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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2017年 35卷 4期
刊出日期：2017-04-25
   
277 张永学, 侯虎灿, 徐畅, 何文萱, 李振林
熵产方法在离心泵能耗评价中的应用
为了准确地计算离心泵水力损失的大小和发生位置以提高水力性能,避免传统基于压降分析方法的局限性,引入局部熵产方法对离心水泵进行能耗评价.选用雷诺应力湍流模型及能量方程模型对离心泵进行全流道定常数值模拟,并采用自定义场函数对局部熵产率进行定义.分别以空气和清水管流为例,采用局部熵产方法进行能耗评价的结果与采用达西公式、压降法、平衡法得到的结果高度吻合,说明目前建立的局部熵产计算方法是可靠的.对离心泵的计算表明,叶轮和蜗壳是熵产发生的主要区域且主要类型为壁面熵产与湍流熵产,最高分别占泵总熵产的48.61%与47.91%.与传统水力性能评价结果相比,局部熵产方法计算结果存在误差但基本保持一致,说明局部熵产方法可应用于离心泵的能耗评价.
2017 Vol. 35 (4): 277-282 [摘要] ( 1246 ) [HTML 1KB] [PDF 2084KB] ( 2311 )
283 王海渠, 李红, 邹晨海
旋流式射流泵装置性能试验研究
为提升旋流式射流泵装置性能,设计了1种新型旋流式射流泵装置.选用3种不同面积比的旋流式射流泵和与之相对应的无旋射流泵作为研究对象,通过改变流量比,研究旋流式射流泵装置性能随射流泵面积比和流量比的变化特点.结果表明:旋流式射流泵的最优面积比小于无旋射流泵;面积比偏大和偏小时,其压力比和装置效率明显优于无旋射流泵;旋流式射流泵的面积比与无旋射流泵的最优面积比接近时,其压力比和装置效率略优于无旋射流泵;旋流式射流泵装置的最佳效率点与无旋射流泵装置相比有向大流量比方向移动的趋势,这将增大装置性能的高效区范围.旋流式射流泵装置压力比最高能提高0.01,相当于无旋射流泵装置的5%~10%;旋流式射流泵装置效率最高能提高4%,相当于无旋射流泵装置效率的25%左右.
2017 Vol. 35 (4): 283-288 [摘要] ( 913 ) [HTML 1KB] [PDF 1602KB] ( 1067 )
289 何相慧, 刘厚林, 谈明高, 王凯, 吴贤芳
叶轮背叶片形状对熔盐泵性能的影响
为了研究叶轮背叶片形状对熔盐泵外特性、轴向力、内部流场的影响,以一台立式高温熔盐泵为研究模型,采用Creo建立了背叶片前弯叶片、后弯叶片、倾斜叶片以及径向直叶片等4种结构不同的叶轮背叶片盖板模型,并采用标准k-ε湍流模型对4种方案下泵外特性、内流场以及轴向力进行了数值模拟,重点分析了叶轮背叶片形状对泵轴向力的影响.结果表明:设计工况下,叶轮背叶片形状对熔盐泵的外特性影响较小;前弯叶片在叶片外侧出现了明显的低压区;前弯叶片和后弯叶片对熔盐泵内的水力损失影响较小;背叶片对平衡轴向力有重要的作用,4种形状的背叶片在叶片数为6时平衡轴向力的效果均较好,最多可平衡48%的轴向力.从提高效率方面考虑,熔盐泵叶轮背叶片可采用后弯叶片;从平衡轴向力方面考虑,可采用径向直叶片.
2017 Vol. 35 (4): 289-295 [摘要] ( 949 ) [HTML 1KB] [PDF 1802KB] ( 1363 )
296 杨从新, 强盼
口环间隙对高速泵泵腔内流动特征的影响
为分析泵腔内流场结构及口环间隙变化对高速泵在设计工况下性能的影响,基于雷诺时均N-S方程及RNG k-ε湍流模型的理论基础,以转速n=38 500 r/min的离心泵为研究对象,对其进行全流场数值模拟.结果表明,前后泵腔内ut/u均随着半径的增加而减小;沿着叶轮旋转方向ut/u也不断减小,在α=0°即蜗壳隔舌附近时ut/u值最小.在前后泵腔内,靠近盖板的区域ur/u>0;靠近壳体的区域ur/u<0.前、后口环间隙分别对前、后腔流场结构的影响基本一致:在同一轴向位置处,随着口环间隙的增大,流动核心区的ut/u增大,靠近壳体一侧的ur/u减小;在同一半径位置,口环间隙越大,静压越小.
