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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 7期
刊出日期：2022-07-25
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 (7): 1- [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 712KB] ( 281 )
2
目录
2022 Vol. 40 (7): 2- [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 1287KB] ( 280 )
649 常书平,梁晓锋*,丁江明
某艇喷水推进泵优化设计
针对某艇未达到预期航速的问题,采用三元反问题设计与正问题预报相结合的方法对喷泵进行改型设计.建立“喷泵+进水流道+艇体”的CFD计算模型,分析得到当前轴流喷泵存在效率偏低、设计点不匹配、流道流动损失大等问题.基于快速性要求、主机特性和设计水平,对喷泵进行设计参数选型.同时,基于一种叶片三元反设计方法,在多方案对比分析基础上,合理设置轴面形状、叶片数、叶片载荷、叶片积叠和加厚等控制参数,设计得到新型混流喷泵.数值计算结果表明,新喷泵在设计工况下水力效率可达90.0%,高效区流量范围宽,抗空化能力强,“艇-机-泵”匹配良好.喷泵装艇试航结果表明,该艇航速提高了约13%,达到了预期快速性设计要求,验证了喷泵三元反设计方法的准确性.
2022 Vol. 40 (7): 649-653 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 1774KB] ( 393 )
654 胡江,康灿*,邢志龙,张文斌
长短叶片结构对凝水泵出口压力脉动特性的影响
为探究不同长短叶片结构下凝水泵出口管道内的压力脉动特征,深化对泵系统内非定常流动机理的理解,在定常数值模拟的基础上,采用非定常数值模拟方法对泵及出口管内的流动进行模拟与分析,研究不同工况下泵出口管内的压力脉动与监测点位置和流量之间的关系,对各叶片结构对应的压力脉动的频域特征和能量特性进行对比研究.研究结果表明:5长5短叶片结构对应的凝水泵外特性优于3长3短叶片结构的;各监测点在4个流量工况下的主频保持为叶频fBPF及其倍频.3长3短叶片结构较5长5短叶片结构泵出口压力脉动更明显,变化更复杂;泵出口法兰监测点处的压力脉动强度较高,沿流动方向,自监测点P1至P3,压力脉动逐渐衰减;对于3长3短叶片结构,在1.4Qd流量工况下,泵出口管内呈现多频率激发的压力脉动特征,非稳态流动激励加剧.
2022 Vol. 40 (7): 654-659 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 3107KB] ( 434 )
660 赵才甫,吴宏飞*,赵海涛,王辉,赵颖杰
基于Kriging模型与NLPQL算法的高比转数离心泵参数化设计
针对目前采用传统设计方法无法有效解决高比转数离心泵效率低的问题,以型号为100-80-125的高比转数离心泵为研究对象,基于Kriging模型对其叶轮子午流道盖板控制点参数和叶片型线参数进行了全面的敏感性筛选,并采用NLPQL算法对高比转数离心泵进行参数优化,以期提高其运行效率.对优化后的模型进行了数值计算,并通过试验对比了优化前后模型泵的运行效率.研究结果表明:在额定流量工况下,优化后泵模型的实际效率提高了3.2%,扬程提高了2.3 m;优化后未出现不利于铸造和加工的几何形状,优化效果较为显著.研究结果可为提高高比转数离心泵的效率提供了一种行之有效的方法.
2022 Vol. 40 (7): 660-666 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 2903KB] ( 508 )
667 张翔,胡蓓蓓,冯一鸣,刘轲轲,王春林*
基于RBF神经网络与DECIMO算法的螺旋离心泵多目标优化设计
针对螺旋离心泵运行时性能普遍偏低的问题,以某一典型螺旋离心泵为研究对象,应用计算流体动力学软件CFX对螺旋离心泵进行数值计算得到其内部流动规律.以在设计流量工况下的扬程和效率作为优化目标,采用P-B试验与多因素方差分析筛选出优化变量,采用径向基(RBF)神经网络建立优化目标与优化变量之间的预测模型,并结合差分进化(DECIMO)算法在样本空间内全局寻优.取扬程最优、效率最优和初始个体进行数值计算,对比分析泵输送不同介质(清水与固液两相流体)时的流场及其外特性差异,并进行试验验证.研究结果表明:叶片轮毂进口角β1b、叶轮出口宽度b2、叶轮出口直径D2和叶片包角φ是影响螺旋离心泵扬程和效率的显著因素;由RBF神经网络建立的预测模型精度较高;输送清水时,设计流量下扬程最优个体扬程为9.4 m,增长了13.5%;效率最优个体效率比初始个体提高了9.8%,优化效果显著.
