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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2022年 40卷 4期
刊出日期：2022-04-25
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
贯流泵站与调水工程
   
泵理论与技术
1
封面
2022 Vol. 40 (4): 1- [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 10703KB] ( 315 )
2
目录
2022 Vol. 40 (4): 2- [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1352KB] ( 298 )
325 蔡龙,陈安*,徐坚,薛林慧,龙云
中小型高温高压核主泵试验台设计
为了确保核主泵出厂前的安全性和功能性,验证核主泵各项性能,通过高温高压核主泵试验台的设计研究,介绍了试验台的组成、功能、安全设计等.开展了基于模型试验台结构的固有振动特性分析.研究发现,试验泵转动频率50 Hz附近的固有频率均位于离试验泵支撑较远的位置,对试验泵的运行不会产生影响;通过分析流致振动对试验台及核主泵的影响获得加固措施.试验台的设计考虑了回路升温时的热应力和位移,一方面保证核主泵在试验台上稳定运行,另一方面确保了回路系统冷、热交变和瞬态运行工况下试验台的安全.经测量,建造完成后的试验台回路在热应力的驱使下,均朝预期方向发生了相应位移,位移量与理论计算基本一致.介绍了试验台脆性断裂失效、韧性断裂失效、接头泄漏失效、弹性或塑性失稳、均匀腐蚀失效等几种主要失效模式及相应预防措施.通过该试验台完成了小型反应堆核主泵相关的验证性试验.采用的设计技术和实施内容可以指导高温试验台的设计和建造,在工程和学术方面具有一定的参考价值.
2022 Vol. 40 (4): 325-331 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 3364KB] ( 491 )
332 史广泰，刘宗库，王彬鑫
叶顶间隙对多相混输泵内流动特性的影响
为了揭示叶顶间隙对多相混输泵内流动特性的影响规律,在进口含气率为10%时,利用ANSYS CFX软件对不同叶顶间隙下泵内气液两相流态进行模拟,同时分析和总结了叶顶间隙对流道内流动特性的影响.研究表明当叶顶间隙增加时,叶轮叶片进口附近低压区占比明显减少,并且叶轮进出口的压差也在逐渐减小.另外在靠近叶片顶端时压力等值线存在偏折现象.随着叶顶间隙逐渐增加,偏折加剧.存在叶顶间隙时,叶轮轮毂附近气相聚集得到了明显的改善,并且随着叶顶间隙的增加,气相在叶顶间隙内靠近叶顶处的聚集现象更加明显,导叶轮毂气相聚集位置沿着流动方向向下游移动.研究结果可为多相混输泵水力优化、性能改善和结构设计等提供依据.
2022 Vol. 40 (4): 332-337 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 3225KB] ( 401 )
338 丁梓恒,俞晓东*,马世波,张喆鑫,张健
泵站加压与重力自流联合供水工程的停泵水锤防护
针对某首部泵站加压与重力自流相结合的长距离、高落差输水工程,基于瞬变流计算中常用的特征线法建立了全系统水力过渡过程数学模型,模拟了系统停泵水锤全过程.为了解决水泵机组掉电后管道中出现的负压问题,提出了在泵后采用空气罐的防护方案,并对空气罐参数进行优化设计,确定了较优的空气罐体型;于管道最高点处设置高位水池,水池后的重力流段采用减压阀与调节池串联的方式进行消能.停泵工况下为避免高位水池漏空,需要关闭各个减压阀,为了防止关阀产生的升压水锤超过管道承压标准从而发生爆管事故,同时考虑到各调节池水位波动的影响,选择不同关阀方案进行对比.计算结果表明,本工程空气罐较优体积为15 m3,停泵后减压阀采用120 s一段直线关闭.由于减压阀后设置调节池,相继关阀和同时关阀对结果影响较小.研究结论为同类供水工程的设计和安全运行提供了参考.
