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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2023年 41卷 7期
刊出日期：2023-07-25
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
封面及目录
   
封面及目录
1
封面
2023 Vol. 41 (7): 1- [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 57526KB] ( 135 )
2
目录
2023 Vol. 41 (7): 2- [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 874KB] ( 142 )
泵理论与技术
649 骆寅*,陈崟炜,秦学聪,陈云飞
基于外磁场的离心泵故障预测模型
针对传统离心泵故障诊断方法在复杂多变的工程环境中缺乏通用性和及时性的问题，提出了基于马氏距离改进KNN算法的离心泵故障预测模型.将故障工况下的外磁场信号进行处理并求得相应工况指标，通过ReliefF算法进行权重分析完成特征提取，进而为KNN算法提供故障预测分类的数据库.使用马氏距离替换KNN算法中原有的距离函数欧氏距离来消除特征指标间量纲影响，以提高预测结果的准确率.通过十折交叉验证法，筛选KNN算法的关键值K，得出在K取值为120时预测模型运行结果最优.根据外磁场信号，基于改进KNN算法建立的故障预测模型能够在离心泵偏工况运行时，对可能出现的故障能够进行准确预测，有效解决了传统监测方法滞后性严重的问题，且模型训练数据包含了0.2Qd~1.2Qd全流量下各类工况的外磁场信号.试验结果表明，故障预测模型在0.4Qd，0.8Qd，1.0Qd，1.2Qd流量工况下，故障预测准确率达到0.831 5，0.799 9，0.852 7，0.874 1，基本实现了离心泵故障的准确预测.
2023 Vol. 41 (7): 649-654 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 31613KB] ( 207 )
655 陈悦婷,汤方平*,张校文,王林,刘雨夕,戴健,王海
大型立式轴流泵水力模型导叶改型及试验验证
为改善轴流泵导叶与叶轮的匹配性,以某立式轴流泵装置为研究对象,通过正交试验对水力模型导叶改型,应用计算流体动力学软件和模型试验,对匹配不同导叶的轴流泵水力模型进行比对和优选.研究结果表明:数值计算结果与模型试验结果的最大误差小于5%,性能曲线的整体趋势相对良好,数值计算方法合理可靠;在设计流量工况下,优化后的导叶能够减小导叶体的水力损失及导叶出口环量,动能回收效果较好,在有效降低设计扬程的同时保证泵站以80.7%的效率高效运行;不同导叶对立式轴流泵装置的性能有明显影响,优化后的导叶能够改变装置设计流量,使泵装置高效区向大流量偏移,同时提高小流量工况下泵的装置扬程,降低大流量工况下的装置扬程.
2023 Vol. 41 (7): 655-662 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 5534KB] ( 184 )
663 张岩璐,徐云峰,王震,杨陈,许彬,*
叶轮进口直径对排污泵多相流性能的影响
为研究叶轮进口直径对排污泵多相流性能的影响,以3种不同进口直径(100,120,140 mm)的双叶片叶轮为研究对象,采用Mixture多相流模型、Rayleigh-Plesset空化模型和Gidaspow曳力模型对泵内固液气三相流动进行定常数值计算,并将外特性计算结果与试验结果进行对比分析.研究结果表明:增大叶轮进口直径会导致排污泵的运行高效区向小流量偏移,这有助于抑制多相流条件下外特性的降低;叶轮进口直径为100 mm的泵内多相流的效率相对于单相流的效率降低了10.27%,而叶轮进口直径为120 mm的泵和叶轮进口直径为140 mm的泵内多相流的效率相对于单相流的效率分别降低了6.54%和8.20%;3种进口直径的叶轮对应的排污泵临界空化余量分别为4.03,2.06和1.95 m,这表明增大叶轮进口直径能够显著改善泵的抗空化性能,空化造成的流动阻塞效应得到有效缓解;在叶轮进口直径为100 mm的泵内监测到流速较高的固体颗粒,并且随着叶轮进口直径的增大,叶轮表面的固相体积分布减小,泵内固相流速也有所降低,适当增大叶轮进口直径有助于提高排污泵的多相流动性能.
2023 Vol. 41 (7): 663-669 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 15085KB] ( 231 )
670 李斌*,李一,高亚宁
泵阀对往复泵排出性能的影响规律
针对泵阀关闭滞后及开启阻力过大造成往复泵排出性能变差的问题,以某一型号往复泵的泵阀为研究对象,通过机械、力学、流场多学科耦合数值计算,研究了泵阀的弹簧刚度、阀盘质量和阀座内孔直径对阀最大开启阻力、阀启闭滞后角以及往复泵排出流量、排出压力的影响规律,并通过往复泵台架试验验证了数值计算方法的准确性.研究结果表明:阀座内孔直径对阀最大开启阻力、启闭滞后角以及泵排出流量、排出压力的影响相较于弹簧刚度、阀盘质量更明显;阀座内孔直径改变引起阀最大开启阻力和启闭滞后角的变化值最大分别为0.684 0 MPa和28°;阀启闭滞后角随阀座内孔直径的增大而增大;泵排出流量、排出压力均随阀座内孔直径的增大而减小,阀座内孔直径改变引起的泵排出流量和排出压力变化值最大分别为10.558 7 L/min和0.187 8 MPa.研究结果可为优化泵阀设计以及提高往复泵排出性能提供一定参考依据.
