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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2020年 38卷 1期
刊出日期：2020-01-25
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
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封面
2020 Vol. 38 (1): 0- [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 21594KB] ( 407 )
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2020 Vol. 38 (1): 0- [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 266KB] ( 369 )
1 邹晨海,李红*,向清江,汤攀,陈超
射流泵装置性能预测方法
提出了一种射流泵装置性能预测方法,并进行了试验验证.以射流泵试验所得射流泵的流量比与压力比曲线,以及离心泵的流量扬程曲线作为预测初始条件,通过射流泵装置2种吸上高度4.5和9.0 m的性能试验,比较各流量比时装置工况点试验值与预测值精度,发现数值解法整体误差较小,能更好地反映射流泵扬程随流量比变化的情况,但与试验值相比仍存在误差且个别工况点误差较大,需进一步修正.引入预测值与试验值的比值作为修正系数,通过Plackett-Burman试验设计,从吸上高度、面积比、喷嘴直径、流量比、喉嘴距、喉管长径比、泵转速等因子中筛选出对射流泵扬程影响效应显著的面积比及流量比作为修正公式的关键参数,利用遗传算法和公式自动搜索拟合,得到射流泵扬程的计算公式,且相关系数超过0.99.通过射流泵装置在吸上高度为3.5和8.0 m的试验结果比较,表明具有较高的可信度.
2020 Vol. 38 (1): 1-6 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 1814KB] ( 336 )
7 程效锐,*,涂艺萱,滕飞,刘贺
诱导轮进口轮毂比对离心泵空化性能的影响
以某型LNG电动超低温潜液泵作为模型泵,基于数值计算和试验,研究了诱导轮进口轮毂比对空化性能的影响规律.采用RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对模型泵进行全三维数值计算,试验验证了数值计算的准确性,并选取诱导轮进口轮毂比分别为0.260,0.274,0.289,0.303和0.318的5组离心泵设计方案,对比分析了诱导轮和叶轮内空化发展过程、静压分布规律及离心泵的空化特性曲线.结果表明:采用不同诱导轮进口轮毂比的离心泵,其诱导轮和叶轮流道内的空化发展过程基本一致,空化首先发生在诱导轮进口轮缘处的低压区;增大诱导轮进口轮毂比会提高诱导轮轮缘处液流的进口轴面速度,致使叶片进口冲角降低,在叶片吸力面产生脱流,并且低压分布区域的面积逐渐扩大,离心泵的空化性能下降.因此,在诱导轮的设计过程中,为了获得更高的离心泵空化性能,可在适当范围内降低诱导轮进口轮毂比.
2020 Vol. 38 (1): 7-14 [摘要] ( 60 ) [HTML 1KB] [PDF 3141KB] ( 469 )
15 李清,康灿*,朱洋
蜗壳结构对高温熔盐泵转子运行稳定性的影响
为了研究蜗壳结构对熔盐泵输送高温介质时转子运行稳定性的影响,设计了相同运行工况条件下的单蜗壳、双蜗壳双出液管结构的2种熔盐泵.利用ANSYS 软件对2种蜗壳结构熔盐泵的内部流场进行了非定常数值模拟,并分析了转子部件上的温度分布;将流场和温度场的计算结果同时加载到转子部件上,进行叶轮和轴上的流热固耦合分析,探讨了2种结构熔盐泵转子部件的应力、变形量和模态.结果表明:双蜗壳结构可以减小叶片表面的压力载荷,提高叶轮表面压力分布的对称性;单蜗壳熔盐泵叶轮和轴的最大变形量较大;而且单蜗壳熔盐泵转子部件在不同旋转角度下最大变形量变化较大,相比于单蜗壳熔盐泵转子的等效应力,双蜗壳熔盐泵叶轮的最大等效应力较大,但双蜗壳熔盐泵泵轴的最大等效应力较小;2种蜗壳结构流场条件下,转子部件运行时均满足结构强度要求.