2022 Vol. 40 (7): 667-673 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 2726KB] ( 326 )
674 张人会*,刘锋,陈学炳,李仁年,
基于动态RBF代理模型与NSGA-Ⅱ算法的离心泵叶轮优化设计
传统离心泵多目标优化设计中,代理模型的预测精度随着Pareto前沿不断向前推进将逐渐降低,为改善离心泵多目标优化效果,提出一种基于动态RBF代理模型与NSGA-Ⅱ算法的离心泵叶轮优化方法,将生成的Pareto前沿解中部分最优样本添加到RBF样本集中,重新训练RBF代理模型,依据动态代理模型预测子代各样本的目标函数值.以MH48-12.5型离心泵为研究对象,选取叶片的进口安放角、出口安放角及叶片包角为优化变量,采用拉丁超立方抽样(LHS)构建代理模型初始样本空间,并以扬程和效率为优化目标进行多目标优化分析.结果表明:动态RBF代理模型多目标优化方法得到的Pareto前沿要大大优于静态代理模型方法结果,静态代理模型方法得到的Pareto前沿各点均被动态模型方法得到的Pareto前沿所支配;动态代理模型对前沿解的预测精度均大于静态代理模型;动态代理模型方法得到扬程最大点比原始设计高2.86%,比静态模型高1.03%;动态代理模型方法得到水力效率最高点比原始设计效率高4.36%,比静态模型高1.32%.
2022 Vol. 40 (7): 674-679 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 2732KB] ( 420 )
水利水电工程
680 麦文慧,王红雨,马利军,李星,柴鹏翔
高含沙水渠道测控一体化板闸测流试验及其数值模拟
为了了解测控一体化板闸在高含沙水渠道的测流精度是否满足规范要求,选取宁夏南山台扬水灌区18条测流条件较好且具有代表性的支渠,通过对比无喉道量水槽的测流结果,整理分析不同灌水时期测控一体化板闸的测流数据,采用ANSYS Fluent建立物理模型,模拟研究测控一体化板闸的水力性能随含沙量的变化规律,并结合Rubicon测控一体化板闸测流原理,分析含沙量影响测控一体化板闸测流精度的成因.结果表明:当渠道水含沙量较大时,测控一体化板闸与无喉道量水槽的测流结果偏差较大;板闸计量箱内的流速分布、湍动能、含沙量、沙粒粒径均可能影响超声波流量计的测流精度;随着含沙量的增加,测控一体化板闸计量箱内湍动能减小,但流速分布无明显变化.因此,含沙量对测控一体化板闸测流精度有一定影响,主要由超声波在含沙水中的衰减作用以及含沙水的制紊作用导致,而流速分布对其影响较小.
2022 Vol. 40 (7): 680-686 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 2826KB] ( 387 )
流体工程
687 蒋永兵,侯聪伟,郝娇山,王伟波,于龙杰,钱锦远,金志江*
套筒开孔对双层套筒阀流动特性的影响
为了研究内外层套筒小孔孔径对双层套筒阀流量系数和压降流动特征的影响,采用计算流体动力学方法,建立了稳态可压缩过热蒸汽流动的数值模型.对比分析了全开工况下不同内外层套筒开孔孔径组合模型流量系数和压降流动特性的差别.结果表明:内外层套筒不同孔径对于每层套筒的压降有明显影响,内外层套筒开孔孔径等比例放大对每层套筒压降几乎没有影响.只增大外层套筒孔径时,套筒间隙处流体流速不断增大;内外层套筒孔径等比例放大时,套筒间隙处流速变化波动减小.当双层套筒阀需要小幅度提升流量系数时,可以增大外层套筒开孔孔径;当双层套筒阀需要大幅度提升流量系数时,可以对内外层套筒开孔孔径同时等比例增大.研究结果对于套筒阀套筒开孔孔径的设计具有一定的指导意义.