2023 Vol. 41 (7): 670-676 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 3216KB] ( 155 )
水利水电工程
677 覃源,梁达*,王玉龙,柴军瑞,周恒
冷缝存在条件下混凝土力学性能试验研究
存在于混凝土中的冷缝,直接影响混凝土结构的整体性能.文中通过对不同龄期间隔的冷缝,及不同弹性模量混凝土叠合形成的带冷缝的混凝土进行抗压和劈拉试验,研究其力学性能的变化规律.试验结果表明:带冷缝混凝土试件整体抗压强度及冷缝黏结面黏结强度均随龄期增长逐渐减弱,新混凝土强度提升,可有效提高带冷缝混凝土的抗压强度,而对黏结面强度提升较为有限;通过计算岩石脆性特征系数发现,新混凝土强度提升可有效提高新旧混凝土抗变形能力;并建立了冷缝黏结面强度计算公式,可以较好地预测冷缝黏结面的黏结强度.当龄期间隔7~14 d,新、旧混凝土弹性模量之比为1.10时力学性能较好,龄期间隔超过28 d时,新、旧混凝土弹性模量之比应小于1.10.
2023 Vol. 41 (7): 677-681 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 1331KB] ( 193 )
682 杨海丽,李明玉*,念腾飞
基于核磁共振技术的生物炭改性土的渗透特性分析
在微观孔隙结构测试方法中,核磁共振(NMR)测试技术具有测试孔隙范围广、测试速度快等优点.而压汞测试技术能够定量地研究土体孔隙分布形态和孔径大小,但测试周期较长.因此,提出基于压汞数据刻度核磁共振T2谱曲线的方法,利用该方法定量地研究不同生物炭掺量改性黏土的孔隙结构特征及其对渗透特性的影响机制.研究结果表明:随着生物炭掺量的增加,生物炭-黏土混合土的饱和渗透系数是逐渐增大的.添加生物炭改变了黏土的孔隙结构特征.对于纯黏土来说,T2分布曲线呈单峰结构.随着生物炭掺量的增加,T2分布曲线呈双峰结构,T2谱右移,峰值T2逐渐增大.结合T2值与孔隙半径成正比的关系,可定性判断随着生物炭掺量增加,土样的最可几孔径是增大的.通过压汞数据与核磁共振T2谱之间的转换系数C值,获得了峰值T2对应的最可几孔径大小,分析了生物炭改性土孔隙结构特征的变化对宏观渗透系数变化的影响机理.
2023 Vol. 41 (7): 682-688 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 2419KB] ( 182 )
流体工程
689 张建平*,刘明,张智伟,王明强,韩熠
转速对风机叶片模态的影响及其威布尔拟合
为探究旋转效应对于风力机叶片模态的影响,建立了叶片的有限元模型,并导入到ANSYS软件中进行计算,得到了风力机叶片在静止工况与旋转工况条件下的模态,通过Weibull函数拟合得到了转速与叶片模态频率的变化关系.结果表明:静止叶片振动形式随着模态阶次的递增基本保持挥舞和摆振混合或者其中之一占主导的振型,而扭转振型到第十阶模态才出现;旋转工况下的模态振型及频率相对静止工况下都有较为明显的差异,第一、第二阶振型表现为方向相反的摆振,第三至十阶的振动形式类似于静止工况的第一至七阶,旋转叶片的抗弯扭能力更强;随着转速的增大,叶片第三至七阶模态频率呈现非线性递减的趋势,而第八至十阶模态频率出现相反的趋势;Weibull函数拟合模型不仅能够描述叶片模态随转速变化的规律,而且具有较高的拟合精度.研究结果为风力机的安全运行及可靠性设计提供一定的理论基础和技术指导.