2022 Vol. 40 (4): 338-344 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 1925KB] ( 491 )
贯流泵站与调水工程
345 施伟,蔡瑞民,李松柏,孙涛,成立*,罗灿
不同流量工况灯泡贯流泵压力脉动混沌特性
灯泡贯流泵机组振动来源十分复杂,为了分析机组振动规律,从流场压力脉动出发,分析其混沌特性,从而指出贯流泵站机组振动特征源自流场压力脉动特性的影响.为了研究不同工况下灯泡贯流泵压力脉动混沌特性,在贯流泵机组叶轮导叶、灯泡体壁面和流道内部设置压力脉动监测点,通过相空间重构、最大Lyapunov指数、相轨迹图、分形标度、关联维数分析各工况下各个监测点压力脉动信号混沌特性.结果表明:泵机组内部特定位置压力脉动信号最大Lyapunov指数大于0,信号具有混沌特性;3种流量工况叶轮进口处监测点压力脉动信号关联维数为2.0~2.5,叶轮出口为1.8~2.0、导叶出口在1.2~1.5、流道内普遍在2.0以上,不同流量关联维数亦有差异,可以通过关联维数判断泵机组是否有偏工况运行、异常水力脉动的情况,研究结论可为泵站防治异常水力振动提供参考.
2022 Vol. 40 (4): 345-352 [摘要] ( 52 ) [HTML 1KB] [PDF 4216KB] ( 398 )
353 李玲玉
特低扬程大流量贯流泵站水泵选型
针对特低扬程大流量水泵的选型问题,以某设计净扬程仅0.32 m的贯流泵站为例,进行水泵性能预测.利用现有水力模型的泵段特性曲线及装置特性曲线进行相似换算,并对计算结果进行比较.通过进一步的数学推演,提出了采用水泵泵段特性参数推算泵装置效率指标的方法,并结合数值模拟及装置模型试验进行验证.结果表明,对于运行净扬程1 m以下竖井贯流泵装置,可利用现有南水北调的低扬程水力模型降低nD值进行选型计算.由于水泵流道水头损失占比较高,其最优工况效率与具有3 m左右扬程水泵相比低了约6%,故采用扬程差距较大的模型装置特性参数换算的偏差较大,采用模型泵泵段特性参数换算更准确.采用泵段效率和泵装置效率换算公式,对泵段曲线工况点及对应流道损失进行换算,可较为准确地预测装置效率曲线高效区扬程范围,可为特低扬程泵站设计提供参考.
2022 Vol. 40 (4): 353-358 [摘要] ( 56 ) [HTML 1KB] [PDF 2153KB] ( 556 )
水利水电工程
359 宁少雄,孙耀民,吴文勇,肖娟*,赵永安,赵志华
引黄灌区首部枢纽泥沙输移特性与流速试验研究
为了探究引黄灌溉枢纽挟沙水流沿程含沙量变化规律、悬移质泥沙的垂向分布规律,推求首部枢纽有害泥沙悬浮的临界不淤流速,阐明减少有害泥沙引入的措施与方法,以提高输配水利用效率.以山西尊村灌区为主要研究对象,通过对一级站首部枢纽2019年5—7月取黄河水样及工况、断面流速、水深、水面宽度数据监测,分析了泥沙含量、沉起流速,采用马尔文Mastersizer 3000仪器处理分析了粒径级配,修正了适用于尊村灌区首部枢纽的挟沙力、扬动流速公式.结果表明:干渠黄河水泥沙含量与来水工况呈正相关;尊村灌区所引黄河泥沙粒径以0.006~0.200 mm为主;尊村灌区淤积与黄河口流速及粒径大小密切相关.建议增长泵前黄河口输水距离,流速控制在0.30 m/s左右,同时对引水口清淤;干渠以大于2.06 m/s流速定时冲刷.实际运行中单机组工况应控制在7.50 m3/s左右以减少有害泥沙引入,干渠流速控制在0.42 m/s左右,输配水效率最高.
