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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 6期
刊出日期：2022-06-25
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
 
2022 Vol. 40 (6): 1- [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 31606KB] ( 382 )
2
 目录
 
2022 Vol. 40 (6): 2- [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 1064KB] ( 331 )
541 郎涛,金力成*,刘玉涛,陈刻强,徐恩翔
单叶片离心泵水动力噪声特性数值分析
基于LIGHTHILL声类比理论,根据FW-H方程,采用计算流体力学与计算声学相结合的方式对单叶片离心泵的内部噪声进行求解,探究其不同流量工况下内部流场的声源特性.采用混合数值模拟的方法,运用SST k-ω湍流模型对离心泵进行非定常模拟,并导出声源信息,对其进行声学计算求解,同时分析不同流量下的单叶片离心泵的内场噪声,比较其影响.研究结果表明:单叶片离心泵压力脉动的能量主要集中在叶频及其低频段谐频处,内部噪声的能量主要集中在低频段,并且在叶频及其谐频处噪声的能量较高;随着流量的增加,蜗壳与叶轮流道内流态逐渐改善,二次流、流动分离现象减小,导致低频段的谐频噪声呈现明显的下降趋势.根据不同流量下的声功率级频谱分析可以发现,压力脉动的分布特性对于单叶片离心泵的内部水动力噪声有直接的影响.
2022 Vol. 40 (6): 541-548 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 7003KB] ( 596 )
549 陈建华,周岭,张帆,房鑫,黎义斌*
基于比面积调控的潜水排污泵内部流动特性
为研究潜水排污泵叶轮与蜗壳结构几何参数的良好匹配,提高泵的水力性能和运行效率,以某一比转数ns=261的潜水排污泵为研究对象,根据蜗壳隔舌安放角度的不同,设计3种比面积调控方案.应用计算流体动力学方法对3种方案的泵内部流场进行数值计算,对比分析3种比面积调控方案下泵内部流场的速度、静压、湍动能及其耗散率分布以及蜗壳内水力损失,并通过试验验证了数值计算结果的正确性.研究结果表明:当隔舌安放角在5°内变化时,比面积的变化为影响蜗壳水力性能的主要因素;设计蜗壳时,应优先保证比面积取值在1.0附近;当隔舌安放角为42°~44°,比面积在1.0~1.2内变化时,潜水排污泵的运行效率基本保持恒定.研究结果可为潜水排污泵的优化设计提供一定参考.
2022 Vol. 40 (6): 549-555 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 5225KB] ( 431 )
556 赵凯,程怀玉,龙新平,季斌,赖旭*
射流泵混合能力的FTLE评价方法
为研究射流泵混合能力空间分布特征及其影响因素,运用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)对射流泵混合能力进行了评价和分析.首先通过数值模拟得到了计算域上时间和空间离散的速度矢量场;然后使用粒子追踪技术以及虚拟邻近节点FTLE求解方法,完成了FTLE求解程序开发;最后基于FTLE场深入分析了一典型射流泵的混合能力.分析结果表明:稳定运行中的射流泵混合能力维持相对稳定,基本不随时间变化;射流泵沿轴向的平均混合能力先随着剪切层高混合能力区域的扩散而增强,然后随着总体混合能力的衰减而减弱;在流量比越大的运行工况,射流泵虽然能提前进入具有较强混合能力的状态,但持续高强度混合能力的流域长度变短.综合考虑混合能力的强度以及高强度混合能力流域的长度能够更准确地评价射流泵的混合能力.
2022 Vol. 40 (6): 556-562 [摘要] ( 55 ) [HTML 1KB] [PDF 5324KB] ( 410 )
563 徐敏杰,陈胜*,杨森,张健,王晶
考虑接力器特性的导叶关闭规律研究
为探究导叶关闭过程中接力器特性对蜗壳压力、尾水管压力及机组转速的极值与时程的影响,以国内某引水式水电站为研究对象,基于特征线法建立了水力过渡过程计算仿真模型,并在导叶关闭过程中考虑了迟滞与缓冲过程,结合真机甩负荷试验数据对模型进行验证,开展了考虑接力器特性的导叶关闭规律与未考虑接力器特性的导叶关闭规律对调保参数影响的对比分析,并对迟滞时间的敏感性进行分析.结果表明,迟滞过程主要影响机组的转速上升率,迟滞时间越长,转速上升率越大,但对蜗壳压力和尾水管压力的时程及极值影响较小;由于缓冲过程发生时间较晚,故对调保参数极值没有影响,但对导叶关闭末期后蜗壳压力与尾水管压力的时程影响较大.研究成果可为水力过渡过程导叶关闭规律的模拟仿真提供参考.