2023 Vol. 41 (7): 689-694 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 2703KB] ( 194 )
695 HUANG Si,MURAD Tariq,NIU Qifeng,LIN Guangtang,CHEN Jianxun
Analysis of influence of heat exchangerfouling on heat transfer performancebased on thermal fluid coupling
A study on heat transfer performance by thermal fluid coupling simulation for the fouling in a shell-tube heat exchanger used in engineering. The coupling simulation was performed in a fluid and solid domains under three different fouling conditions: fouling inside the tube, fouling outside the tube, and fouling inside the shell. The flow field, temperature, and pressure distributions in the heat exchanger were solved numerically to analyze the heat transfer performance parameters, such as thermal resistance. It is found that the pressure drop of the heat exchanger and the thermal resistance of the tube wall increase by nearly 30% and 20%, respectively when the relative fouling thickness reaches 10%. The fouling inside the tube has more impact on the heat transfer performance of the heat exchanger, and the fouling inside the shell has less impact.
2023 Vol. 41 (7): 695-700 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 2826KB] ( 173 )
701 高宗飞,朱云明,沈春根*,刘江,郭二廓
基于复合型线的一种加速叶道离心叶轮设计
为提高浴室用集成吊顶暖风机的加热取暖效率,以某品牌的浴室电加热器具中的吹风工况为例,研究其内部的多翼离心叶轮叶片结构及其设计方法.借助大型商业流体仿真软件CFX对风机内部的流场进行数值模拟和计算,并基于CFD仿真模拟的结果,分析原叶轮在空气动力学设计上存在的不足和缺陷.结合原有叶轮叶型的设计方法,创新性地提出并设计了一种由对数螺旋线和小圆弧拟合而成的复合型线的加速叶道离心叶轮,经过3D打印手板进行的气动性能对比实测分析,得出了复合型线叶轮相比于原叶轮,吹风出口处的风量为216.2 m3/h,提升了13.9%,且出口处风速更加均匀稳定,此外风机噪声下降了2.3 dB,显著地提高了暖风机的气动性能和取暖效率.文中的数值模拟和试验研究工作对多翼离心暖风机的性能优化和降噪设计具有理论意义和重要的工程应用价值.
2023 Vol. 41 (7): 701-708 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 9609KB] ( 238 )
农业水土工程
709 赵彭辉,费良军*,刘大有
土表致密层形成下肥液膜孔灌入渗土壤水氮分布
为研究地表致密层形成条件下肥液膜孔灌入渗土壤水氮分布特性,进行了两阶段的室内膜孔灌入渗试验,在试验第一阶段浑水入渗形成致密层的情况下,设置4个肥液(硝酸铵钙)质量浓度水平(0,200,500及800 mg/L)进行第二阶段入渗,研究了单位膜孔面积累积入渗量、土壤湿润体含水率、硝态氮、铵态氮质量比分布及其分布变化特性.肥液可以促进土壤水分入渗,改进的Kostiakov模型和改进的Philip模型可以很好地表示单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间之间的关系(R2>0.95),并得到含有肥液浓度参数的单位膜孔面积累积入渗量和入渗时间的经验模型.湿润体高含水率面体积(θ>25%)随肥液浓度增大而增大,且在膜孔中心附近区域含水率最高,但肥液对沿膜孔表层土壤径向方向的含水率分布影响程度不大,肥液浓度越大,土壤湿润体中硝态氮、铵态氮含量越大,湿润体中硝态氮分布与湿润体含水量分布相似,都呈土壤上层质量比较高的情况,湿润体中铵态氮质量比随入渗距离增加,呈现逐渐下降的趋势.
2023 Vol. 41 (7): 709-715 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 1998KB] ( 165 )
716 赵艺源,姜海玲*,周星宇,李耀,陈光义
基于空间距离模型的综合干旱监测建模及在东北地区应用
综合大气-土壤-植被等因素,采用空间距离模型(SDM),结合条件降水指数(PCI)、能量指数(MEI)和条件植被指数(VCI)构建综合干旱监测模型,PCI,MEI,VCI分别表征大气降水亏缺、土壤水分盈缺和植被生长状况,其指标为综合干旱指数(CDI),并利用粮食单产、作物受灾面积和标准化降水蒸散指数(SPEI)对CDI适用性进行验证.结果表明,CDI可反映农业、气象干旱信息,其与粮食单产相关系数绝对值均大于0.66(P<0.05),最高可达0.82(P<0.01);黑、吉、辽三省的CDI与作物受灾面积的相关系数分别为0.75,0.74和0.74,且通过了P<0.05的显著性检验;CDI与SPEI的相关系数绝对值为0.67~0.80(P<0.01).此外,基于CDI对东北地区2018年春夏连旱事件进行监测,结果与实际旱情切合,较好地反映了旱情的时空演变情况.
