耦合作用前后2种情况下该潜水轴流泵的外特性以及内流场压力脉动分布情况,并对比分析了耦合作用对该潜水轴流泵外特性以及叶轮进出口压力脉动的影响.计算结果显示,相比于非耦合作用,耦合作用下轴流泵外特性,无论是扬程还是效率都呈现下降趋势,但是降幅极小,大约为1%;耦合作用前后,叶轮进口监测点压力脉动变化趋势相同,但是各阶段频率对应的振幅会略微提高,监测点越是靠近叶轮进口轮缘位置(最大变形位置),振幅增大的幅度越大,点I6(靠近最大变形位置处)主频对应的振幅幅值提高了3%左右,而距离此位置越远,影响越小.
2015 Vol. 33 (6): 488-493 [摘要] ( 1680 ) [HTML 1KB] [PDF 2405KB] ( 2130 )
水利水电工程
494 Mi Zihao，, Zhou Daqing, Mao Yuanting
Threedimensional CFD simulation of inlet structure flow in pumping station based on Eulerian solid-liquid twophase flow model
Sediment deposition in the pumping station has a huge negative impact on unit operation. The threedimensional CFD method has been used to simulate inlet structure flow in pumping station based on the Eulerian solid-liquid twophase flow model. The numerical results of the preliminary scheme show that sediment deposition occurs in the forebay of pumping station because of poor flow pattern therein. In order to improve hydraulic configuration in the forebay, one modified measure reconstructs water diversion weir shape, and another measure sets a water retaining sill in the approach channel. The simulation results of the modified scheme prove that back flow in the forebay has been eliminated and the sediment deposition region has also been reduced.
2015 Vol. 33 (6): 494-498 [摘要] ( 958 ) [HTML 1KB] [PDF 2953KB] ( 946 )
499 万树兴, 李继容, 杜甫义, 马新华, 解清杰
铁氧体对活性污泥法处理农村生活污水中氨氮的影响
为了提高活性污泥法的污泥活性和对污水的降解效率,基于磁性作用,采用铁氧体强化活性污泥法作为一种新型的污水生物处理方法,向常规活性污泥法反应器中加入适量磁化后的廉价的铁氧体粉末,提升活性污泥的活性,增加系统中的污泥浓度(MLSS),对农村生活污水中NH3-N进行高效处理,并提高活性污泥沉降速率.研究表明,向生物反应器中投加铁氧体后,反应器的启动时间缩短了2 d;当铁氧体的投加量为375 mg/L和2 500 mg/L时,反应器对NH3-N的去除率分别提高了26%和27%.同时,向生物反应器中投加铁氧体使水力停留时间缩短了1 h,并扩大了反应器的适应温度及DO变化范围.本研究成果可以为农村污水深度处理提供一种新思路、新方法.
2015 Vol. 33 (6): 499-503 [摘要] ( 1152 ) [HTML 1KB] [PDF 1655KB] ( 1392 )
流体工程
504 陈汇龙, 付杰, 李述林, 赵斌娟, 邹强, 刘金凤
螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜压力脉动特性
为分析上游泵送机械密封微间隙内流场的动静干扰作用和压力脉动特性,以螺旋槽非接触式机械密封为例,运用滑移网格技术,对内部流场进行了多工况非定常数值模拟.分别计算了稳态和瞬态的模型内部压力速度分布,以及不同转速下的压力脉动时域变化和频谱特性,并与试验结果进行对比分析.研究结果表明:所用模拟方法可对内流场非定常特性进行较好描述,由于动静干涉的影响,各转速下机械密封流场内压力脉动呈明显的周期性变化规律;压力脉动是非定常流动现象的重要特征,主要受槽频和轴频的影响.
2015 Vol. 33 (6): 504-509 [摘要] ( 1217 ) [HTML 1KB] [PDF 1965KB] ( 1298 )
510 叶晓琰, 冯耀宁, 汪靖, 张德胜, 胡敬宁
海水淡化泵水润滑轴承试验测试与分析
为了研究不同转速下水润滑轴承动压润滑效果和系统稳定性,依据海水淡化泵的结构特点,设计了水润滑轴承试验台.基于试验对水润滑轴承周向压力分布及轴心轨迹进行监测分析,同时采用刚体求解方法对轴心涡动轨迹进行数值模拟计算,并将试验结果与数值模拟结果进行对比验证.结果表明:低转速时,楔形间隙内润滑介质水较少,水膜压力分布不连续且压力值较低,各监测点的压力曲线不稳定;随着转速的增大,润滑介质水增多,流体动压润滑效果增强,水膜承载效果增强,压力分布与压力曲线开始趋于稳定,表明整个轴承-转子系统开始趋于稳定;同时,随着转速的增大,液膜厚度增大,轴颈涡动振幅增大,涡动中心明显上移,试验实测结果与CFD模拟计算结果一致,验证了采用数值模拟来研究轴承-转子系统动力学特性有一定的借鉴和参考价值.
