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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 12期
刊出日期：2021-12-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
编读园地
固液两相流泵技术
   
泵理论与技术
1
封面
2021 Vol. 39 (12): 1- [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 1568KB] ( 405 )
2
目录
2021 Vol. 39 (12): 2- [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 967KB] ( 434 )
1189 李甲振*,杨开林,任显明,郭永鑫
高效节能水锤泵技术研究进展
为了厘清水锤泵的技术发展动态和目前的技术应用现状,文中回顾了水锤泵技术发展历史,并简要介绍了水锤泵的基本结构,在此基础上,阐述了水锤泵的效率计算方法,并对水锤泵的理论设计方法发展进行了梳理.随后对水锤泵的国内外研发现状进行了大致概括,提出了中国水锤泵发展受限的根本原因,并指出简化制造和装配工艺、发展大型化水锤泵制造技术以及研发轻型化和分体式水锤泵是未来发展的重点.接着总结出水锤泵系统参数和结构参数是影响水锤泵的主要因素.最后对国内外水锤泵的实际应用现状进行了对比分析,提出发展应用水锤泵应在考虑泄水阀和输水阀动态启闭过程的水锤泵运行全过程理论模型的基础上发展适用于不同群体或目标的水锤泵制造技术.研究成果对扩大水锤泵的应用范围,提升中国水锤泵的制造技术提供了一定的参考.
2021 Vol. 39 (12): 1189-1195 [摘要] ( 58 ) [HTML 1KB] [PDF 1598KB] ( 1202 )
1196 程效锐,*,李敏,李天鹏
叶片缝隙引流对高速诱导轮性能的影响
为了研究叶片缝隙引流对高速诱导轮性能的影响,以1台带前置诱导轮的高速离心泵为研究对象,就诱导轮叶片设置5种不同缝隙下高速离心泵内部流场进行数值模拟,研究诱导轮叶片缝隙引流对其自身及高速离心泵性能的影响.对比分析了开缝后诱导轮截面内速度分布、诱导轮外特性曲线、高速离心泵空化特性曲线、诱导轮流道内空泡分布以及诱导轮沿轴向位置各截面静压分布规律.结果表明,叶片表面设置缝隙可减弱诱导轮叶顶间隙泄漏流对管道壁面的冲击,削弱叶片进口边吸力面附近的旋涡,改善该区域的流态;缝隙可改变诱导轮流道内压力的分布,从而影响诱导轮流道内的空泡的分布,且合理设计缝隙的大小可使高速离心泵的空化性能得到改善.
2021 Vol. 39 (12): 1196-1202 [摘要] ( 65 ) [HTML 1KB] [PDF 17662KB] ( 415 )
1210 公续然,曹璞钰*,王洋,朱芮,王业富
基于CFD的空间导叶出口边线性控制及内流分析
为提高多级潜水电泵的水力性能,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对Q80-20型多级潜水电泵的空间导叶展向各流面包角的变化规律用线性方程量化,探究方程斜率变化对导叶内部角区分离流的影响以及与导叶性能的映射响应关系.采用CFX17.1对2级模型进行全流场数值模拟,结果表明,线性方程斜率为负时,导叶的水力性能优于正斜率时.在负斜率基础上采取2种方案优化,结果表明,调整轮缘包角并增大包角差时,轮毂中部横向二次流被削弱,轮毂到轮缘的展向二次流增强,抑制了角区低能流体堆积,导叶性能随斜率的减小而单向升高.调整轮毂包角并增大包角差时,同样可增强中部轮毂到轮缘的展向二次流,但进口加剧的展向冲刷增大了能量损失,导致导叶的水力性能先增大后减小,存在最佳斜率.研究成果为后续研究空间导叶出口边型线对多级潜水电泵水力性能的影响提供研究基础和科学支撑.