2022 Vol. 40 (6): 563-569 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 2868KB] ( 471 )
水利水电工程
570 张文科,张健,俞晓东*,陈胜
可变速抽蓄机组运行转速对甩负荷过渡过程的影响
为了分析可变速抽水蓄能机组初始运行转速对甩负荷过渡过程调节保证参数的影响,针对可变速抽水蓄能机组的运行特点,基于一维瞬变流理论特征线法,建立了可变速抽水蓄能电站初始运行转速计算及过渡过程仿真模型,结合工程算例,分析了不同水头运行条件下机组运行转速对发电效率的影响,研究了可变速抽水蓄能机组起始运行转速变化对事故甩负荷工况水锤升压和转速上升率的影响,并解释了其原因.结果表明:可变速抽水蓄能机组在高水头和额定水头下额定出力运行时,随着初始运行转速的减小,事故甩负荷后转速最大上升率增大,水锤升压增大.其原因在于可变速抽水蓄能机组初始转速的改变造成甩负荷过程中力矩和流量变化率发生变化.研究成果可为类似工程的运行转速选取和甩负荷过渡过程调保参数优化提供参考.
2022 Vol. 40 (6): 570-575 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 1810KB] ( 416 )
576 谢淑华,刘焕芳*,黄海涛,叶芳
土工织物反滤层对多孔管汇流量影响的试验研究
为了探究土工织物反滤层对多孔管汇流量的影响,以室内试验为主结合理论分析进行探究.设置5种面密度的短纤针刺非织造土工布、4种层数,共20组试验.观测记录不同工况下多孔管汇流量的情况.通过量纲分析土工织物反滤层对多孔管汇流量的关系函数式,对其进行回归分析,得到土工织物反滤层参数与多孔管汇流量之间的关系表达式,计算所得的汇流量与试验值误差较小,具有较高的准确度,可用于指导实际工程;在多孔管参数一定时,土工织物反滤层下多孔管的汇流量与土工织物的面密度和层数有关.通过试验数据分析可知:土工织物反滤层面密度一定时,多孔管汇流量随着土工织物层数的增加而减小,且速率降低;在土工织物层数一定时,多孔管汇流量随着面密度的增加而减小,因此在实际工程中合理地选择土工织物的面密度和层数可达到更好的技术效果和经济效果.
2022 Vol. 40 (6): 576-581 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 1914KB] ( 384 )
流体工程
582 仇宝云*,刘地,袁连冲,赵通
泵站漂浮物拦污栅拦截与过栅试验研究
泵站在进水前设置拦污栅拦截大体积漂浮物,避免因水泵缠堵造成流量、效率降低和电动机过载等现象.但为减小拦污水头损失和清污量,允许小体积漂浮物过栅通过水泵.拦污栅前单个漂浮物,一旦被拦污栅拦截,会导致后续小尺寸漂浮物被拦截概率增大.为掌握漂浮物拦污栅拦截与过栅特性,研究河道漂浮物特性,观测其运动状态,探究漂浮物过栅、拦截条件与规律.研究结果表明:漂浮物过栅概率与栅条间距、漂浮物大小、质地和水流流速等因素有关.漂浮物过栅概率随着物距比δ(漂浮物长度与栅条间距比值)的增大而减小,当物距比增大到某一临界值δc时,漂浮物过栅概率曲线趋向水平,即对于类型和大小一定的漂浮物,通过减小拦污栅栅条间距,可以降低过栅概率,但当δ=δc后,再增大物距比δ,对提高漂浮物拦截概率作用不大,相反会增大拦污栅造价和水力损失.研究结果对拦污栅和清污机设计与运行管理有重要意义.
2022 Vol. 40 (6): 582-587 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 4100KB] ( 390 )
588 孔冬梅,潘中永*,宗平
喷口形状对喷水推进器性能的影响
为探究不同喷口形状的喷水推进器推进性能,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,应用计算流体力学的方法针对3种不同形状(平面形、凸面形和凹面形)喷口的喷水推进器进行定常数值模拟,对比分析额定转速与高转速时其不同形状喷口内部流动特征和喷水推进器推力性能,从而寻找最优推力性能的喷口形状.计算结果表明:叶轮转速在不断变化时,平面形喷口的推力性能始终大于另外2种形状喷口的喷水推进器性能;在高于额定转速时,空化发生会影响叶轮做功能力,从而降低喷水推进器推力性能;在额定转速时,平面形和凹面形喷口推力性能较好,但平面形喷口最高轴向速度分布较多;高转速时,平面形喷口受空化影响最小,能够持续提供稳定的动力.研究结果揭示了不同喷口形状对不同转速下喷水推进器的适用性以及喷水推进效能,可为喷水推进器性能优化及设计提供一定的理论依据.