2015 Vol. 33 (6): 510-515 [摘要] ( 1867 ) [HTML 1KB] [PDF 4810KB] ( 1349 )
516 朱方能, 刘栋, 晁长青, 张鹏, 严建华
外圆柱沟槽对环隙内波动涡流的影响
采用CFD数值计算方法对同心圆柱环隙内的波动涡流进行了数值模拟,根据PIV试验结果验证了数值计算方法的可靠性.重点研究了光壁模型和沟槽数量为9的2个模型环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,对比分析了2种模型周向的流场分布,计算了泰勒涡的轴向尺寸及其轴向振幅,通过对比2种模型在R-Z平面上的径向速度分布,讨论了沟槽对环隙内流体的外射流作用的影响,分析了沟槽区域的流动特征以及出现的二次流现象.研究结果表明:沟槽的存在显著改变了环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,沟槽区域形成的旋涡流动促进了沟槽内流体与环隙内流体的相互作用,加剧了环隙内的流动不稳定性.
2015 Vol. 33 (6): 516-520 [摘要] ( 1034 ) [HTML 1KB] [PDF 4002KB] ( 1360 )
521 石强
小型无人直升机超低空飞行时下洗流场数值分析
为了研究小型植保无人直升机超低空飞行时下洗流场的特征,利用SolidWorks软件和Ansys Workbench软件建立全尺寸物理模型并抽取外流场,使用ICEM软件对模型进行网格划分,运用Fluent软件对小型无人机超低空飞行进行三维数值模拟研究.数值分析结果表明:小型无人直升机超低空飞行时下洗流场的主要运动形式为垂直向下运动,同时伴随有周向旋转运动和径向收缩运动;在旋翼0.8R(R为旋翼半径)位置下方,下洗流场速度最大;随着高度的降低,下洗流场速度逐渐减小,水平方向速度分布逐渐趋于平缓.获得的下洗流场数据为小型植保无人机的设计提供了参考依据.
2015 Vol. 33 (6): 521-525 [摘要] ( 2271 ) [HTML 1KB] [PDF 1747KB] ( 2375 )
农业水土工程
526 金秋, 徐姗姗, 夏美玲
水田灌排一体化系统的开发与应用
分析国内外农业灌溉和排水领域发展的研究现状和目前常见的灌排装置的特点,针对中国灌溉排水研究领域对节水灌溉、控制排水设施的迫切需求,提出了水田灌排一体化系统的设计方案.该系统能根据农作物不同时期对水位的需求,充分利用灌溉和降雨的水量,较为精确地控制水田的灌溉和排水水位,解决了原有灌排设备无法同时实现灌溉和排水自动控制的难题.实际应用结果表明,水田灌排一体化系统试验区和对照区相比,降雨量增加利用150 mm,降雨利用率提高21%,减少灌水量21%;水稻亩产量增加4.3%;提高肥料的利用效率,减少农业面源污染.该系统结构简单、操作方便,具有可观的经济、生态效益和广阔的应用前景.
2015 Vol. 33 (6): 526-530 [摘要] ( 1243 ) [HTML 1KB] [PDF 1425KB] ( 1445 )
531 严爱兰, 戚毅婷, 郑知金
好氧颗粒污泥处理城市污水的农田适灌性
利用好氧颗粒污泥处理城市污水,探讨城市污水用于农田灌溉的可行性.研究表明:经过好氧颗粒污泥处理过的污水,污水中的化学需氧量为130 mg/L,悬浮物为50 mg/L,总氮20 mg/L,总磷只有1.5 mg/L,出水中的CODCr和BOD5去除率达到60%和55%;好氧颗粒污泥对污水中的氮、磷去除效果一般,去除率分别为50%和53%;出水中重金属去除率比较高,镉质量=浓度1.0×10-5 mg/L,小于《农田灌溉水质标准》镉的标准值0.006 mg/L,出水中铅质量=浓度0.02 mg/L,小于标准值0.1 mg/L,出水中锌、铜、汞、铬的质量=浓度也远远低于标准中的质量=浓度值.结果表明,好氧颗粒污泥处理过的城市污水的出水可以用于农田灌溉,出水中CODCr和BOD5、氮、磷、重金属等指标完全达到《农田灌溉水质标准》要求.
