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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 10期
刊出日期：2022-10-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
农业现代化理论与装备制造
   
泵理论与技术
1
 封面
 
2022 Vol. 40 (10): 1- [摘要] ( 80 ) [HTML 1KB] [PDF 64978KB] ( 1143 )
2
 目录
 
2022 Vol. 40 (10): 2- [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 1187KB] ( 311 )
973 刘栋,黄凯,倪子建,杨嵩*,尤保健
叶片包角对离心泵水力性能及磨损特性的影响
基于CFD-DEM耦合方法计算离心泵内固液两相的流动及过流部件的磨损,研究不同叶片包角时叶轮的平均磨损率、液相的速度分布、颗粒的运动、颗粒与壁面的接触次数和接触力.研究表明:随着包角的增大,扬程、效率和平均磨损率均先增大后减小;当包角为110°时,颗粒与壁面的接触力和接触次数最大,导致磨损最为严重,磨损严重区域在吸力面中间与前盖板的交界处;包角从90°增大到110°时,颗粒与过流部件壁面之间的接触次数和接触力逐渐增大,增大了离心泵磨损程度;包角从110°增大到160°时,聚集在吸力面中间位置的低速颗粒逐渐减少,导致颗粒与过流部件壁面之间的接触次数和接触力逐渐减小,从而减小了磨损严重的区域,减轻了离心泵磨损程度.
2022 Vol. 40 (10): 973-980 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 46612KB] ( 359 )
981 刘殿海,祝宝山,陈帅,陈振木*,张飞
导叶开度对水泵水轮机调相运行水环流动的影响
水泵水轮机运行在泵工况压水启动过程或压水调相工况时,需要在转轮腔体内注入空气以降低转轮的启动功率.为了避免转轮室内的压缩空气泄漏到蜗壳内,需要在无叶区内形成一定厚度的水环进行密封,以减少压水时的用气量.为了研究导叶开度对水泵水轮机的水环内部流动特性的影响规律,利用ANSYS CFX软件对3种不同的导叶开度(全关闭、1%最优导叶开度、2%最优导叶开度)水泵水轮机模型两相流进行非定常数值计算分析.研究结果表明:水环的厚度随导叶的关闭而增大,从而增大了转轮的阻力,加大了轴功率的消耗;无叶区内的压力脉动特征频率为叶频及其倍频,呈现出明显的动静干涉现象.研究结果可为水泵水轮机在泵工况压水启动过程或压水调相工况下的水环控制提供一定的依据.
2022 Vol. 40 (10): 981-986 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 3600KB] ( 415 )
987 汪怡然,陈楠*,秦杭晓,俞晓东
螺旋角对单螺杆泵泄漏影响的数值计算
为了探究不同泵结构参数对单螺杆泵泄漏的影响,以1/2型线全金属单螺杆泵为例构建几何模型,基于PumpLinx软件进行瞬态数值计算,并结合外特性试验验证其可靠性,对不同总螺旋角下单螺杆泵的流量变化规律及流场分布展开研究.研究结果表明:单位螺旋角恒定条件下,时均流量随着总螺旋角的增加、单位压差的减小而增大;瞬时流量极小值随着总螺旋角的增加而减小,极大值基本保持一致,接近理论流量17.9 m3/h.斜向泄漏缝隙两侧压力随定子转子啮合位置变化,特定位置压力差随着总螺旋角的增大而减小;特定啮合区监测点的瞬态泄漏流速极大值随着总螺旋角的增大而减小,其极大值最小为4.3 m/s.相关研究成果对于单螺杆泵的泄漏分析具有一定的借鉴意义与参考价值.
2022 Vol. 40 (10): 987-992 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 2260KB] ( 436 )
993 宋礼威,张翊勋,陈泽宇,张宇航,范传翰,肖幸鑫,董亮*
基于RBF神经网络的离心泵地脚螺栓松动故障诊断
为了准确识别卧式离心泵地脚螺栓松动故障,搭建了卧式离心泵机组诊断平台,采用电涡流传感器对离心泵转子位移进行监测.将采集的转子位移信号经过经验模态分解法(empirical mode decomposition, EMD)分解为多个固有模态函数(intrinsic mode function, IMF),对各层IMF频谱特征、相关系数及能量占比进行分析得到故障敏感分量.最后,通过径向基(radial basis function, RBF)神经网络对离心泵松动故障进行识别预测.结果表明:采用EMD方法可以有效提取出离心泵松动故障特征,IMF5—IMF8层可作为故障特征分量.通过将IMF5—IMF8层的相关系数和能量占比作为故障特征输入到RBF神经网络中进行识别,准确率可达95%.