2022 Vol. 40 (6): 588-595 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 3450KB] ( 422 )
596 杨瑞虎,王彤,尚渝钧,金赵归,张苗,王伟,鞠彩,韩大鹏,
供水管网气液两相流关阀水锤
为对管道内气液两相流时关阀水锤工况进行模拟研究, 对给水管网内部气液两相同流的流态进行简化后采用自编C++语言水锤分析软件,以安徽省六安市霍邱县经开区给水工程树状管网为例,先建立末端关阀水锤的水锤计算模型,再对不同组合的末端关阀水锤进行模拟和分析计算.计算结果表明气液两相同流时,若给水管道产生末端关阀水锤,则水锤波会向临近的主干管及其他连接的支干管扩散.管网末端阀门全关的极端不利工况时,相较于不含气,含气率为10%的工况导致的末端关阀水锤振幅更大;含气率为10%的极端不利工况时,相较于部分关阀,管网末端阀门同时全关所产生的关阀水锤振幅更大,其关阀水锤的升压超过4.5倍的稳态压力,因此末端关阀水锤对给水工程危害极大.“无频动消锤控流控位阀+箱式双向调压塔+普通排气阀+恒速缓冲排气阀”的水锤防护措施对末端关阀水锤预防效果优秀.
2022 Vol. 40 (6): 596-602 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 3426KB] ( 446 )
农业水土工程
603 王声锋,徐亚泽,彭致功*,魏征,张宝忠,蔡甲冰,王菲宇,牟彦文
基于PROSAIL模型的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟
为了给精准施肥灌溉及病虫害防治等提供基础数据支撑,开展以作物垂直分层叶绿素监测的模拟研究.于2019—2020年进行了不同施氮水平下夏玉米叶绿素含量与光谱反射率监测试验,并模拟了夏玉米叶绿素含量垂直分层规律.结果表明:夏玉米的叶绿素含量随着冠层深度的增加呈侧放的铃型;利用叶绿素最敏感波段699~722 nm的反射率构建夏玉米叶绿素模拟代价函数,实现了基于PROSAIL的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟;综合分析不同生育期各层叶绿素的估算精度,在平均叶绿素模拟相对误差RE控制在45%范围内基础上,进一步厘清了夏玉米叶绿素垂直分层模拟效果,即第1层叶片在抽雄期与灌浆期、其他层在全生育期模拟的决定系数R2在0.114 5~0.799 3,均方根误差RMSE在2.41~12.13 μg/cm2,相对误差在9.67%~98.22%.相关研究结果可为作物叶绿素垂直分层模拟应用提供理论与技术支持.
2022 Vol. 40 (6): 603-610 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 1991KB] ( 569 )
611 李鹏程,苏永军,贾悦,郝放*
生物滞留池结构参数优选与试验研究
为研究生物滞留池结构配置、参数选取对鲁中地区雨水蓄滞、净化效果,选取植物种类、土壤配置、过滤层、过滤层粒径4种代表性因素,对选定因素设置3个水平,通过室外正交试验设定9组试验方案,利用极差分析方法对蓄滞及净化效应对应的试验指标参数进行分析,利用TOPSIS多目标分析决策方法得到综合指标,确定显著因素,为结构配置提供方案.雨水蓄滞方面,平均雨水存蓄率达56.08%,平均产流起始时间及平均峰现时间分别为103.94,146.50 min,两者呈正相关关系;水体净化效应方面,对悬浮物(SS)、总磷削减整体效果明显,平均削减率分别达到62.89%和70.86%;对COD削减效果较明显,平均削减率为48.03%,对总氮的削减效果相对较弱,平均削减率为42.56%.构建生物滞留池分类方式,对于选定的弱蓄滞、强过滤型生物滞留池,影响因素中过滤层选择影响最显著,过滤层粒径影响次之,植物种类、土壤配置影响不显著,最佳的结构配置中植物种类为狼尾草;土壤配置为40%栽培土,30%草炭土,30%砂质土;填料为上层30 cm厚石英砂,下层20 cm厚沸石;过滤层粒径选择小粒径.
2022 Vol. 40 (6): 611-617 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 2208KB] ( 484 )
618 赵鹏,黄占斌*,任忠秀,于家伊
中国主要退化土壤的改良剂研究与应用进展
在中国主要退化土壤类型和分布的基础上,对比分析了退化土壤的不同改良技术;结合国内外土壤改良剂研究概况和土壤改良剂的原料来源及其分类,总结强调了土壤改良剂对土壤和农作物的主要功能影响.阐述了酸化地、盐碱地和重金属污染地土壤的土壤改良剂研究效果,提出不同类型退化土壤的土壤改良剂在应用过程中存在的问题.最后,进一步探讨土壤改良剂研发与应用过程中面临的主要问题,结合绿色和可持续发展导向,指出加强土壤改良剂的应用基础研究、新型环保低成本研发、应用评价、应用规范建立和认证管理以及退化土壤的综合治理是土壤改良剂研究与应用的发展趋势.