2020 Vol. 38 (1): 15-20 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 3911KB] ( 398 )
21 李晶,张人会,*,郭荣,李仁年,
叶片型线对渣浆泵水力性能及叶轮磨损特性的影响
为研究叶片型线对渣浆泵水力性能及叶轮磨损特性的影响,以LC100/350型渣浆泵为研究对象,工质为石灰石浆液,在叶轮轴面及叶片进出口安放角等参数不变的条件下,采用对数螺旋线进行叶片型线控制,通过数值计算方法,采用离散相模型,分析渣浆泵叶轮叶片型线对其水力性能及磨损特性之间的关系.计算结果表明:采用变角螺线法设计的圆柱形叶片有利于提高水力效率,但将导致扬程的小幅降低;包角120°的叶型为设计空间水力性能最优叶型;不同的叶片型线条件下,渣浆泵的水力性能与其叶轮磨损特性相互制约;小包角的叶片导致泵的水力性能下降,但叶轮磨损强度相对较低;叶轮的磨损强度与固相浓度呈正相关关系,叶轮磨损最严重的部位位于后盖板靠近轮毂的区域;在大流量工况下叶片包角对叶轮磨损强度影响较额定工况及小流量工况显著得多,颗粒粒径的变化与颗粒浓度的变化对泵的水力性能及叶轮磨损特性的影响基本一致.
2020 Vol. 38 (1): 21-27 [摘要] ( 69 ) [HTML 1KB] [PDF 4948KB] ( 338 )
28 陈燕,王天周,白小榜,罗绍华,张永祥
IS型离心泵驼峰消除措施试验研究
为了消除某一单级单吸离心泵扬程曲线存在驼峰的现象,改善性能曲线稳定性,采取3种处理措施,分别为同时减小叶轮进口直径和叶轮出口宽度、在吸入段内增加2块对称布置的隔板、在吸入段内增加1块隔板.通过3次性能试验测试对比分析了3种措施的可行性和有效性.试验结果表明:同时减小叶轮进口直径和叶轮出口宽度,扬程曲线形状几乎无变化,驼峰依然存在,扬程整体有一定的损失和减小,对改善驼峰无明显正面作用;在吸入段内增加2块对称布置的或者1块隔板后,扬程曲线的驼峰几乎完全消失,且扬程值和效率值损失微小,消除驼峰有较明显的效果.为进一步验证吸入段内增加隔板对消除驼峰的作用,在另一扬程曲线有驼峰的单级单吸离心泵上进行试验验证,表明增加隔板后,驼峰完全消除,泵性能仅有轻微的损失,验证了此处理措施的有效性.
2020 Vol. 38 (1): 28-31 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 1148KB] ( 398 )
32 操瑞嘉,孔祥序*,周以松,孙静如
叶轮出口边对双蜗壳泵压力脉动的影响
泵的叶轮扫掠蜗壳隔舌时产生的压力脉动是引起船用泵振动噪声的原因之一.为尽可能弱化这一影响,分别设计了叶片出口边与前后盖板基本面垂直和倾斜的2种不同形式叶轮,将其配置在相同的双蜗壳中,通过数值计算与样机试验相结合的手段,对蜗壳内9个不同位置的压力脉动情况进行对比分析.结果表明:出口边倾斜的叶轮相比于出口边垂直的叶轮可明显改善蜗壳内次脉动的“驼峰”现象,且可以进一步降低隔舌处主波动的压力峰值;对蜗壳内2个隔舌稍前的位置,出口边倾斜的叶轮反而会使得该点的压力系数幅值明显增大,且该点主波动的周期数发生改变;2种叶轮出口边的不同形式对蜗壳出口位置的压力脉动的影响基本相同;采用出口边倾斜叶轮对改善因叶轮与隔舌间的液流压力脉动是可行的.