2022 Vol. 40 (10): 993-998 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 4034KB] ( 390 )
水利水电工程
999 韩宇*,邵梦璇,李彤姝,郭珊珊,孙志鹏,张明武
河套灌区渠系优化配水模型应用研究
优化渠系配水过程是缓解灌区水资源压力,实现农业高效节水的重要举措.以河套灌区总干渠、干渠两级渠系作为研究对象,将水流过渡平稳和渠道渗漏量最小作为优化目标,建立渠系优化配水模型,采用回溯搜索算法(BSA)、多目标粒子群算法(MOPSO)以及向量评估遗传算法(VEGA)进行求解.结果显示,BSA,MOPSO,VEGA这3种算法所求的配水时间分别为30.96,11.65,29.96 d;3种算法所得的阀门开启时间点的偏态系数分别为-0.048,0.068,0.566,表明BSA和MOPSO更能保证灌溉水在渠道运输中的稳定性.考虑渠首水位季节性变化对灌区引水时间产生的限制作用,BSA和MOPSO分别更适用于渠首引水量较少、充足的情况.考虑配水时间的集中程度以及干渠的地理位置分布,BSA和MOPSO更有利于实施分区管理措施.
2022 Vol. 40 (10): 999-1006 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 1642KB] ( 399 )
1007 刘忠*,潘宜桦,邹淑云,陈星宇,李志鹏
基于优化VMD组合降噪和LMD的水轮机空化声发射信号特征提取
针对水轮机空化声发射信号存在噪声,进而影响信号特征有效提取的问题,提出基于优化变分模态分解(VMD)与Birge-Massart策略组合降噪和局部均值分解( LMD)的水轮机空化声发射信号特征提取方法.针对VMD算法中惩罚因子和分解模态数对分解结果有着显著影响,提出以散布熵差异相关系数最小值为目标函数,利用哈里斯鹰优化算法(HHO)对VMD进行参数寻优.以最优参数的VMD分解信号,得到一系列本征模态函数(IMF).计算各IMF的相关系数,对相关系数小于0.1的IMF进行剔除,大于0.5的IMF进行保留,0.1到0.5的IMF采用小波BM准则进行降噪,并与保留的分量重构.对重构信号进行LMD处理,将分解得到的乘积函数(PF)分量的能量提取为信号特征.试验分析结果表明,经过优化VMD组合降噪处理和LMD处理得到PF分量的能量与空化系数之间呈负相关,验证了所提方法用于水轮机空化状态识别的可行性.
2022 Vol. 40 (10): 1007-1013 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 2117KB] ( 415 )
1014 刘鑫,申向东*,景宇,任杰,吕昕,耿凯强
预测水泥砒砂岩强度的Markov灰色残差模型
为了研究Markov-灰色残差GM(1,1)模型预测水泥固化砒砂岩抗压强度的精准度和适用性,先对抗压强度数据进行了一系列的处理,建立灰色GM(1,1)模型和灰色残差GM(1,1)模型,然后基于马尔克夫过程构建Markov-灰色残差GM(1,1)模型,并以此模型来估算水泥固化砒砂岩的抗压强度.结果表明,灰色残差GM(1,1)模型的检验精度得到了很大的提升且各项检验指标基本上都达到了1级,明显优于灰色GM(1,1)模型.马尔克夫过程便于确定残差修正值的正、负号,采用Markov-灰色残差GM(1,1)模型对不同水泥掺量下90 d龄期的水泥固化砒砂岩的抗压强度进行了预测,相对误差由原来的1.77%~4.01%降低至0.60%~2.36%,平均相对误差由2.63%减小至1.25%,模型的预测精度明显提高.该研究可以为水泥固化砒砂岩以及其他水泥基工程材料抗压强度的预测提供一种简易而可靠的新方法.
2022 Vol. 40 (10): 1014-1019 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1855KB] ( 287 )
流体工程
1020 陆伟刚,周秉南,陈华,夏辉,徐波*
泵站双节式拍门合理开启角度分析
为探究双节式拍门的合理开启角度,以江西鹅湖泵站双节式拍门为研究对象,分析在不同流量工况下,不同开启角度的拍门水力损失以及门后水流流态,得出一个较优的双节式拍门开启角度范围.结果表明:在双节式拍门上节门开度达到约46.00°.下节门开度达到约64.00°时,水力损失较小且其大小几乎不随流量增加发生变化,因拍门水力损失导致的效率下降值已减少至3%左右,而且随着开启角度增大,拍门对泵装置性能以及整体工程运行产生的影响在逐渐减弱.经过分析得出,鹅湖泵站双节式拍门上节门的较优开度约为46.00°~53.00°,下节门的较优开度约为64.00°~70.00°,这与该泵站双节式拍门在运行工况下的开启角度吻合,结果可为双节式拍门在泵站的应用提供借鉴.从多角度分析对比得出的双节式拍门合理开启角度的研究方法具有较高的可行性,值得在其他类型拍门合理开启角度研究中推广应用.