2021 Vol. 39 (12): 1210-1217 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 6551KB] ( 688 )
1203 潘国军,吴鑫燚,罗显文,连加俤*,许静
油气混输泵纯气输送下倾斜端面上游泵送机械密封稳态性能
以纯气体输送时的油气混输泵上游泵送螺旋槽机械密封为研究对象,基于气体润滑理论并采用有限差分法,在考虑密封环发生相对倾斜的情况下,研究操作参数、结构参数及密封环相对倾斜角对密封稳态性能的影响规律和作用机制.数值分析结果表明,相对于平行密封间隙,密封环发生相对倾斜时,会使膜厚减小区域的膜压峰值和膜压高压区范围明显增大,使膜厚增大区域的膜压峰值和膜压高压区范围明显减小;无论研究的参数如何变化,开启力、泄漏率及气膜刚度始终呈现出随着密封环相对倾角增大而增大的变化规律;通过增大转速、设计较小的平衡膜厚或优化型槽结构不仅可有效增强密封的上游泵送能力,以实现被密封介质的零泄漏,还可有效改善密封的开启性和稳定性.
2021 Vol. 39 (12): 1203-1209 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 206 )
水利水电工程
1218 刘鸿涛,蔡蝶,吴波,赵瑞娟,魏希莹,屈忠义*
矩形渠道翼形量水槽的体型优化及试验研究
为了改善量水槽在平原灌区应用受限的状况,利用鸽子翅膀截面曲线,通过仿生优化设计了一种鸽翼形量水槽,并通过模型试验研究不同流态下量水槽的水力特性.试验结果表明:自由出流时水深-流量的稳定关系在淹没出流时仍然存在;不同流态时,水跃发生位置不同,自由出流时,水跃发生在出口断面附近,淹没出流时,则在喉口附近;自由出流时的测流精度高于淹没出流,测流误差在2%~3%,但淹没出流的测流误差随着流量增大而减小;鸽翼形量水槽的临界淹没度均在0.850以上,最高可达0.933,具有较大的测流范围.鸽翼形量水槽的工作性能良好,可开展标准化设计和工程应用.
2021 Vol. 39 (12): 1218-1222 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 2649KB] ( 466 )
1223 汪星,戎贵文,孙双科,郑铁刚*,胡良宇
基于低影响开发的校园雨水控制及效益分析
以安徽理工大学为研究对象,应用4种低影响开发(LID)方案(植草沟、下沉式绿地、雨水罐和植草沟-下沉式绿地-雨水罐组合)构建雨洪管理模型(SWMM),模拟不同雨水重现期下各种LID方案的水文和水质性能,并评价了经济效益.结果表明:植草沟的径流削减效率最好,可延迟流量峰现时间,且能有效地削减污染负荷;除雨水罐外,另外3种LID实践方案具有良好的环境效益;从成本效益上分析,下沉式绿地和组合LID实践方案的污染物控制效果较好,但其单位削减率成本高,植草沟对污染物控制效果不理想,但其具有最低的单位削减率;若想取得较好的污染物控制效果,则需要投入更大的成本,可以采用下沉式绿地或组合LID实践方案,下沉式绿地或组合LID实践方案不仅能有效削减峰值流量,缓解城市排水管网负荷,且对污染物的削减效果较好.可为中国校园中LID实践的应用决策提供理论支持.
2021 Vol. 39 (12): 1223-1229 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 2581KB] ( 462 )
流体工程
1230 杨健,李晓丽*,王辉,耿凯强
复合粉煤灰砒砂岩水泥土力学性能室内试验研究
为了研究粉煤灰对砒砂岩水泥土力学性能、破坏模式、微观结构和细观构造的影响,对不同粉煤灰掺量、不同龄期的砒砂岩复合水泥土进行了无侧限抗压试验,通过扫描电镜(SEM)和超景深三维显微镜对复合粉煤灰砒砂岩水泥土的微观结构和表观形貌进行分析观测.结果表明:适量掺入粉煤灰对砒砂岩复合水泥土的强度形成具有一定的促进作用;复合粉煤灰砒砂岩水泥土的应力-应变曲线可分为压密阶段、弹性阶段、塑性屈服阶段和破坏阶段;粉煤灰的掺入有利于水泥土变形模量的增长,能够促进砒砂岩复合水泥土的变形控制;扫描电镜和超景深三维显微镜分析表明,粉煤灰玻璃体中的活性物质在碱环境下与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成致密且稳定的C-S-H凝胶和AFt构成网状结构,促使试件内部胶结更加紧密,并对表观的沟壑孔洞进行填充和密实,从而提升砒砂岩复合水泥土的强度性能以及抑制其裂缝扩展和破坏作用.