2020 Vol. 38 (1): 32-38 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 4332KB] ( 385 )
水利水电工程
39 姚婷婷,郑源*
轴流式水轮机顶盖强度及模态有限元分析
对某轴流式水轮机在不同工况下的顶盖进行了单向流固耦合计算,运用ANSYS Workbench平台计算得到各工况下顶盖过流面准确的水压力分布,将其作为顶盖下面板水压力载荷加载到顶盖上,得到各工况下顶盖的静应力分布及变形情况.通过对有、无预应力下的顶盖进行模态分析,得到顶盖在2种情况下的固有频率和振型.研究结果表明:在各种工况下,顶盖的最大静应力和最大位移随着水头的增大而增大,均出现在顶盖下面板无筋板支撑处;顶盖在有预应力下的各阶固有频率相对于无预应力下的有所提高,提高幅度在0.5%以内,可以忽略预应力的影响;将顶盖的固有频率与各水力激振力频率比较,两者频率值相差较大,发生共振的可能性较小.研究结果可为轴流式水轮机强度及振动的校核与预测提供依据,并对顶盖结构优化设计提供一定的参考.
2020 Vol. 38 (1): 39-44 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 4999KB] ( 360 )
45 WANG Huiyan,LIU Xiaobing*,JIANG Qifeng,HUA Hong,OU Shunbing
Numerical simulation of cavitationturbulence in Francis turbine runnerwith splitter blades
Cavitation will reduce the turbine performance and even damage the turbine components. To verify the effects of splitter blades in improving the cavitation performance, the cavitation flow inside a Francis turbine runner with splitter blades was numerically simulated by using the Singhal cavitation model and the standard k-ε turbulence model. The distributions of static pressure and gas volume fractions on the surface of the runner blades were predicated at different conditions, and the cavitation in the flow field of the runner was analyzed. The results show that the static pressure and gas volume fractions are more uniformly distributed on the short blades than those on the long blades in Francis turbines with splitter blades, and there is almost no cavitation on the short blades; their distributions are more uniform at small flow conditions than those at large flow conditions; and large gas volume fractions are concentrated at the outlet tip near the band on the suction side of the long blade. The installation of splitter blades can improve the cavitation performance of conventional Francis turbines.
2020 Vol. 38 (1): 45-51 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 20660KB] ( 386 )
52 董浩*,李微
雨水口截污网篮的研发与应用
为了提高西安市老城区雨水口截污清掏的效率,减少清污劳动强度,根据西安市南郊区域雨水口结构形式、垃圾的种类及特征,针对雨水口垃圾清掏工作的情况进行调查,对为期1 a的调查数据进行统计分析.对目前国内外雨水口截污技术的发展、应用、优缺点进行了分别阐述.本研究根据西安市目前常用的雨水口结构及暴雨流量公式,以网筛加格栅结构为主体,开展了结构及材料方案比选和现场试验,最终设计了一种适用于西安市排水系统中城市雨水口的截污网篮.经实地应用验证,在不影响雨水口泄水功能的情况下,能够将垃圾有效拦截至网篮内,清掏雨水口时,当截污孔为直径10 mm圆孔×10 mm间距时井底的平均残余垃圾量由安装前的150 mm降至50 mm以内,在目前清掏技术不做变化的前提下,减少了清掏次数,延长了清掏间隔时间.
2020 Vol. 38 (1): 52-57 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 5324KB] ( 356 )
流体工程
58 方玉建1*,袁寿其1,赵丽伟2,张金凤1
负压输水光滑管道水力摩擦系数的试验研究
为了研究虹吸进流在某些输水工程改造中取得显著效果的内在机理,通过在实验室内进行复杂起伏管路的局部窝气/没窝气情况下阻力特性试验,并对试验管道(DN50有机玻璃管)的水力摩擦系数进行了试验预估,得到了比基于穆迪图估算更低的数值.为了排除该复杂管路中诸多弯头、球阀等部件对试验结果的干扰,重新搭建了一套前端带有虹吸负压整流装置的简单直管系统,对负压情况下的圆管流动水力摩擦系数进行了试验研究.管道为透明有机玻璃,可视为水力光滑管道.通过测量直管上两相距18.4 m的侧压点,在不同流量下的得到其水力摩擦系数,测试不仅获得比先前学者更低的水力摩擦系数,而且随雷诺数变化表现出一种新的趋势,由此得出负压对管道流动有着重要的影响.