2022 Vol. 40 (7): 687-692 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 1992KB] ( 463 )
693 崔宁博,李奇临*,李艳灵,吴宗俊,方佩,宋培,李仁笑
南方湿润地区太阳总辐射估算模型筛选
为筛选适于模拟中国南方湿润地区太阳总辐射的经验模型,将中国南方地区划分为华东、华中、华南和西南4个区域,选用36个辐射站点逐日数据(1994—2016年),采用最小二乘算法优化3种基于温度模型(T1,T2和T3模型)、3种基于日照时数模型(N1,N2和N3模型)和2种混合模型(M1和M2模型)的经验参数,并在日、月和年尺度上评价各模型在4个分区的精度.结果表明:在日、月和年尺度上,日照时数模型精度最高,其次为混合模型,温度模型精度最低,日尺度R2分别为0.847~0.898,0.654~0.904和0.435~0.687,月尺度R2分别为0.529~0.857,0.368~0.858和0.334~0.766,年尺度RE为-1.78%~21.86%,-32.88%~24.14%和-37.54%~72.36%;日照时数模型中,N2和N3模型精度最高;混合模型中,M2模型精度最高.因此,N2和N3模型在南方湿润地区模拟效果最好,该研究可为气象资料有限条件下精确计算南方地区太阳总辐射提供理论依据.
2022 Vol. 40 (7): 693-700 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 5025KB] ( 355 )
701 李岩*,佟国强,曲春明,冯放,
具有大实度直线翼垂直轴风力机气动特性数值模拟
针对实度对直线翼垂直轴风力机气动特性的影响,以采用NACA0018翼型小型直线翼的垂直轴风力机为对象,选取了0.30和0.35共2种较大的实度,每种实度下的叶片数分别为3,4,5.利用数值模拟的方法研究不同条件下直线翼垂直轴风力机的静态启动特性和动态功率特性.结果表明:在大实度情况下,叶片数对风力机气动特性的影响较大.在相同实度时,叶片数的增加能够降低各个方位角下静态力矩系数的波动,并对反向力矩有所改善,但会使最大力矩系数降低;在旋转状态下,叶片数的增加会减小最佳尖速比前的功率系数上升速度并降低功率系数,且最佳尖速比后的功率系数降低速度也减小.当叶片数相同时,具有0.35实度的风力机静态平均力矩系数大,且多数方位角下的力矩系数大于实度为0.30的风力机;在风力机旋转状态下,实度为0.30的风力机最大功率系数大于实度为0.35的风力机.
2022 Vol. 40 (7): 701-706 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1978KB] ( 428 )
707 姜晨龙,朱兴业*
轴流风机结构优化设计及内部流动特性分析
针对如何提高便携式轴流风机的运行性能,通过对其结构进行优化设计,主要研究转子部件的叶片数及叶片安装角的改变对叶轮与导叶匹配性的影响.基于SST k-ω湍流模型,采用数值模拟探究其内部流动特性,并通过试验验证其可靠性.研究结果表明:叶片安装角对轴流风机性能影响较大,而叶片数的影响相对较小.通过对比分析不同模型间的内流特性,确定了适合便携式轴流风机的叶片安装角和叶片数;发现叶顶泄漏涡的发展对后导叶的影响随着安装角的变化存在不同,并诱发叶轮与导叶交界区域流体扰动,影响叶轮和导叶的匹配性;湍动能在叶轮叶片进口处存在最大值,叶顶区因叶顶泄漏,其湍动能相较与叶根区更大.便携轴流式风机结构优化和内部流动特性的分析对其设计具有一定的指导意义.