2022 Vol. 40 (10): 1020-1026 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 4317KB] ( 539 )
1027 赵文举*,刘贵元,虎军宏,胡家珍
人字形光伏阵列防风效果的数值模拟
借鉴“雁阵效应”的思想,设计了人字形光伏阵列.为揭示其防风效果,利用Fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和非定常雷诺平均数值模拟的方法,分析了安装倾角、高度、阵列角度和间距分别为30°,0.20 m,30°和2 m人字形光伏阵列的抗风载能力和防风效果.结果表明:风速为10 m/s和15 m/s时,在首排光伏板均承受最大的风压力,第2—5排风压力显著小于第1排且逐排减小,阵列出现雁阵效应;将监测点|P|以20 Pa的间隔划分为不同风压区,发现可采取局部加固的方法提高光伏阵列整体的抗风载能力.沿垂直方向,来流在阵列后形成近金字塔形的风速衰减区,且风速分布均表现出中变异性,在离地高度从0.20 m增加到0.70 m的过程中,由于阵列的导流效应,计算域平均风速残余系数逐渐增大,变异系数逐渐减小,使得光伏阵列在计算域的防风效果随着高程的增加而减弱.研究可为戈壁人字形光伏阵列布设和农业发展提供指导.
2022 Vol. 40 (10): 1027-1032 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 3082KB] ( 371 )
1033 高振军,李文杨,丁小明*,李苇,Nyam-Osor Batkhuu
连栋温室内湿帘-风机流场特性
为了解华南地区大型连栋玻璃温室在湿帘-风机通风条件下温度场与速度场的变化情况,探究该通风方式下,温室内的通风降温性能,以广州市农业技术推广总站示范基地的连栋玻璃温室为研究对象分别进行了稳态和瞬态计算,将稳态模型的计算结果与温室内监测点得到的数据进行对照,验证了计算模型的可靠性,并对湿帘-风机通风工况进行瞬态计算,得到温室内直观的温度和速度的分布情况及变化规律.结果表明:开启湿帘-风机系统后,湿帘侧最初风速可达1.6 m/s,通风过程中逐渐发展为从湿帘入口贯通风机出口的高速气流场,气流速度最终稳定在0.8 m/s;温室内温度场从湿帘侧到风机侧表现出梯度降温的变化特征,同时伴随着温室全局性的微小幅度降温;将风机流量增加1倍后,温室内气流的湍动程度增加,降温速度明显提高.得到的结果将为华南地区连栋玻璃温室的正常运行和精准调控温室内的小气候环境提供参考.
2022 Vol. 40 (10): 1033-1039 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 23610KB] ( 278 )
农业水土工程
1040 王振华*,武小荻,王天宇,宗睿,王东旺,陈睿,
灌溉时段及水温对膜下滴灌棉花生长及产量的影响
为探究不同灌溉时段及水温对膜下滴灌棉花生理特性及产量的影响,设置4个灌溉水温梯度分别为15(正常灌溉水温),20,25,30 ℃,2个灌溉时段分别为日间、夜间(分别记为DW,NW)进行完全组合设计,共计8个处理.结果表明,增温灌溉提前了棉花生育进程,促进了棉花株高、茎粗、叶面积增长,有利于棉花光合作用的进行,且在夜间进行增温灌溉效果更显著.增温灌溉使棉花产量显著提高2.95%~14.13%,夜间灌溉较日间灌溉棉花产量平均提高3.34%.基于回归分析确定提高棉花产量的最佳灌溉时段为夜间,最佳灌溉水温为26.38 ℃,对应的产量为7 482.96 kg/hm2.该研究可为北疆膜下滴灌棉花实施增温灌溉技术提供理论依据和技术参考.
2022 Vol. 40 (10): 1040-1047 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 2199KB] ( 362 )
1048 王幼奇*,阮晓晗,白一茹,高小龙,
不同种植年限压砂地土壤水分入渗过程及模型分析
为探究不同种植年限对土壤水分入渗的影响,利用室内垂直一维土柱入渗试验分析了不同种植年限(2,5,10,20,30,40 a)压砂地土壤水分入渗速率、累积入渗量和湿润锋运移规律,借助4种入渗模型对土壤水分入渗过程进行拟合并评价其适用性,通过一维代数模型及相关参数预测土壤剖面含水率分布特征.结果表明:随种植年限增加,土壤累积入渗量、入渗速率及湿润锋运移距离均减小,入渗时间为300 min时,5,10,20,30,40 a的累积入渗量相较于2 a分别减少了27.01%,43.32%,53.22%,54.79%和54.68%,湿润锋运移距离减小了24.84%,38.38%,48.56%,52.67%和54.00%.4种入渗模型的R2从大到小依次为Horton模型、通用经验模型、Kostiakov模型、Philip模型.入渗完成后同一深度土壤剖面含水率呈现出随种植年限增大而减小的趋势,一维代数模型拟合的不同种植年限土壤剖面含水率值与实测值间的MAE均位于0.48%~2.09%,RMSE为0.52%~2.13%,D均大于0.782,t检验P值均大于0.05,说明其可以较好地拟合不同种植年限压砂地水分分布状况.压砂地种植年限越长,水分入渗能力越差、土壤剖面含水率越低,建议通过加强农田管理、休耕等措施实现压砂地可持续发展.