2020 Vol. 38 (1): 58-61 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 4800KB] ( 412 )
62 王莹,董亮*,刘厚林,尚欢欢,潘琦
基于RANS/LES混合模型的90°方形弯管内流分析
为了了解90°方形弯管内流速度、压力分布、流动结构等流场信息带来的影响,分别对2种RANS/LES混合模型DDES和SAS在离心力作用下的弯管流场数值模拟,并将流动横截面速度分布和外弧面流向压力系数分布与试验结果进行对比分析.在此基础上,进一步比较了2种模型的瞬时流动结构和湍动能分布.结果表明:DDES和SAS的速度分布曲线及外弧面压力系数变化趋势相近,但是DDES在近壁区速度曲线和外弧面壁面压力系数分布上更接近试验结果;根据壁面小涡的尺度分布,DDES模拟结果在贴壁和近壁处有多种尺度的小涡,而SAS结果仅在贴壁面处存在若干无规则小涡;DDES能模拟出理论上四涡交界处的低湍动能区,而SAS未能得到这一现象.
2020 Vol. 38 (1): 62-68 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 3790KB] ( 386 )
69 梁博健,高殿荣*
高压扇形喷嘴结构参数的优化
为了了解高压水射流喷嘴结构参数变化对射流性能的影响,以出口扩张角、锥孔深度、入口收缩角作为参考因素,以喷射角、射流流量作为评价指标,对喷嘴各结构参数对射流性能的影响进行仿真分析和试验验证.按照单因素试验法和二次旋转正交组合设计的方法进行仿真试验,对试验结果进行显著性检验和方差分析,建立相应的回归方程.结果表明:锥孔深度是研究所涉及3个参考因素中对射流性能影响最为显著的因素,其显著性水平P<0.000 1.采用响应面法、加权法对喷嘴结构参数进行寻优,发现当出口扩张角θ=68°、锥孔深度h=8 mm、入口收缩角α=65°时喷嘴的射流流量为27.8 L/min,喷射角的大小为45.3°.在此参数下喷嘴的喷射角和射流流量都得到了显著提升,喷嘴更易获得较好冲击压力和清洗效果.
2020 Vol. 38 (1): 69-75 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 3201KB] ( 423 )
76 徐天宇,张立翔*
植物网纹增厚导管流体力学建模与流动特性分析
为了研究植物内壁网纹增厚对导管水分运输的影响,采用计算流体力学结合伯努利方程的方法,对导管内径,螺旋线数量,螺纹间距,网纹高度和网纹宽度等因素进行分析,通过压降和等效损失系数的变化,探究网纹增厚导管内部微流动机理.计算结果表明,对于特定网纹增厚导管模型,随着螺旋线数量的增加,总压降增大约16.34%,等效损失系数增大约26.45%;随着网纹螺纹间距增加,总压降减少约5.49%,等效损失系数减少约9.83%;随着网纹高度增加,总压降增大约33.89%,等效损失系数增大约57.96%;随着网纹宽度增加,压降增大约9.56%,等效损失系数增大约15.30%.导管网纹增厚对水分输运影响是网纹结构和回旋流动区域共同作用,且回旋流动区域是影响水分输运的主要因素.对比3种不同导管增厚结构,网纹增厚导管结构流阻最大,环纹增厚导管次之,螺纹增厚导管最小.3种增厚导管的结构流阻与导管内径大小成正比,内径越大的增厚导管其传输效率就越接近理想光滑管道.
2020 Vol. 38 (1): 76-82 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 5755KB] ( 347 )
农业水土工程
83 张坤,刁明,景博,张筱茜,万文亮,郭鹏飞,韩文
不同灌水量与灌水频率对加工番茄根系生长和产量的影响
为了了解不同灌水量和灌水频率对加工番茄根系生长和产量的影响,试验设置3个灌水定额和2个灌水频率.试验结果表明,加工番茄根系主要分布在(10,40］ cm土层(约占比63.20%~85.67%),随着土壤深度的增加,根系生长和干物质量逐渐减小;常规频率(F2)和低水(W3)有促使根系向深层土壤发育的趋势,高频灌溉(F1)和高水(W1)会促进根系在相对浅层的土壤范围内分布;相比常规频率,高频处理下土壤含水量波动较小,且保持在稳定的范围内.同时发现,土壤含水量、叶面积指数、干物质量和产量随着灌水定额和灌水频率的增大,均呈现出增加趋势;相同灌水频率下,高水和适水处理下加工番茄产量差异不具有统计学意义(P>0.05),但显著高于低水处理下加工番茄产量(P<0.05).综合考虑根系生长、产量和节约水资源,适用于西北地区加工番茄种植的较优灌溉制度为:75%ET0的灌水定额,灌水频率苗期一周 1 次,开花坐果期至拉秧期一周3次.