2017 Vol. 35 (4): 296-302 [摘要] ( 936 ) [HTML 1KB] [PDF 2643KB] ( 1159 )
303 张琳, 施卫东, 张德胜, 石磊
基于大涡模拟的混流泵不稳定流动数值研究
为了分析某一混流泵在不同工况下运行时的内流场和压力脉动特性,以该混流泵为研究对象,建立流场分析模型,基于CFX软件,采用Large eddy simulation(LES)湍流模型进行不同工况下全流场非定常数值模拟.结果表明:非失速工况下(1.00Qopt),叶轮内流线平稳,没有出现涡团,6个流道内的流态基本一致,仅在导叶出口吸力面附近有一定的流动分离.当旋转失速发生时,在导叶吸力面附近产生了大量的旋涡涡团,从导叶进口到出口,旋涡尺度先增大再减小,涡核附着在压力波动最小的导叶吸力面中间叶高区.对不同点处的压力脉动进行快速傅里叶(FFT)变换,从轮毂到轮缘,压力脉动的幅值逐渐增加.在叶轮出口,压力脉动频率分布情况和叶轮进口类似,但是,低频范围变大,最大脉动频率幅值有所降低,压力脉动主频向低频方向偏移.对不同工况下的压力脉动进行快速FFT变换,3个工况变化规律基本一致,但在0.55Qopt工况下,低频范围较大,频率成分比较复杂,低倍频处的压力脉动幅值比较突出,而在0.75Qopt工况下,低频宽度明显减少,低频脉动的频率集中在1N附近,当达到1.00Qopt工况时,除了6N、12N等主要频率成分外,其他的频率成分均不是特别明显,低频范围的脉动频率幅值显著降低,整体的脉动幅值和另两个工况相比都明显减小.
2017 Vol. 35 (4): 303-308 [摘要] ( 856 ) [HTML 1KB] [PDF 1935KB] ( 1561 )
309 叶道星, 李红, 张翔
中浓纸浆泵内部气液分离数值模拟与试验
为了研究中浓纸浆泵内部的气液分离特征,基于欧拉-欧拉多相流模型,对泵内的流动进行三维非定常数值模拟,分析了转速、抽气真空度和流量对气液分离的影响及瞬态气液分离过程.搭建了基于声呐流量计的泵性能测试系统,研究了中浓纸浆泵运行性能特点.结果表明:随着转速的增大,较高的气体体积分数区域集中于湍流发生器叶片的背面,叶轮内的气体含量减小;随着流量的增大,湍流发生器内气体体积分数较高的区域面积逐渐减小,大流量工况下气体集聚在湍流发生器的背叶片根部.叶轮背面叶片的作用使气液得到了进一步的分离;转速、抽气真空度和流量的增大可以提高叶轮的气液分离能力.叶轮的排气孔附近产生并聚集了大量气体,并伴随着强烈的气液两相流相互作用变化.通过中浓纸浆泵的性能试验研究,发现提高泵的转速和抽气真空度有利于泵内的气液分离,验证了采用数值模拟方法研究中浓纸浆泵内部气液分离的正确性.研究气液分离特征有助于认识中浓纸浆泵内部气液分离过程的演变机理,为中浓纸浆泵的气液分离结构和排气系统提供设计参考.
2017 Vol. 35 (4): 309-318 [摘要] ( 1061 ) [HTML 1KB] [PDF 3414KB] ( 1353 )
319 何建宇, 钱晶, 曾云, 郭亚昆, 于诗歌
计及调压井动态的水轮机微分代数模型
为了消除调压井独立变量,减少未知量个数,将调压井动态归并到管道末端的水力动态.首先将调压井动态方程转化为传递函数形式,利用连续性方程和管道传递函数,将调压井动态归并到压力管道末端水头的动态传递函数,建立包含调压井动态的水轮机进口水头-流量传递函数,进而将该传递函数转化为微分方程模型,与水轮机出力代数方程一起构成了计及调压井动态的水轮机微分代数模型.所建立的模型中,调压井动态不再是附加输入或独立变量,减少了方程的变量和程序的运算量.构建了包括典型PID调速器、励磁PI控制器、三阶发电机模型和所建立的水轮机模型的模拟运行系统.仿真表明,建立的模型的水轮机水头和发电机有功计算值与传统方式建立的模型计算结果基本一致,所提出的模型能够满足研究水轮机暂态特性的需要.