2021 Vol. 39 (12): 1230-1236 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 8841KB] ( 474 )
1237 彭超华，刘忠飞，倪培永，喜冠南，施卫东
基于旋转圆盘的雾化装置设计及试验研究
基于开尔文-亥姆霍兹和瑞利-泰勒不稳定性,设计了一种新型旋转圆盘雾化装置,并通过ANSYS workbench软件对装置进行了有限元强度校核; 基于高速阴影成像技术以及MATLAB图像处理技术对装置进行了雾化试验研究.结果表明:装置的最大变形处位于圆盘上,而装置的应力主要集中在装置的连接处,最大应力为13.6 MPa,远小于材料的屈服强度; 给定泵流量为640 L/h,圆盘转速在200~800 r/min的试验条件下,圆盘的液柱效应和液膜厚度明显减小,同时各转速下的液滴平均粒径从1 240 μm减小为688 μm,这表明装置雾化的效果随着转速的提升而显著的提升.研究结果为雾化装置的进一步优化设计提供了参考依据.
2021 Vol. 39 (12): 1237-1242 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 11451KB] ( 472 )
农业水土工程
1243 涂安国，聂小飞，李英，李洪任
层状红壤水分入渗特征试验与模拟
认识土壤结构对土壤水分运移影响是提高土壤水分利用效率和控制面源污染的重要基础.以容重为1.35和1.55 g/cm3的均质土及其组成的上松下紧层状土壤结构为对象,采用室内土柱恒定水头水分入渗试验和模型模拟相结合的方法,分析不同土层结构的水分入渗过程及水分再分布特征.结果表明,上松下紧的层状土壤积水入渗速率过程可明显分为上层入渗阶段和下层入渗阶段; 与均质土相比,层状土轻微降低了上层的入渗速率和提高了下层初始速率,但对下层的稳定入渗率影响不大.层状土壤可显著提高上层土壤含水量,且水分再分配过程在界面处发生了突变.采用HYDRUS-1D模型模拟层状土壤入渗水分再分布,直接组合均质的土壤水力参数模拟效果较差,需要对进气吸力进行参数优化.研究成果可为红壤地区土壤水分管理和污染防治提供理论支撑.
2021 Vol. 39 (12): 1243-1249 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 2019KB] ( 557 )
1250 冯浩原,尹光华*,马宁宁,谷健,曹秀佳,刘泳圻
不同降水年型地下滴灌追氮对玉米产量的影响
采用完全组合设计,在长期试验基础上探讨了枯、丰2种降水年型滴灌追氮对玉米产量的影响.结果表明:丰水年整体产量高于枯水年,高水高氮和高水低氮处理在丰、枯水年间产量差异不具有统计学意义.枯水年滴灌对产量影响具有统计学意义(P<0.01),水氮互作对产量影响具有统计学意义(P<0.05),追氮对产量影响不具有统计学意义.丰水年滴灌对产量影响具有统计学意义(P<0.05),追氮对产量影响具有统计学意义(P<0.01),水氮互作对产量影响不具有统计学意义.不同降水年型间产量随滴灌量的增大而增大,枯水年滴灌对产量的提高幅度大于丰水年;随追氮量的增加先增大后减小,丰水年增加追氮量对产量的影响均大于枯水年.通过分析,确定了不同降水年型适宜的水肥施用模式:播种期沟施复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)450 kg/hm2后,在枯水年滴灌48 mm、追氮120 kg/hm2,丰水年滴灌36 mm、追氮240 kg/hm2.
