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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2021年 39卷 2期
刊出日期：2021-02-25
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
1
封面
2021 Vol. 39 (2): 1- [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 988KB] ( 400 )
2
目录
2021 Vol. 39 (2): 2- [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1019KB] ( 502 )
109 陈斌,杨陈*,张华,汪源,夏臣智
高速潜水轴流泵的空化特性
为研究轴流泵内部的空化特性问题,选取一台比转数ns=700的高速潜水轴流泵作为研究对象,利用ANSYS CFX软件进行数值计算得到外特性曲线,发现在大流量工况下外特性计算结果与试验误差较大.利用Rayleigh-Plesset空化模型和SST湍流模型对潜水轴流泵进行空化定常模拟,求得各工况下泵的临界空化压力,通过分析进口压力和运行流量变化对潜水轴流泵空化体积分数的影响,结果发现:临界空化压力随流量及转速的提高而增大,设计工况的汽蚀余量为7.08 m,临界压力为73 kPa,当进口压力低于临界压力时,泵内将发生严重空化,空化位置主要集中在叶片吸力面的进口轮缘处以及叶片最大厚度前后流体产生分离的位置.由于整体压力都大于汽化压力,在叶片压力面没有空化气泡形成.在设计工况附近增大或者减小泵的运行流量都会导致空化现象的加剧.因此在实际工程应用中,通过增加轴流泵的进口压力,并调节运行流量稳定至设计值可有效抑制空化.
2021 Vol. 39 (2): 109-115 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 8179KB] ( 603 )
116 李玉龙*,臧勇,赵岩,李秀荣
转子泵容积利用系数的通用计算模型
为构建适用于各类外啮合转子泵容积利用系数的通用计算模型,首先,针对能减少径向泄漏的一类宽顶转子,给出通用轮廓构造和关于瞬心半径的轮廓方程;其次,基于一对结构与尺寸完全相同的转子副,通过分析其处于最小余隙位置的几何关系,逐步推导出共轭截面积、容积利用系数关于瞬心半径的精确计算公式;最后,以摆线转子进行实例验证.结果表明:有效截面积由转子自身固有截面积和最小余隙附加截面积两部分构成,也可分为占比很小的动态共轭截面积和占比很大的静态节圆截面积,其中,瞬心半径是影响共轭截面积的唯一因素.叶数、起始法向角和叶顶角是影响有效容积利用系数的3个独立参数:叶数越大,有效容积利用系数越小;起始法向角越大,有效容积利用系数越大;叶顶角越大,有效容积利用系数越小.叶顶角对有效容积利用系数的影响很小,其有利于降低径向泄漏.有效容积利用系数的通用计算模型为转子泵的进一步研究提供了理论基础.
2021 Vol. 39 (2): 116-121 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 1709KB] ( 1146 )
122 黎义斌*,歹晓晖,王政凯
不同密封结构对离心泵叶轮轴向窜动的敏感性分析
为了揭示轴向窜动量和离心泵叶轮轴向力及其口环结构的定量关系,针对单口环和双口环2类密封结构,研究了轴向窜动量对泵水力性能和轴向力的影响规律及其机理.研究结果表明:相比单口环密封结构,双口环密封结构对高压液体泄漏的抑制作用显著,其容积效率较高.额定工况下,双口环密封结构泵扬程和效率均提高0.60%,且试验和数值误差均小于4%;单口环密封结构的总轴向力小于双口环密封结构.转子窜动量显著影响叶轮动反力、盖板力和总轴向力.窜动量ΔL=1 mm时,叶轮做功能力强,泵水力性能达最优;当叶轮向进口窜动时,叶轮做功能力减弱,泵水力性能下降.转子轴向窜动使蜗壳断面形成不对称反向涡团,影响蜗壳和叶轮内速度分布规律.