2022 Vol. 40 (4): 359-365 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 1853KB] ( 369 )
366 孙雯,宋玲*,许清峰,陈新瑞,杨禹锟
渠内水对寒旱区渠基土冻结过程影响的试验研究
为研究渠内水对渠基土冻结过程的影响,采用由箱体、制冷系统、补水系统和量测系统构成的冻胀装置,进行了开放系统下的停水渠道和过水渠道的室内模型试验,研究渠基土的温度场、冻后含水率和冻结过程中马氏瓶补水量的变化规律.试验结果表明:渠道断面形状和渠内水体影响渠基土温度场的分布,停水渠道和过水渠道在靠近渠槽线附近的等温线形状和疏密程度不同,渠基土的断面温度场分布不均,过水渠道仅在水位线以上的渠基土内出现负温;停水渠道和过水渠道的马氏瓶累积补水量分别为16 873 mL和16 051 mL,马氏瓶补水分为快速补水、补水速率减缓和停止补水3个阶段;与初始含水率17%相比,无论渠内是否过水,从渠顶沿渠坡向下冻后含水率的值均增大.在工程设计与理论计算时应分别考虑运行方式改变对渠道冻结的影响.
2022 Vol. 40 (4): 366-371 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 3367KB] ( 370 )
372 罗正亮,潘虹*,赵雷,唐魏,郑源
基于PCA-GA-BP神经网络的水电机组状态异常辨别方法
为提高机组异常运行识别效率与精度,提出基于主成分分析法和遗传算法优化反向传播神经网络(BP neural network)的机组异常状态检测模型.以机组实时记录传感器数据为样本,利用主成分分析法对多维数据进行降维操作,处理后得到综合变量.随后在此基础上搭建BP神经网络并利用遗传算法优化神经网络随机初始权值与阈值,完成对机组不同运行状态检测模型仿真训练.最后以某电站连续时间段内机组正常与异常运行状态下各部件传感器实时监测数据为样本分析,并将所提PCA-GA-BP算法与其他优化算法、传统算法进行对比,通过不同样本比例下的仿真训练试验验证该方法可行性.仿真试验结果表明:模型相较于传统BP神经网络,平均状态检测时间相对缩短84%,平均检测正确率相对提高2.5%,能在均正确率接近99%的基础上实现0.7~1.0 s内对机组异常运行的有效辨别,做到机组异常运行的精确辨别与早期预警.
2022 Vol. 40 (4): 372-377 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 1635KB] ( 382 )
流体工程
378 张校文,刘超*,荣迎春,冯旭松,傅题善,孙玉民
多机组泵站正向进水阵列式隔板整流模拟及试验验证
针对多机组正向进水泵站前池内存在不良流态的问题,采用CFD与模型试验相结合的方法,对不同开机工况下的泵站前池流场进行了研究,提出一种利用阵列式隔板整流的措施,并评判了阵列式隔板整流的效果.计算结果表明: 在4种不同开机工况下,前池内均存在大范围的回流与旋涡区,前池出口断面流速均匀度为38.42%~69.28%,水泵进水条件较差.为改善正向进水泵站前池的不良流态,提出一种利用阵列式隔板整流的措施.采用阵列式隔板整流后,前池内回流与旋涡区得到减小、转移,回流与旋涡区对主流的挤压明显减弱,前池出口断面流速均匀度提高到47.23%~75.89%,水泵进水条件得到显著改善.试验测量结果与数值计算结果基本吻合,数值模拟得到了试验的验证.研究成果可为多机组正向进水泵站的建设运行提供参考.
2022 Vol. 40 (4): 378-384 [摘要] ( 56 ) [HTML 1KB] [PDF 2550KB] ( 406 )
385 李俊雄,王遵*,马秋成,张亚新,彭超义,邓航
基于ABAQUS的复合材料垂直轴潮流能叶片有限元建模与分析
为了探究复合材料铺层结构对潮流能叶片力学结构特性的影响,选择纤维增强复合材料进行潮流能叶片的设计研究,旨在设计出结构性能更加优越的潮流能复合材料叶片.为潮流能叶片设计了2种不同形式的复合材料铺层结构方案,一种方案叶片前缘铺层纤维不连续,另一种方案保证叶片前缘的铺层纤维连续;并利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分别对潮流能叶片在额定流速工况和极限流速工况下2种铺层结构方案叶片的力学结构特性进行数值模拟仿真分析,探究2种铺层方案对叶片结构性能的影响.结果表明,叶片前缘铺层纤维的连续性可以提高叶片前缘的抗冲击性,从而有效地避免工作中叶片前缘铺层失效的情况,而且可以显著提高复合材料叶片的强度和刚度.研究成果可为以后潮流能叶片及同类型复合材料叶片的研制提供技术参考.