2020 Vol. 38 (1): 83-89 [摘要] ( 58 ) [HTML 1KB] [PDF 2077KB] ( 366 )
90 王岩,刘畅,李云开,顾涛,苏艳平*
种植密度对滴灌马铃薯生长、产量的影响
为了了解耕培土滴灌条件下种植密度对马铃薯生长、产量以及水分利用效率的影响.试验共设密度分别为7.28×104 株/hm2(RS25),6.67×104 株/hm2(RS35),5.55×104 株/hm2(CK)3个处理.结果表明:随着种植密度的增加,株高、茎粗、干物质积累量以及商品薯率均有降低的趋势;产量、水分利用效率随种植密度的增加表现出先增大后减少,其中RS35处理产量和水分利用效率均表现最高,分别达到47 325 kg/hm2和12.05 kg/m3;在马铃薯品质方面,种植密度对马铃薯粗蛋白含量的影响不具有统计学意义;淀粉和维生素C随着密度的大幅增加而降低,其中RS25处理的淀粉较CK降低了5.57%,RS25处理的维生素C较CK降低了7.96%,同时RS35与CK处理不具有统计学意义.综上所述,种植密度为6.67×104 株/hm2的RS35处理马铃薯高产优质,且水分利用效率最高,为黑龙江地区滴灌马铃薯较为适宜的种植密度.
2020 Vol. 38 (1): 90-94 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 2253KB] ( 419 )
95 李嘉露,白丹*,王新端,郭霖
新型小管稳流器结构参数设计与试验研究
为了研究新型小管稳流器的水力性能及其结构参数对水力性能的影响,取稳流器流道的7个结构参数作为因素,采用正交试验设计方法,制定了16组方案,在50~250 kPa等6个不同工作压力下进行水力性能测试.结果表明16组试验方案下流道的流态指数为0.475~0.498,其水力性能良好.利用极差分析法,分析得知流道第2组分水板与过水板间距对流态指数的影响最大,第1组分水板与过水板间距对流态指数影响最小.应用多元线性回归分析,建立7个结构参数与流态指数之间的回归模型,方差分析表明其相关性良好;t检验显示,第1组分水板与边壁间距、第1组过水板中部过水孔径和第2组分水板与过水板间距对流态指数影响显著;同时验证试验表明,该回归模型计算值与试验值误差小于5%,能准确可靠地预测流态指数.
2020 Vol. 38 (1): 95-101 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 3055KB] ( 320 )
102 刘小华,魏炳乾*,吴立峰,杨坡
4种人工智能模型在江西省参考作物蒸散量计算中的适用性
为了实现气象资料缺失下参考作物蒸散量ET0的高精度预测,以江西南昌、吉安及龙南站1966—2015年每日最高气温Tmax、最低气温Tmin、日照时数n、相对湿度RH和2 m高风速u2作为输入参数,以FAO-56 Penman-Monteith(P-M)公式的计算结果作为对照,建立了6种不同气象要素组合条件下的4种ET0计算模型,并分别与输入相同数据的经验法计算结果进行了比较.结果表明,在3个站点中,多元自适应回归样条法MARS模型的精度最高,且计算简便,可作为江西省蒸散量模拟的推荐方法.当4种模型的输入数据完整时,模拟精度均达到最高,表明4种模型均可适用于对参考作物蒸散量的模拟;输入数据缺失条件下,各气象要素对智能模型模拟ET0的影响由大到小按参数排序依次为Tmax,Tmin,n,RH,u2.与传统经验公式相比,4种智能模型的ET0计算结果精度均优于输入相同数据的经验法.
2020 Vol. 38 (1): 102-108 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 2042KB] ( 419 )
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