2022 Vol. 40 (7): 707-713 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 173 )
农业水土工程
714 李阳明,涂安国,谢颂华*,郑海金,卢玉东,
保水剂对红砂岩土壤持水特性的影响
为了探究红砂岩土壤中施用保水剂对其持水特性所造成的影响,在红砂岩土壤中按保水剂质量比为0,0.25‰,0.50‰,1.00‰,2.00‰施用保水剂的条件下,测定了不同比例保水剂措施下的土壤水分特征曲线、土壤入渗过程和土壤水分蒸发过程,并用二次曲线求得最佳施用量.研究结果表明,随着保水剂施用量增加,饱和含水量θs呈增大的趋势,而残余含水量θr、进气值相关参数α和开关系数n总体上呈现先增大后减小的趋势,保水剂主要增加土壤重力水.施用保水剂抑制了土壤的入渗性能,降低了水分垂直入渗率,延长了入渗持续时间,减缓了土壤水分蒸发速率.综合考虑保水效果和施用量,红砂岩土壤最佳保水剂施用量范围为0.5‰~1.0‰.
2022 Vol. 40 (7): 714-720 [摘要] ( 51 ) [HTML 1KB] [PDF 2123KB] ( 339 )
721 翟中民,史文娟*,张艳超,高志永
水氮盐调控对膜下滴灌棉花产量的影响及耦合模型
为探讨水、盐、氮三因素对棉花生长的耦合效应及最优水肥制度,分别设置了4种灌溉定额(1 575,2 100,2 625,3 150 m3/hm2)、4种施氮量(0,150,300,450 kg/hm2)和4种土壤盐分(非盐化土、轻度、中度和重度盐化土),通过盆栽试验,研究了水、氮、盐对膜下滴灌棉花产量的影响.结果表明:灌溉定额、施氮量和土壤盐分与棉花产量之间符合回归模型,模型对水氮盐的耦合效果较好;单因素对棉花产量影响按因素排序由大到小为灌水量,土壤含盐量,施氮量;耦合作用的影响按因素排序由大到小为盐氮,水氮,水盐;水氮施加量对棉花产量的影响均存在阈值,低于此阈值,棉花增产效果较为明显;中、重度土壤盐分含量明显抑制棉花生长;通过回归模型进行耦合分析,最适合研究区的水肥盐耦合方式为轻盐土壤、灌溉定额2 677 m3/hm2和施氮量202 kg/hm2.本研究将为盐碱区棉田水肥高效利用提供科学依据.
2022 Vol. 40 (7): 721-728 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 2026KB] ( 357 )
729 马黎华,胡笑涛,蒋先军,王文娥*
基于HYDRUS对稻田不同阶段土壤水分的模拟与分析
在稻田淹水到排水干田的过程中,稻田的土壤水分由饱和态转为非饱和态,这一过程中稻田土壤水分运移规律的变化以及水量各平衡要素的转化对稻田水分管理以及减缓农业面源污染等方面具有实际意义.为探寻稻田不同阶段土壤水分状况下的差异性,基于重庆丘陵区紫色土常规轮作水稻土壤水分的连续监测数据,利用HYDRUS-1D模型对稻田淹水、排水落干和收获后3个不同干湿阶段(阶段Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)的土壤水力参数和土壤含水量开展验证模拟分析.研究表明:(1) 根据R2与RMSE的误差分析结果,HYDRUS可以实现对不同阶段稻田土壤水分变化的有效模拟.(2) 根据土壤水量平衡分析,阶段Ⅰ的稻田土壤水分以水分补充的形式为主;阶段Ⅱ和Ⅲ的土壤水分以水分损失为主,底层渗漏量分别占总水分损失量的52%和95%.(3)根据HYDRUS的模拟结果,降雨直接影响土壤上下边界流的变化;阶段Ⅱ的实际作物蒸腾量和实际地表蒸发量低于阶段Ⅰ的,阶段Ⅲ稻田土壤的地表实际蒸发量与日照时数的关系更密切.