2021 Vol. 39 (2): 122-127 [摘要] ( 47 ) [HTML 1KB] [PDF 6402KB] ( 604 )
128 温慧知,汤跃,汤玲迪*
基于LabVIEW的泵试验非采集点数据显示程序设计
为解决水泵试验中非采集点数据读取不便、精度不高的问题,实现非采集点数据的无缝显示,基于LabVIEW虚拟仪器软件开发平台,设计一种水泵性能曲线非采集点数据跟踪显示程序.调用“广义多项式拟合”控件并使用最小二乘拟合方法,获得流量-扬程、流量-效率和流量-功率拟合曲线多项式方程;在此基础上,通过在“事件结构”中加入性能曲线图“鼠标移动”事件分支,对鼠标在性能曲线图上每次移动产生的坐标值进行刷新,将新的鼠标位置坐标对应的流量数据代入拟合曲线方程,计算得出所对应的新扬程、效率和功率数值,并对鼠标位置处性能数据值的显示格式进行调整,使其在鼠标位置处按照设定格式进行显示.结果表明:当鼠标在水泵性能曲线图上移动时,程序能够准确地跟踪鼠标位置,并显示鼠标所指位置处对应的流量、扬程、效率和功率数值,在实际应用中极大地方便了试验人员读取性能曲线图中非采集点数据.
2021 Vol. 39 (2): 128-131 [摘要] ( 53 ) [HTML 1KB] [PDF 9258KB] ( 519 )
水利水电工程
132 王超杰,郭绘娟*,刘志佳
金溪流域梯级电站短期发电计划编制
为了更好地解决非线性、非凸、多约束、复杂时空耦合等导致的梯级水电站调度问题,降低耗水率,提高整个梯级水电站群的经济效益和运行水平,以金溪流域为研究对象,充分考虑了电网需求、机组安全等约束条件,融合逐步优化动态规划算法与智能算法,实现日发电计划的精细化编制,并与实际运行情况进行对比.分析结果可以看出,采用优化算法(POA)进行优化调度后,水电站发电量有了一定幅度的提高,电量增加幅度在2.7%~3.4%.研究了梯级电站的厂内负荷分配与机组组合的问题.基于系统工程理论与优化算法,建立了满足水电网电力输电安全约束、设备安全管理等多目标的机组开停机和负荷调节优化模型,以耗水率最小为目标将负荷分解到电站各机组,计算各时段机组出力过程.在实际运行中,电站超出日发电计划出力,在偏差考核范围内尽量满发,通过算例验证了模型的可行性和合理性.
2021 Vol. 39 (2): 132-136 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 9702KB] ( 559 )
137 李超,马光飞*,刘德有,蒋超,方勇,
不同流量工况下蜗形滞流器三维模拟
为研究在不同雨量情况下蜗形滞流器的节流效果和工作特性,并探索蜗形滞流器的节流规律,采用VOF模型对蜗形滞流器不同流量工况的外特性及内流特性进行模拟分析.结果发现:不同流量情况下的蜗形滞流器节流效果不同,流量越大,节流效果越好,但开始产生节流的水位也越高.流量过大时,由于对蜗形滞流器形成直接冲击消耗势能,节流能力进一步增加;流量的不同影响检查井水位上升的速度与最终水位,因而影响蜗形滞流器内部的水流速度,但中心区域与壁面速度始终较低,说明空气带附近水流速度是相同的;不同流量情况下,蜗形滞流器到达稳定流态时其法向截面的压力呈偏心圆分层分布,并且中心有负压区,负压区的大小直接影响节流能力的强弱.通过模拟分析得到的研究结果可以为蜗形滞流器的进一步推广提供理论基础与技术指导.
2021 Vol. 39 (2): 137-143 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 6262KB] ( 481 )
流体工程
144 杨从新,张建梅*,王印,杨浩南
风切变下塔影效应对大型水平轴风力机气动性能的影响
以NH1500三叶片上风向型水平轴风力机为研究对象,基于CFD方法分析了风剪切来流下塔影效应对风力机叶片与风轮的气动载荷、空间流场的影响.结果表明:对于风剪切条件下有/无塔架的2种模型,叶片表面压力分布的差异主要体现在前缘和吸力面;在1个旋转周期内,有塔模型的载荷波动幅值大于无塔的风轮模型,风轮的载荷波动幅值相对于单支叶片较小;方位角150°~210°的时域为塔架模型的塔影中心区;塔影效应是导致风力机输出功率周期性波动的主要因素;塔架模型在叶片相位角180°时刻较无塔的风轮模型流场结构更为复杂;当叶片经过塔架时,流动分离点发生偏移,引起塔架两侧速度不对称.该研究为进一步研究塔影效应对风力机气动特性和空间流场的影响提供了一定参考.