2022 Vol. 40 (6): 618-625 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 1370KB] ( 600 )
626 郑阳,脱云飞*,杨翠萍,王倩,王昭仪,向萍,杨启良
控水控肥对微喷灌三七土壤磷素的影响
通过3个控水水平和4个控肥水平正交试验,对2017—2019年泸西县大栗树村三七典型种植区控水控肥条件下微喷灌三七土壤全磷和速效磷运移分布及其储量特性进行试验研究.结果表明:不同灌水量全磷以三七植株为中心沿水平方向和土壤深度增大均逐渐减小,水平方向最大值出现范围在0~10 cm,土壤深度最大值出现范围在0~20 cm.速效磷沿水平方向和土壤深度增大均先减小后增大,沿水平方向和土壤深度方向最大值出现范围均在0~20 cm.不同施肥量全磷和速效磷以三七植株为中心沿水平方向和土壤深度增大均先减小后增大,处理W3F2全磷和速效磷水平方向和土壤深度方向最大值出现范围在0~10 cm.不同灌水量全磷和速效磷分布均匀系数均随灌水量增加先减小后增大,处理W3F2全磷和速效磷分布均匀系数最小,分别为46.77%和62.70%,处理CK全磷偏态系数为负值,其余处理全磷和速效磷偏态系数均为正值.不同施肥量全磷和速效磷分布均匀系数均随施肥量增加先减小后增大,处理W2F3全磷分布均匀系数最小,为46.83%;处理W2F4速效磷分布均匀系数最小,为68.68%;处理W2F1速效磷偏态系数为负值,其余处理全磷和速效磷偏态系数均为正值.不同灌水量全磷和速效磷储量在土壤表层0~20 cm最大,全磷和速效磷储量均随土壤深度增加而减少,随灌水量增加而增加.不同施肥量全磷和速效磷储量均随施肥量增加先增大后减小,处理W2F3全磷和速效磷储量平均值最大.该研究对三七土壤水肥高效利用和调控提供技术支持,对三七高产优质种植具有指导意义.
2022 Vol. 40 (6): 626-634 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 2419KB] ( 453 )
排灌装备制造技术
635 董晓娅*,王旭锐,黄华杰,王雪安
纳米通道适配体传感器对马拉硫磷的检测
准确快速检测水体中农药残留对水体安全至关重要。基于纳米通道电流整流现象,利用适配体特异性结合目标物的特点,构建了电化学适配体传感器,以实现马拉硫磷(Mal)的检测.通过金硫键将Mal适配体1(Apt-1)修饰到镀有金膜的纳米管腔内,利用Mal与Apt-1和适配体2(Apt-2)特异性结合后改变纳米通道内电荷密度的特点,实现Mal的定量检测.采用扫描电镜(SEM)和圆二色谱(CD),对纳米管及通道内部进行表征;对Apt-1在纳米通道内部的修饰浓度、Apt-2的使用浓度、孵育溶液的pH以及孵育时间进行优化.在最佳工作条件下,Mal浓度的对数与传感器的响应电流信号呈线性关系,传感器对Mal的检测线性范围为1.0×10-8~1.0×10-6 mol/L,检测限(LOD)为3.33×10-9 mol/L.考察了传感器的稳定性以及对Mal的检测选择性,并将传感器用于水样中Mal的分析,所得结果与气相色谱(GC)方法所得结果基本一致.
2022 Vol. 40 (6): 635-641 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 2579KB] ( 461 )
642 徐志强,刘崎峰*,刘佳峰,单黎明,裴文思
基于FCM聚类和漏失模拟的给水管网压力监测点布设
为了提高对供水管网压力监测的可靠性,以北方某城镇供水独立计量分区为模拟研究对象,提出一种结合模糊C均值(Fuzzy C-Means, FCM)聚类和对模拟漏失事件感知数量最大化的给水管网压力监测点优化布设方法.首先,基于水量变化的节点压力敏感系数矩阵,利用FCM聚类算法对管网节点进行聚类,在各子类中预选出备选压力监测点;然后,随机模拟可能发生的漏失事件测试符合条件的不同优化组合的备选监测点对漏失事件引起压力变化的感知情况,确定优化的监测点布设方案.案例研究结果表明,该方法确定的压力监测点布设方案能够在保证至少2个监测点感知到同一个漏失事件的前提下,以最少3个监测点感知到96.36%以上的漏失事件.该方法在提高监测可靠性的同时可以节约监测点布设成本.
2022 Vol. 40 (6): 642-648 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 1463KB] ( 379 )
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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
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主　　编
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编辑出版
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