2022 Vol. 40 (4): 385-390 [摘要] ( 58 ) [HTML 1KB] [PDF 2570KB] ( 552 )
391 徐捷,袁寿其,薛林,向清江*
椭圆截面形状大回转消防水炮炮管内流数值模拟
以大回转型大流量消防水炮炮管为研究对象,对3种流量工况下圆截面和不同离心率椭圆截面消防水炮炮管内三维定常流动进行数值计算,分析不同截面炮管内流体水力损失和出口流态,得到截面变化对消防水炮炮管内部流动的影响规律,结果表明:在3种流量工况下,圆截面炮管与非圆截面炮管水力损失Δp差异较小,变化范围在2.7%以内;出口湍动能随着炮管截面的椭圆离心率增大而增大,从云图分布中可看出峰值且逐渐偏离管道的中心轴线;出口涡通量J随着椭圆离心率的增大而减小,可达到小于圆截面J值的情况,说明压扁管道可减小出口截面上旋涡强度;竖向椭圆截面炮管平均出口速度偏差Δu_-小于圆截面炮管出口值,且随椭圆离心率的增大而减小,表明竖向压扁管道带来更好的速度均匀分布.相同离心率的竖向椭圆截面炮管比横向的椭圆截面炮管的平均出口速度偏差值低21%,竖向压扁的方式优于横向压扁方式.大回转水炮炮管数值模拟对比后的结果表明,改变流道截面将改善出口流态.
2022 Vol. 40 (4): 391-397 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 2386KB] ( 423 )
农业水土工程
398 边巴卓玛*
拉萨河谷农区苦荞“3414”肥料效应试验研究
为了探明不同施肥组合对高寒旱作区域苦荞产量的影响,实现最佳苦荞产量目标下的最优施肥方式和施肥组合,一方面提高苦荞的产量,另一方面降低肥料的施用量,进而减少农田的面源污染.结合拉萨河谷区域的苦荞种植和肥力特征,采用“3414”肥料效应试验,建立肥料效应方程,探索苦荞的最佳施肥模式和最优肥料配比.研究结果表明:不同施肥方式下对苦荞产量表现的差异极具有统计学意义,其中,施肥方式为N2P2K3(氮、磷、钾含量分别为34.5,36.0,30.0 kg/hm2)下苦荞的产量最高;肥料互作效应分析显示氮、磷互作效应最高,土壤养分限制产量分析显示其提高顺序从大到小为 N,P,K;采用一元二次肥料效应模型进行分析,推荐苦荞最佳施肥量尿素施用量 44.50 kg/hm2、过磷酸钙用量256.17 kg/hm2、硫酸钾 40.82 kg/hm2.
2022 Vol. 40 (4): 398-403 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 1500KB] ( 398 )
404 吴宗俊１，崔宁博１，徐俊增２， 崔远来３，梁军４，钱进５
改进Hargreaves-Samani模型预测广西盆地参考作物蒸散量
准确估算参考作物蒸散量(ET0)对于区域水资源管理和灌溉决策有着重要意义.Hargreaves-Samani模型(HS)是目前公认结构最简单且精度较高的ET0估算模型.为了进一步提高HS模型预测精度,采用蜂群理论和广西盆地20个气象站(1961—2019年)数据对HS模型全局校准,使用1961—2000年数据对HS模型进行校准,2001—2019年数据在日、月、年尺度上验证.结果表明:全局优化后的经验参数C、m和a中,参数a随地形起伏差异较大,而参数C和m差异较小;校准后HS模型(平均MAE和R2分别为1.06 mm/d和0.86)优于原始HS模型(MAE和R2分别为2.20 mm/d和0.68);在日、月和年时间尺度上,校准HS模型和原始HS模型都高估了ET0,但校准的HS模型与P-M模型计算的ET0更为接近.因此,仅有温度数据的地区,推荐采用校准的HS模型估算ET0.