2022 Vol. 40 (7): 729-736 [摘要] ( 52 ) [HTML 1KB] [PDF 2321KB] ( 516 )
737 汪恩良,胡胜博,田雨,刘兴超,*
基于模糊几何加权模型的灌区水资源优化配置
针对农业水资源优化配置中多目标赋权的不确定性问题,以黑龙江省绰尔屯灌区为研究区域,构建了基于模糊几何加权法的灌区水资源优化配置模型,把多目标规划问题转化为单目标非线性问题,得到了不同权重下不同生育期的灌区水资源最佳配置方案,并通过灌区综合能力评价体系进行比选.结果表明:通过与线性多目标模糊规划模型的对比,模糊几何加权模型可以根据实际情况对不同目标的权重进行调整,得出该条件下的灌区水资源最佳配置方案;当灌水量权重为0.3和经济权重为0.7时为最优方案,水稻产值为8 245万元,分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期的灌水量分别为1 154.56万、779.12万、539.45万、336.57万m3.验证了模糊几何加权法在灌区水资源优化配置的可行性应用,为灌区农业水资源高效利用提供参考方案和决策支持.
2022 Vol. 40 (7): 737-744 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 1819KB] ( 383 )
745 裴沙沙,黎耀军*,严海军,顾涛
喷灌施氮对马铃薯氮素积累及土壤硝态氮影响
喷灌水肥一体化是提高中国东北半湿润区作物养分利用效率的重要措施.为探索圆形喷灌机水肥一体化条件下,施氮肥对马铃薯产量、氮素积累以及土壤硝态氮分布的影响,试验设置3个施氮量水平:115,165,215 kg/hm2(分别以F1,F2,F3表示);3个施氮频次:2,4,6次(分别以C2,C4,C6表示);选择传统沟施追肥作为对照区.结果表明:处理F2C6的马铃薯块茎产量和商品薯率均最高;相同施氮量条件下,马铃薯块茎氮素积累量随施氮频次增加而增加;相同施氮频次下,随施氮量增加,块茎氮素积累量先增加后减少;马铃薯块茎膨大期在相同施氮量条件下,20~40 cm土层的土壤硝态氮含量随施氮频次增加而减小.综合比较,建议黑龙江半湿润地区马铃薯种植采用中肥(165 kg/hm2)、高频次(追施氮肥6次)的喷灌水肥一体化方案.
2022 Vol. 40 (7): 745-750 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1937KB] ( 349 )
排灌装备制造技术
751 张传杰,牛勇*,刘逍航
齿间角对迷宫灌水器水力特性影响的数值模拟
为了探究迷宫流道齿间角对灌水器水力性能的影响,应用CFD流场和速度场的数值分析方法,研究齿间角度分别为50°,60°,70°和80°时正齿型和斜齿型迷宫灌水器的流场和速度场随齿间角的变化规律.研究结果表明:相比于RNG k-ε模型和SST模型,标准k-ε模型的计算结果与试验结果更加接近;正齿型和斜齿型迷宫灌水器通道内主要存在2处低速回流区,即齿型的左上侧低速回流区和右下侧低速回流区;相比于正齿型迷宫灌水器,斜齿型迷宫灌水器左上侧的低速区域较多,而右下侧的低速区域较少;随着齿间角度不断增加,灌水器内的流量不断增大,斜齿型迷宫灌水器内的流量增加受齿间角度的影响更为明显;正齿型迷宫灌水器的流量系数较大,但流态指数较小, 齿间角度为70°的正齿型迷宫灌水器的流态指数在所有灌水器中最小,其水力性能最好.
2022 Vol. 40 (7): 751-756 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 7549KB] ( 307 )
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 江苏省教育厅
主办单位
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协办单位
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 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
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编辑出版
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