2021 Vol. 39 (12): 1250-1256 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 1365KB] ( 445 )
1257 景博,牛宁,张文龙,刁明*
不同施氮量对滴灌加工番茄根系构型的影响
为了探讨施氮量对加工番茄根系构型及产量品质的响应机制,基于临界氮浓度模型的施肥方案,设置不施氮(N0)、施氮200 kg/hm2(N1)、施氮300 kg/hm2(N2)和施氮400 kg/hm2(N3)4个处理,结果表明:0-60 cm土层中的加工番茄根系总干质量、总长度、总表面积和总体积都随生育期的推进呈先增加后降低的趋势,根系干质量和长度的增长速率均呈“缓慢增加-快速增加-缓慢增加-缓慢下降”的变化趋势.在定植至开花阶段,加工番茄根系干质量和根系长度在各土层中差异不具有统计学意义,开花后,处理N2促进了根系总干质量、总长度、总表面积和总体积的增加,主要体现在开花后0-20 cm土层中根系干质量和拉秧期20-40 cm土层中根系长度的增加.N2相比其他处理可以显著提高加工番茄的产量,且具有较高的可溶性糖和番茄红素.在基于临界氮浓度模型的施氮比例下,加工番茄定植至开花阶段可减氮施肥按处理N1施44 kg/hm2,在坐果期、红熟期、拉秧期施氮按处理N2施234 kg/hm2便可保证根系的最佳生长状态.
2021 Vol. 39 (12): 1257-1263 [摘要] ( 47 ) [HTML 1KB] [PDF 1876KB] ( 455 )
1264 王辉，李晓丽，杨健，耿凯强
玄武岩纤维-砒砂岩水泥土力学特性试验研究
为了降低黄河流域泥沙治理成本,提高砒砂岩的利用价值,在砒砂岩中掺入适量水泥和纤维改善其力学性质及功能性.借助玄武岩纤维(BF)的加筋效应,配制玄武岩纤维掺量为0.2%,0.5%,0.7%的BF-砒砂岩水泥土试块,进行无侧限抗压强度和SEM扫描电镜试验.探究BF掺量、龄期对BF-砒砂岩水泥土强度影响以及BF-砒砂岩水泥土强度形成机理; 建立了玄武岩纤维参与下砒砂岩水泥土应力-应变曲线方程.结果表明:纤维掺入有效提高了砒砂岩水泥土的强度,其强度随玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小的趋势,掺量为0.2%时达到峰值强度; BF-砒砂岩水泥土后期强度同比砒砂岩水泥土强度提高更明显; BF-砒砂岩水泥土的龄期与无侧限抗压强度表现为正相关,而与其强度增长速率表现为负相关; 水泥掺量10%、纤维掺量0.2%的砒砂岩水泥土在强度指标上完全可以替代水泥掺量15%的砒砂岩水泥土; 建立龄期28 d时,BF掺量0~0.7%的BF-砒砂岩水泥土应力-应变曲线方程,反映了各纤维掺量下应力-应变变化及破坏情况.
2021 Vol. 39 (12): 1264-1269 [摘要] ( 47 ) [HTML 1KB] [PDF 5427KB] ( 454 )
固液两相流泵技术
1270 吴贤芳,宋炬琛,王凯,刘和明,叶和宇,谈明高*
多级泵内固液两相流可视化试验测试
为研究多级泵内固液两相流规律,搭建了泵内固液两相流可视化测试系统,对清水工况下及输送不同物性参数颗粒时泵能量性能及颗粒运动规律进行了测试.测试结果表明:泵输送固液两相流时的扬程和效率相较于清水工况均有所降低,并且随着颗粒粒径和密度的增加,降幅逐渐增加;与输送清水相比,泵送球形颗粒时的扬程和效率最大分别低了0.32 m和2.92%.导叶流道内不同物性的球形颗粒均有向导叶工作面运动的趋势,且颗粒轨迹长度和颗粒进入导叶时的位置有关,颗粒进入导叶的位置越靠近导叶背面其运动轨迹越长;颗粒密度和粒径越小,颗粒在流体中的跟随性越好,其运动轨迹越光滑;在导叶进口区域,颗粒主要从导叶背面位置进入导叶流道,并且从该位置进入导叶内的颗粒比例随着颗粒粒径的增加逐渐降低,随着颗粒密度的增加先增加后降低.颗粒与导叶头部碰撞的概率随着粒径的增加逐渐增加,随着密度的增加逐渐降低.