2017 Vol. 35 (4): 319-324 [摘要] ( 837 ) [HTML 1KB] [PDF 1542KB] ( 1156 )
325 韩冬冬, 于凤荣, 张思青
水泵水轮机水轮机工况全流道三维非定常数值模拟
为了研究水泵水轮机水轮机工况下的内部流场及压力脉动特性,对某蓄能电站的水泵水轮机几何建模,采用RNG k-ε模型和SIMPLE算法,对水泵水轮机水轮机工况时三维全流道的空载工况、25%负荷工况、50%负荷工况、75%负荷工况、额定工况及满负荷工况进行三维非定常模拟;同时,监测蜗壳入口、活动导叶之间、导叶与转轮之间无叶区,以及尾水管直锥段和弯肘段的压力脉动情况.结果表明:空载等低负荷工况下,活动导叶出口出现射流,使导叶与转轮间无叶区流场恶化及转轮叶片进水边附近产生涡结构,随负荷增加而缓解;50%负荷工况下,尾水涡带有多分支相互缠绕,导叶与转轮间无叶区受动静干涉高频脉动的影响,尾水管区域受尾水涡带低频脉动影响,且各自向上、下游传播;额定工况下,P1至P5测点压力脉动的压力呈现阶梯依次降低,转轮前、后部分转轮与导叶间无叶区测点P3、尾水管锥段测点P4的脉动压力值出现很大的落差;各工况下导叶与转轮间无叶区脉动频率不变,各频率幅值随负荷增加而增大.
2017 Vol. 35 (4): 325-332 [摘要] ( 857 ) [HTML 1KB] [PDF 3565KB] ( 1162 )
333 袁丹青, 石荣, 丛小青, 季明
远射程消防水炮流道内导流片的性能分析
为提高消防水炮射程,消除管内流道中的涡流和横向流,需在弯管流道内安放导流片.以5种不同曲率半径的弯管为对象,在管内安放位置不同、数量不同的导流片,进行水炮设计流量为400 m3/h的内部流动数值模拟.结果表明:安放导流片可消除管内湍流核心区,改善流动状态,减小出口湍动能.当曲率半径为1.2~1.4倍的管内径时,安放导流片后管内的湍动能大幅度减小,且出口最大湍动能是不加导流片时的一半以下;曲率半径较小时,安放单片导流片的进出口压差与安装双片导流片的压差相差不大;曲率半径大于管内直径时,前者的压差小于后者的压差;在靠近弯管内壁安放单片导流片后,水炮结构紧凑,且压差比双片导流片小,管内流体的旋转和振动最少,因此在设计消防水炮时优先选择单片导流片.
2017 Vol. 35 (4): 333-339 [摘要] ( 1024 ) [HTML 1KB] [PDF 2026KB] ( 1649 )
340 景坤瑶, 汪建文,, 张立茹,, 贺玲丽
不同入流条件对屋顶风力机输出功率的预测
针对地形及城市建筑屋顶风能情况复杂多变的问题,探究入流条件对屋顶风力机输出功率的影响.依据3种典型的城市及郊区地表粗糙度,拟合对应的指数、对数及半对数入流风剖面.选取自制S翼型300 W水平轴风力机,安装于平屋顶合适的位置,采用User Defined Functions接口分别加载3种入流条件,对屋顶流场湍流特性及风轮输出功率进行数值计算.对比分析发现:城市郊区下的指数入流建筑屋顶加速效果较小,湍流强度大,不宜安装风力机;城市市区下的对数入流风速加速效果最明显,风轮输出功率较高,但其屋顶流场分离、阻滞和湍流程度较大,湍流强度也较大,风力机安装的适宜位置和台数将减少,且存在结构破坏和成本增加等问题;高大建筑城市市区下的半对数入流的流场分离、速度阻滞和湍流强度较小,建筑集风效果较明显,适宜安装多台风力机,并可避免风力机结构破坏等问题.