2022 Vol. 40 (4): 404-410 [摘要] ( 53 ) [HTML 1KB] [PDF 3726KB] ( 494 )
411 陈苏春,胡静博,肖梦华*,胡秀君
农村生活再生水灌溉调控对稻田养分的影响
选择符合农田灌溉水质要求的3种灌溉水源(农村生活污水一级处理水R1、二级处理水R2、河道清水R3),3种灌溉水位调控(低水位W1蓄污(雨)上限为50~70 mm,中水位W2蓄污(雨)上限为50~100 mm,高水位W3蓄污(雨)上限为50~150 mm),用以开展不同灌溉水源和水位调控对稻田土壤氮素和有机质养分的影响研究.研究结果表明,农村生活污水再生灌溉稻田0~40 cm土层土壤氮素以NH4+-N为主,NO3-N含量较低,NH4+-N相对比较稳定,且呈此消彼长的变化趋势,NO3--N更易于随水分向下迁移和累积;农村生活污水一级处理水灌溉可以显著提高土壤有机质含量;不同水位调控对60~80 cm土层NO3--N含量变化影响具有统计学意义(P<0.05),不同水源灌溉对0~20 cm土层土壤有机质含量影响具有统计学意义(P<0.05);再生水灌溉能显著提高水稻产量,R1水源灌溉条件下水稻平均产量比R2和R3灌溉分别高1.5%和14.3%,增产效果明显.
2022 Vol. 40 (4): 411-418 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 4386KB] ( 409 )
排灌装备制造技术
419 郭华锋*,朱聪聪,赵恩兰,李龙海,于萍,刘磊,杨海峰
基于正交试验的超音速火焰喷涂WC-12Co涂层抗冲蚀性能研究
采用超音速火焰喷涂(high-velocity oxygen-fuel, HVOF)技术制备WC-12Co涂层,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer, EDS)表征粉末、磨料、冲蚀前后涂层表面/截面的微观形貌和元素变化.设计正交试验并利用冲蚀试验机分析冲蚀距离、冲蚀角度和冲砂量对涂层冲蚀率的影响,探讨了涂层冲蚀机理.结果表明:WC-12Co涂层组织较为均匀、存在少量孔隙,涂层与基体间的结合方式以机械结合为主.极差和方差分析发现,当前工况下冲蚀距离对涂层冲蚀率的影响最为显著、冲蚀角度次之、冲砂量最小;30°冲蚀时冲蚀率最小、60°次之、90°最大.相对于高角度冲蚀,WC-12Co涂层具有较优的抗低角度冲蚀能力.30°冲蚀时涂层冲蚀机理为微观切削和犁削损伤,并伴有局部的脆断和剥落;90°冲蚀时为正向锤击作用引起的脆性断裂和片状疲劳剥落,剥落坑深度远大于30°冲蚀时的切削和犁沟深度,涂层损伤更为严重.
2022 Vol. 40 (4): 419-426 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 8612KB] ( 570 )
427 魏涛,王剑*,袁寿其
薄壁内镶贴片式滴灌带有限元水力计算方法及设计
为了提高滴灌系统水力设计的准确性,基于有限元原理,提出一种计算薄壁内镶贴片式滴灌带能量损失和灌水均匀度的方法,局部水头损失根据贴片式滴头结构、管内压力和管道壁厚确定,沿程水头损失通过改进Darcy-Weisbach公式编写计算机程序,分析了不同滴灌带的水头损失及均匀度变化规律,并与《微灌工程技术规范》中推荐计算方法的结果进行对比.结果表明:管道总水头损失hw随入口压力的增大而增大.随着滴头间距的增大,相同管长和压力下滴头个数减少,毛管总水头损失hw减小;滴头间距较大时,水头损失的规范值远低于本模型计算值,滴头间距较小时,规范推荐的计算结果才较为合理;工作压力较低时,毛管壁厚对灌水均匀度影响较明显,且随着壁厚增大,过水断面减小,均匀度降低;当滴头额定流量较小时,相对于工作压力,壁厚对毛管的极限铺设长度影响较小.
2022 Vol. 40 (4): 427-432 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 1564KB] ( 560 )
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主办单位
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协办单位
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主　　编
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编辑出版
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