2021 Vol. 39 (12): 1270-1277 [摘要] ( 55 ) [HTML 1KB] [PDF 5381KB] ( 609 )
1278 权辉*,于欣洋,李雅楠,宋凯,浦海燕,王卫华
介质黏度对旋流泵内流结构的影响
以150WX-200-20型旋流泵为研究对象,分析了输送化工废液时旋流泵内循环流与贯通流的压力梯度与速度梯度变化.研究结果表明随着黏度增大,旋流泵扬程降低,轴功率升高,效率下降.同时内流结构也随之改变,循环流在轴向方向被压缩,大量流体堆积在后缩腔内,降低了旋流泵的效率.对旋流泵内循环流与贯通流进行量化分析,在压力梯度与速度梯度2个方面分析最佳效率点.黏度的改变使贯通流速度梯度走向改变,从先增大后减小变为先减小后增大,对循环流而言,最大速度梯度与最小速度梯度之差在黏度不高于0.10 Pa·s时越大,效率越高,高于0.10 Pa·s时越小,效率越高.研究结论对旋流泵在化工领域应用具有重要的参考价值和指导意义.
2021 Vol. 39 (12): 1278-1283 [摘要] ( 52 ) [HTML 1KB] [PDF 7755KB] ( 517 )
1284 赵凯尧,刘厚林*,杜振明,谈明高,胡胜,董亮
基于熵产的旋流泵流动损失特性分析
为揭示旋流泵运行过程中的能量损失特性,通过数值模拟的方法分别对60%,100%和120%设计流量工况下旋流泵的内部流场进行分析和研究,同时基于熵产理论对旋流泵各个过流部件的流动损失进行定量分析.结果表明:旋流泵在运行过程中总熵产先减小后增大,其中能量损失最大的区域是无叶腔和后腔部分,约占总熵产的70%以上.叶轮区域的熵产随着流量增加逐渐增大,设计流量、大流量工况下叶轮区域的熵产占总熵产的比例超过20%.进口延长段区域的熵产随流量增加逐渐减小,设计流量、大流量工况下熵产占比低于1%.流场分析显示,在小流量工况下,蜗壳隔舌前端和进口流道有明显的大尺度涡团和回流.设计流量、大流量工况下流动不稳定区域主要集中在叶轮区域,该区域涡核几乎充满所有流道,且有大量旋涡产生造成流道阻塞和回流.研究结果能够为旋流泵的优化设计提供一定的参考.
2021 Vol. 39 (12): 1284-1290 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 13499KB] ( 489 )
编读园地
1291 徐云峰,盛杰*,张文涛,陈建华,谈国鹏,朱漪云
基于CNKI的2010—2020年《排灌机械工程学报》载文统计分析
为了更好认识和了解《排灌机械工程学报》,2021年9月25日,在创刊40周年之际,基于中国知网全文数据库,利用文献计量法,统计分析了2010—2020年《排灌机械工程学报》刊载的论文情况,总结论文、作者及影响力的变化情况.结果表明:11年间总载文量1 853篇,年载文量总体呈上升趋势,论文篇幅也明显变长;栏目基本稳定,泵理论与技术为特色栏目,发表论文最多,占36.10%;篇均引文14.24条.作者群分布广泛,主要来自高校,第一作者最多来自江苏大学,占28%,海外论文占4.05%,跨单位的合作和团队协作越来越多,篇均作者4.71人,独立作者仅占1.35%.刊载论文具有鲜明的学科特点,关键词“数值模拟”“离心泵”“压力脉动”“空化”“产量”出现频次位居前五.期刊总被引频次保持增长趋势,影响因子和篇均被引频次处于较高的水平.研究结果客观展示了《排灌机械工程学报》更名以来办刊历程和学术影响,一定程度上揭示了排灌机械行业研究热点和发展趋势,可为读者和相关研究提供科学参考.
2021 Vol. 39 (12): 1291-1296 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 1129KB] ( 561 )
排灌机械工程学报
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2022年寒假工作安排公告
本刊荣获“第七届华东地区优秀期刊奖”。
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主管单位
 江苏省教育厅
主办单位
 江苏大学
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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谈国鹏  朱漪云 盛    杰
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