2021 Vol. 39 (2): 144-150 [摘要] ( 56 ) [HTML 1KB] [PDF 5454KB] ( 752 )
151 钟林*,冯桂弘,张计春,魏刚
基于CFD数值模拟的排污阀冲蚀磨损影响规律
针对输气站场排污系统主要设备排污阀在使用过程中时有穿刺现象发生,造成天然气泄漏的安全事故,采用CFD仿真模拟的方法开展关于流体流速、颗粒粒径、含砂体积比与阀门开度等因素对阀套式排污阀冲蚀磨损性能影响的评价分析.结果表明:阀芯、阀座密封接触壁面间的冲蚀破坏是造成整个排污阀失效的主要原因.在流速1~9 m/s、颗粒粒径0.1~0.5 mm、含砂体积比2%~10%、阀门开度15%~90%范围内,冲蚀磨损率与流体流速呈指数型正相关,冲蚀磨损区域随流速增加明显扩大.砂浓度增多加大了颗粒碰撞阀腔壁面的频率,其冲蚀率近似呈线性增长.颗粒粒径变化对排污阀平均冲蚀磨损率影响较小,小颗粒冲蚀行为下产生的冲蚀破坏相比大颗粒更为均匀一些.排污阀开度在15%~30%过程中,阀冲蚀磨损程度变化剧烈,从60%开度开始,阀的受损情况趋于平稳.同时,在阀门开度增大的过程中,阀芯最大冲蚀磨损区域从圆周壁面逐步移动到阀芯下端面.研究结果对排污阀的整体耐冲蚀性能评价具有指导意义.
2021 Vol. 39 (2): 151-157 [摘要] ( 70 ) [HTML 1KB] [PDF 3230KB] ( 609 )
158 林伟振,周勇军*,王璐璐,陶兰兰
改进型INTER-MIG桨尾涡结构的PIV试验与模拟
采用粒子图像测速(PIV)技术和计算流体力学(CFD)对改进型INTER-MIG桨釜内尾涡结构进行研究,将数值模拟结果与PIV试验进行了比较,分析了几种湍流模型的差异;利用2D-PIV对尾涡结构进行涡量分析,并探讨桨叶直径对尾涡的影响,以及尾涡与湍动能之间的关系.结果表明:LES对尾涡的预测优于Reynolds平均法;改进型INTER-MIG桨在运动过程中产生运动轨迹不对称的上下尾涡,桨叶下尾涡先于上尾涡形成,下尾涡最大涡量高于上尾涡;在尾涡形成到发展至最大的过程中,桨叶直径对下尾涡的径向位移影响较大,在桨叶直径D/T=0.57时,桨叶下尾涡沿径向方向运动最快,湍动能最大;当尾涡开始衰减后,桨叶直径越大,尾涡耗散的速度越快;湍动能最大值介于两尾涡之间,且伴随着尾涡的发展而增大,随其衰弱而减小.研究结果表明改进型INTER-MIG桨釜内的搅拌机理,可以为该桨叶釜内的工程和优化设计提供参考.
2021 Vol. 39 (2): 158-164 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [PDF 4698KB] ( 562 )
165 白悦荻,佟国强,曲春明,李岩*,赵斌
直线翼垂直轴风力机静态流场数值模拟与可视化试验
为研究翼型对直线翼垂直轴风力机启动特性的影响,选取了厚度相似的正装非对称翼型S809与通用对称翼型NACA0018进行两叶片垂直轴风力机的对比研究.首先,运用数值模拟的手段得到采用2种翼型风力机的周期静态力矩曲线,取得二者力矩差异较大的特定方位角,并且进一步获得特定方位角下的涡量图和矢量图.然后通过可视化试验得到叶片周围流场矢量图,并将其用来验证模拟结果的准确性.继而结合涡量图和矢量图,对2种风力机叶片周围的旋涡和流动变化情况进行分析.计算结果表明:2种翼型的力矩曲线随方位角变化规律一致,NACA0018翼型的启动性要好于正装S809翼型;叶片尾流的旋涡使流场变得不稳定,造成能量损失;2种翼型叶片尾流均有不同程度的旋涡产生,使流场变得不稳定,相比NACA0018翼型,正装S809翼型叶片后部的剪切流动更强,产生的旋涡更近,对叶片启动性的影响也更大.