2015 Vol. 33 (6): 531-535 [摘要] ( 909 ) [HTML 1KB] [PDF 1465KB] ( 1364 )
536 李丽, 陈林, 张婷婷, 银永安, 朱江艳, 赵双玲
膜下滴灌对水稻根系形态及生理性状的影响
为探明水稻在膜下滴灌灌溉方式下根系生长发生的变化,设置小区试验与传统淹灌进行对比,以粳稻品种“T-04”和“T-43”为材料,研究了膜下滴灌灌溉方式对水稻根系形态、根系氧化力和硝酸还原酶的影响.结果表明:土表下20 cm深度,膜下滴灌水稻的根系长度、表面积、体积和平均直径都高于传统淹灌,并且差异具有统计学意义.土表下40 cm,膜下滴灌对水稻根系形态影响不具有统计学意义;水稻根系氧化力都是呈先增大,后减小的趋势,水稻根系氧化力最大期因品种而异.分蘖期膜下滴灌对水稻根系氧化力的影响因品种而异,但在拔节孕穗期、齐穗期和乳熟期,膜下滴灌水稻根系氧化力高于传统淹灌,并且差异具有统计学意义,膜下滴灌水稻后期根系具有较强的抗衰老能力;膜下滴灌水稻根系硝酸还原酶活性高于传统淹灌,但在分蘖期和乳熟期的差异不具有统计学意义,在拔节孕穗期和齐穗期差异具有统计学意义.
2015 Vol. 33 (6): 536-540 [摘要] ( 1108 ) [HTML 1KB] [PDF 1275KB] ( 1484 )
排灌装备制造技术
541 朱熀秋, 顾迎月
无轴承永磁薄片电动机直接转矩直接悬浮力控制
针对矢量控制策略在完成定子电流解耦的同时也使控制系统坐标转换计算复杂化问题,提出一种新颖的无轴承永磁薄片电动机(BPMSM)直接转矩(DTC)直接悬浮力控制策略.在推导无轴承永磁薄片电动机数学模型的基础上,借鉴传统永磁同步电动机(PMSM)直接转矩控制的理论和方法,构建了无轴承薄片电动机直接转矩控制子系统.根据转矩控制系统与悬浮力控制系统的相似性,将直接转矩控制思想引用到悬浮力控制子系统中,构建无轴承薄片电动机直接悬浮力控制子系统.结合空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)实现无轴承永磁薄片电动机直接转矩与直接悬浮力双SVPWM控制系统,并给出了相应的控制算法,最后利用Matlab/Simulink软件环境对该控制系统进行仿真.研究结果表明:直接转矩控制策略不仅简化了控制算法,并使电动机获得了良好的动静态性能,且产生的转矩与悬浮力脉动都得到了抑制.
2015 Vol. 33 (6): 541-546 [摘要] ( 2021 ) [HTML 1KB] [PDF 2309KB] ( 1532 )
547 骆寅, 孙慧, 卢加兴, 袁寿其
无传感器监测技术在离心泵中的应用研究综述
为深入研究无传感器技术在离心泵运行状态监测方面的应用,首先综述了无传感器技术的背景与研究现状:无传感器监测技术是一种将感应电动机作为转矩传感器,通过测量其定子电流、电压,分析电动机转矩信号并推算出运行状态从而实现运行状态监测的技术,具有安装使用方便,价格低廉等优点.由于大部分离心泵由感应电动机驱动,因此可以较为有效地解决传统状态监测技术中存在的问题.目前国内外对离心泵监测技术的研究主要集中在电动机及机械部件的诊断,离心泵运行工况的判别,电动机输出信号的提取、分析方法等方面,并且这些研究主要侧重于理论和仿真.其次提出了现阶段无传感器技术应用于离心泵状态监测方面研究的不足:关于离心泵内部流态的研究仍属空白,具体流动状态的识别研究较少,离心泵内不同流动状态特征的提取方法的研究较少.最后对离心泵无传感器监测技术的发展进行了展望:无传感器技术的突破在于着重解决水力负载转矩非定常特性、瞬态水力负载转矩在离心泵轴系传动及电动机系统中响应特性以及离心泵内不同流动状态特征的提取方法等问题.
2015 Vol. 33 (6): 547-552 [摘要] ( 1442 ) [HTML 1KB] [PDF 1640KB] ( 1497 )
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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
 袁寿其
编辑出版
 《排灌机械工程学报》编辑部
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