2017 Vol. 35 (4): 340-344 [摘要] ( 918 ) [HTML 1KB] [PDF 1699KB] ( 1071 )
345 王天志,, 王迪, 徐飞鹏, 李云开
高钙镁离子地下水滴灌施肥系统堵塞效应
为了分析高钙镁离子地下水滴灌条件下施肥系统堵塞风险及综合影响效应,开展了大田春玉米田间滴灌试验.选择地下水和再生水2种灌溉水源,使用圆柱型迷宫流道灌水器和片式灌水器两类灌水器进行试验,并从灌水器堵塞及其对作物生长、产量的影响角度,对比分析了高钙镁离子地下水、再生水滴灌施肥的安全性问题,结果表明:该种高钙镁离子质量浓度(180 mg/L)地下水滴灌施肥比40~60 mg/L的再生水滴灌施肥具有更大的系统安全性问题;高钙镁离子地下水滴灌系统灌溉7次后灌水器相对平均流量Dra降至77.6%,灌水器均匀度CU降至79.9%,比再生水滴灌还低3.0%和5.3%,春玉米植株株高、茎粗、产量及水分利用效率分别比再生水降低7.4%,3.5%,3.7%,3.7%.研究可为合理利用地下水滴灌提供参考.
2017 Vol. 35 (4): 345-350 [摘要] ( 1030 ) [HTML 1KB] [PDF 1360KB] ( 1541 )
351 吴沿友,,, 胡林生,, 谷睿智,, 吴沿胜,, 黎明鸿,
两种土壤含水量与水势关系
研究了两种土壤的水分特征曲线以及不同土壤水分随时间的变化规律.依据吉布斯自由能公式,可以导出土壤水分特征曲线模型;以壤土和壤质黏土为研究对象,设置4个水分水平,监测了连续干旱下土壤水势和时间的关系,运用Logistic方程对两者之间的关系进行拟合.结果表明:依据吉布斯自由能公式导出的土壤水势和含水量的关系模型精确性很高; Logistic方程能很好地拟合土壤水势随时间的变化关系;由土壤水势推算的土壤含水量随时间的变化关系也可用Logistic方程很好地拟合.壤质黏土的田间持水量比壤土高出11.6%,壤土的含水量下降到凋萎含水量的时间较壤质黏土要晚,说明了壤土保持作物可利用的水分能力要高于壤质黏土.研究结果可为作物的需水信息提供技术支持.
2017 Vol. 35 (4): 351-356 [摘要] ( 1280 ) [HTML 1KB] [PDF 1322KB] ( 2155 )
357 田坤, 朱兴业, 万景红, 鲍亚
平移式喷灌机组的研制及性能试验
针对目前国内外喷灌机组的研究发展趋势,研制了一种新型平移式喷灌机组.该机组采用异形连接机构,实现装置的快速连接、拆卸;采取多跨特殊桁架连接,可以根据地形需求,灵活改变跨数,避免机组的过喷和漏喷现象;桁架的特殊开槽方式,可以根据作物需水要求,灵活改变喷头安装高度与间距,减少喷灌的漂移蒸发损失,提高喷灌的均匀性;搭载的低压折射式喷头,降低了系统工作压力,节省了机组能耗.采用间歇式控制系统,实现机组的自动化作业,满足了现代化农业精准灌溉的要求.对该机组的性能进行试验,结果表明:喷头工作压力在0.07 MPa,安装间距为3 m,高度为1 m时,喷灌均匀性系数达到86.5%,分布均匀性系数达到80.9%.与现有产品相比,该机组易拆卸、适应性广、节水、节能、均匀性高,应用前景可观.
2017 Vol. 35 (4): 357-361 [摘要] ( 689 ) [HTML 1KB] [PDF 1453KB] ( 1120 )
362 吴晨, 汤跃, 汤玲迪, 程俊, 李科
基于安卓系统的水涡轮特性参数无线监测系统
为了实现水涡轮水力机械性能试验参数的无线监测,提出一种基于Qt及安卓系统的水涡轮水力特性参数无线监测系统.系统以STM32为核心搭建水力特性参数监测下位机,通过A/D转换测量得到入口和出口压力,以捕获频率的方式得到流量、转矩和转速的数值;STM32对数据进行初步处理后显示在TFT LCD屏上,并通过串口和蓝牙分别传输给上位机和安卓手机;上位机以Qt编制,显示即时数据并按要求绘制相关曲线,生成报表,拥有的跨平台特性可以很方便地将程序移植到不同的操作平台;安卓手机通过安装配套的APP,通过蓝牙模块接收数据,拥有显示即时数据、保存到数据库、绘制曲线等功能.经过系统的现场测试表明:下位机可以准确地接收并处理传感器发送的数据,上位机和安卓客户端均可以通过特定的数据链路接收、处理数据并绘制曲线,用户体验良好,人机交互性、系统扩展性和可移植性都有了较大的提升.
2017 Vol. 35 (4): 362-368 [摘要] ( 726 ) [HTML 1KB] [PDF 1817KB] ( 1123 )
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编辑出版
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