2021 Vol. 39 (2): 165-171 [摘要] ( 73 ) [HTML 1KB] [PDF 4588KB] ( 554 )
农业水土工程
172 程慧娟,于庆峰*,王全九,
入渗模型对垂直线源灌线源长度的适用性
为了分析垂直线源灌下土壤水分的入渗规律,探明不同线源长度的入渗率和累积入渗量,通过室内土箱模拟试验,研究了3种常规入渗模型对垂直线源灌下不同线源长度入渗规律的适用性.结果表明,随着线源长度的增加,入渗率和累积入渗量均增大;3种模型均能模拟不同线源长度下的入渗规律,其中Kostiakov入渗公式最精确,Philip入渗模型更适合于入渗前期和中期的模拟,Horton(变形)入渗公式更适合于入渗中期和后期的模拟,并且更适合于线源长度大于20 cm的情况;得出不同线源长度下3种入渗模型的经验公式,3种入渗模型入渗率的经验公式精确度均高于累积入渗量的精确度,3种入渗模型累积入渗量的计算值均高于实测值.该研究结果可为垂直线源灌技术推广应用提供理论依据.
2021 Vol. 39 (2): 172-178 [摘要] ( 53 ) [HTML 1KB] [PDF 1841KB] ( 616 )
179 李兴男,金江跃,降亚楠*
数值模型结构不确定性对模拟结果的影响分析
以内蒙古鄂托克旗为例,基于GMS中的MODFLOW模块构建了地下水流数值模拟模型,分析了模型结构(含水层厚度、参数分区)与模型参数不确定性因素对模拟结果的影响.研究结果表明:含水层不确定情景(含水层下边界概化为隔水底板平均值870 m)与实际情况水头差值绝对值的累计和最大为701 m,对模拟结果起了主控作用;当含水层下边界概化为910,940 m时,累计和分别增加为1 013,1 593 m;与仅考虑单个不确定性因素相比,同时考虑模型参数与含水层不确定情景累计和最大为738 m,同时考虑参数分区与含水层不确定情景累计和最大为791 m.因此,在构建地下水流数值模拟模型时,应优先考虑含水层空间结构概化的合理程度,同时考虑多个不确定性因素对模拟结果的综合影响,使地下水数值模拟模型能更精确地反映真实的地下水流状况.
2021 Vol. 39 (2): 179-185 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 5866KB] ( 493 )
186 李晨,李王成,董亚萍,王双涛,王兴,赵研
宁夏地区潜在蒸散发变化特征及成因分析
根据宁夏地区1962—2017年11个国家级气象站的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算宁夏地区潜在蒸散发(Potential evapotranspiration,ET<sub>0</sub>)日值系列,采用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、ArcGIS反距离权重空间插值、敏感性分析和贡献率等方法对宁夏地区ET<sub>0</sub>时空变化特征及影响因素进行分析.结果表明:宁夏地区1962—2017年多年平均ET<sub>0</sub>为1 073 mm,其中,中部干旱带最高(1 135 mm),引黄灌区次之(1 095 mm),南部山区最低(893 mm); 宁夏地区ET<sub>0</sub>在1986年发生了突变,突变前以0.571 mm/a的幅度下降,突变后以0.109 mm/a的幅度递增,整个周期内,以0.523 mm/a 幅度递增,但变化幅度均不显著.ET<sub>0</sub>对不同区域气象要素的敏感性不同,引黄灌区和中部干旱带对最高温度最敏感,敏感性系数分别为0.41和0.43,南部山区为相对湿度(-0.45); 不同气象要素对ET<sub>0</sub>的贡献率不同,引黄灌区和南部山区主导因子是最低温度,中部干旱带是平均风速.突变前后,对引黄灌区、中部干旱带和南部山区ET<sub>0</sub>贡献率最高的气象要素分别由平均风速、相对湿度和最低温度,变为相对湿度、平均风速和最低温度.