2022 Vol. 40 (10): 1048-1055 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 1635KB] ( 454 )
农业现代化理论与装备制造
1056 金丽馥,吴震东*
以农业科技现代化促进农业现代化的实践路径
为了加快推进中国农业现代化的进程,文中立足于农业科技现代化的实践路径,首先阐明了农业现代化与农业科技现代化的内涵意蕴,在深刻剖析农业现代化与农业科技现代化内在逻辑的基础上,进而诠释了农业科技现代化对于推进农业现代化的现实意义,归纳分析了农业现代化进程中农业科技现代化存在的现实问题,发现科技政策落后、科技推广实效低下、科技人才队伍建设不足等突出问题严重制约着新阶段农业现代化的发展.结果表明,实现农业科技现代化需要在科技政策、推广系统、科技人才、智慧农业等方面持续发力.本研究将为构建一个完备的农业科技现代化体系、促进农业现代化的稳步实现提供理论支撑和实际指导.
2022 Vol. 40 (10): 1056-1064 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1453KB] ( 344 )
1065 蒋小平*,王帅,陈建华,季静,朱朝佳,朱兴业
喷射参数对扇形喷嘴雾化特性的影响
针对扇形喷嘴雾化特性问题,在Ansys Fluent中基于Taylor Analogy Breakup(TAB)破碎模型,采用Eulerian-Lagrangian连续相与离散相耦合算法,实现了扇形喷嘴的液滴破碎、雾化形成及气液两相流场的非定常数值模拟,完成了喷射压力与喷雾高度2个参数对扇形喷嘴液滴速度、液滴直径、离散相模型(DPM)质量浓度、液滴通量(N)等雾化特性参数的影响研究,通过激光粒度仪在试验台上得到了液滴索特平均直径(DSM),并与模拟结果进行了对比.研究结果表明:随着喷射压力的升高,液滴的速度越大,液滴在计算域内平均停留时间越短,在计算域停留的液滴数越少;液滴的索特平均直径(DSM)、液滴体积中值直径(DVM)、数量中值直径(DNM)随着喷射压力的升高越来越小,喷射压力为0.3 MPa后液滴DSM减小的趋势变大,这有利于改善实际作业中的雾化质量,当然在有风状态下也会加大雾滴飘逸的风险.喷雾高度对液滴DSM影响不大.不同喷射压力下DPM质量浓度以及喷雾的覆盖面积不受喷射压力的影响,由于N的变化与液滴DSM呈三次方,与覆盖面积A呈反比关系,液滴的数量通量随着喷射压力的变大而逐渐变大.DPM的质量浓度随着喷雾高度的升高而逐渐降低,喷雾的覆盖面积随着喷雾高度的升高而逐渐变大.由于液滴的DSM随喷雾高度的变化可忽略不计,因此液滴数量通量随着喷雾高度的增加而逐渐变小.不同喷射压力下和不同喷雾高度下试验和模拟计算所得到的DSM变化趋势一致,整个过程的误差不超过10%.
2022 Vol. 40 (10): 1065-1071 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 4583KB] ( 490 )
1072 汤玲迪,袁寿其*,刘俊萍,邱志鹏,马骏,孙向阳,周传国,高志俊
中国喷灌机现状与发展思考
基于水利统计数据,分析了近10 a中国节水灌溉应用分布,发现东北以喷灌为主,西北以微灌为主,华北以低压管灌为主,华东以渠道灌溉为主,具有明显的区域特征,节水灌溉仍有50%发展空间,喷灌技术占比与欧美国家相比仍然偏低.总结回顾了中国喷灌机发展历程、研究进展和发展趋势.从国家政策引导、智慧农业发展、农业种植结构变化和盐碱地耕地改造4个方面,分析了在资源环境约束挑战下中国喷灌机的发展机遇.阐明了喷灌的优势和不可替代作用,指出随着中国高标准农田建设及农业规模化经营稳步推进,喷灌机性能及功能不断增强,使以往喷灌的局限性逐步转变成发展优势.最后从补齐农业全程机械化短板、水肥药一体化作业新模式和无人化智能化方面展望了中国喷灌机未来发展前景.
2022 Vol. 40 (10): 1072-1080 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 10613KB] ( 390 )
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主办单位
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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
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编辑出版
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