2021 Vol. 39 (2): 186-192 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 4656KB] ( 685 )
193 苗智英,邵光成*,房凯,王小军,孟佳佳,汤树海
不同水炭处理对水稻抗倒伏能力及产量的影响
为了分析水炭处理对水稻茎秆性状、抗倒伏能力及产量的影响,2017年于涟水县水利科学研究站进行测坑试验,共设置轻旱控排W1、重旱控排W2控水模式及无生物炭施加B0、生物炭施加B1,生物炭施加水平为50 g/kg.结果表明,施加生物炭能改善水稻茎秆基部性状,从而增强水稻茎秆的抗倒伏能力;另外,施加生物炭还可改善水稻产量构成因素来实现增产.控水处理对水稻茎秆的抗倒伏能力和产量影响较小;水炭互作效应对水稻抗倒伏能力及产量有显著的影响,在W1控水模式、生物炭施加B1条件下,水稻的抗倒伏能力最强、产量最大.统筹考虑水稻抗倒伏能力和产量,W1控水模式和生物炭施加B1相结合是一种有效的稳产增产的种植模式.研究成果可为今后水稻生产提供有效的水炭管理技术支撑.
2021 Vol. 39 (2): 193-199 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 1388KB] ( 575 )
排灌装备制造技术
200 李红*,汤攀,陈超,张志洋,夏华猛
中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势
为了促进中国水肥一体化施肥设备的研究开发及推广应用,总结分析了中国水肥一体化施肥设备科研、生产及实际应用中存在的问题,概述了施肥设备的发展现状,重点阐述分析了文丘里施肥器、压差施肥罐、比例施肥泵、柱塞泵及固体肥料溶解施肥装置等常用施肥设备的技术特点、研究进展和存在问题等.在此基础上,基于绿色农业发展理念和农业物联网的发展需要,指出施肥设备的发展亟需结合作物区域种植特点,综合施策,创新发展多种先进施肥装备及技术,建立节水节肥技术综合管理体系,重点研究管路中水肥流动规律、优化设计方法、产品研发与标准化、灌水施肥制度与智能水肥一体化系统,实现施肥设备的多功能、低能耗及精准化、水肥一体化系统的信息化与智能化,切实有效提高水肥利用率.
2021 Vol. 39 (2): 200-209 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 2183KB] ( 861 )
210 朱兴业,张爱英*,张林国,史永杰,江楠
低压雾化喷头雾化性能试验
为了进一步了解低压雾化喷头的雾化性能,为以后优化喷头性能提供理论依据,进行了相关试验.选取低压雾化喷头的孔径为0.5,0.8,1.0 mm,压力为0.08,0.11,0.14 MPa,喷头和锥盘间距为2,4,6 mm,锥盘夹角为150°,120°,90°等4个参数,设计并进行了正交试验.通过测量3种不同孔径的喷头在0~2.4 m雾化射程时的雾化水量分布特性,并对喷头以正方形组合方式和三角形组合方式时在不同组合间距下的均匀性进行分析,在此结果上进行极差分析,得到各因素影响趋势.结果表明:径向水量分布呈现正态分布,最高雾化水量点出现在接近雾化射程末端,且与喷嘴孔径成正相关;与三角形组合方式相比,正方形组合方式较好;影响雾化射程的主次顺序依次为孔径、锥盘夹角、压力、间距,对三角形组合均匀性系数的影响主次顺序依次为锥盘夹角、孔径、间距、压力,正方形组合均匀性系数的影响主次顺序依次为锥盘夹角、孔径、压力、间距.
2021 Vol. 39 (2): 210-216 [摘要] ( 60 ) [HTML 1KB] [PDF 1940KB] ( 620 )
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协办单位
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编辑出版
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