2023 Vol. 41 (7): 716-722 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 4216KB] ( 214 )
723 何振嘉,贺伟,*,罗林涛,徐艳,侯宪东,杜宜春,张俊,任虎兴
基于碳中和背景的耕地质量提升路径
面对日益复杂的国际环境和生态文明建设发展需要,中国承诺将于2060年前实现碳中和.大力推进中低产田耕地质量提升,建设高标准农田,是提高粮食产能和实现农业碳中和的有效路径.文中对农业领域碳排放来源及减排潜能进行分析,表明通过科学合理的技术提升耕地质量、优化田间管理,农业系统固碳减排潜力巨大.结合发达国家采用的碳减排措施,提出了基于农业碳中和背景下中国需要围绕“缩小作物产量与效率差,保障粮食安全”“减少氮肥生产耗能,提高氮肥利用效率”“抑制水稻田甲烷排放,推行低碳稻作技术”以及“增加秸秆腐熟还田,优化肥料管理模式”等措施提升耕地质量;针对中国未来农业领域碳中和提出了必要的建议,以期为加快耕地产能提升和实现固碳增汇提供必要借鉴.
2023 Vol. 41 (7): 723-730 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 1073KB] ( 210 )
排灌装备制造技术
731 王晓英,裴婧贤*,王东保,王军锋
声学微球的静电破碎冷冻干燥制备法
针对静电破碎结合冷冻干燥技术制备声学微球的过程,采用高速数码摄像技术进行浆液破碎过程可视化研究,应用图像分析技术研究不同工况参数对微球粒径、球形度的影响,并基于Back Propagation(BP)神经网络建立理论模型分析各工况参数的重要程度.结果表明:随着电压增大,浆液破碎出现滴状模式、微滴模式和振荡微滴模式.滴状模式下,形成毫米级的微球;微滴和振荡微滴模式下,微球粒径与滴状模式相差一个数量级,为毛细管内径的1/4~1/3.滴状模式下,增大流量,微球粒径差异不大;在微滴模式和振荡微滴模式下,微球粒径随流量增加而逐渐增大.喷嘴直径增大,各破碎模式下制备的微球粒径均有不同程度的增加.由于蒸发作用,微球粒径略小于液滴直径,且施加低电压(0,2 kV)时,流量的增加对微球粒径的影响呈无规律状.接收距离是影响微球球形度的决定性因素,增大接收距离,微球球形度分布范围增大,球形度下降.由BP神经网络分析发现电压、喷嘴直径和流量对微球粒径的影响占比分别为87%,10%和3%,电压是微球粒径的决定性因素.
2023 Vol. 41 (7): 731-739 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 5139KB] ( 163 )
740 孙伟,霍坤,戴峰泽
电磁辅助激光熔覆IN718/WCP复合涂层组织及性能
采用电磁复合场辅助激光熔覆制备IN718/WC复合涂层,系统地研究了涂层的宏观结构、微观组织、显微硬度和耐磨性能.结果表明,电磁复合场形成向下的安培力,增强了熔池中的Marangoni对流.增强的 Marangoni 对流使 WC 颗粒均匀分布在复合涂层中.然而,过度的 Marangoni 对流会导致 WC 颗粒从熔池中逸出,尤其是小的 WC 颗粒. 20 mT 稳态磁场与 100 A 直流电组合效果较好.WC颗粒在熔池中分解,形成亚微米共晶碳化物、羽毛状共晶碳化物和等轴共晶碳化物. 其分解程度与WC颗粒的空间位置和颗粒之间的距离有关.颗粒的空间位置越高(相对于熔池),颗粒间的距离越大,分解越严重.此外,直流电提高了共晶碳化物的形核率,增强的马兰戈尼对流打断了长柱状共晶碳化物,这些作用共同细化了涂层的微观结构.在该复合场(20 mT,100 A)作用下,硬质相的衍射强度最高,显微硬度(530 HV0.2)大于无能场下制备的涂层(400 HV0.2),缓解了涂层摩擦磨损过程中的黏着磨损形式.
2023 Vol. 41 (7): 740-748 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 10141KB] ( 156 )
749 高雪晴,王玎,李鑫德,陈国鹏,姜兆亮*
离心雾化喷头结构优化及雾滴沉积特性
针对目前植保无人机的施药设备与作业参数不匹配导致的药液雾化不彻底、沉积不均匀等问题,优化了转盘式离心雾化喷头的雾滴沉积特性.搭建变量喷雾平台,研究喷雾流量和雾化盘转速对离心雾化液滴粒径、均匀度和覆盖率的影响,并利用3D打印技术制作不同结构的离心雾化盘,采用正交试验方法分析雾化盘直径、齿数和锥角对雾滴沉积特性的影响权重.研究结果表明:在相同流量下,雾化盘转速与雾滴体积中径和雾滴谱相对跨度成负相关,增大转速可扩大有效喷雾面积;喷头流量与雾滴覆盖率和雾滴体积中径成正相关,但流量过大将导致雾滴沉积不均匀;雾化盘直径对雾滴粒径的影响具有统计学意义,随着雾化盘直径增大,雾滴体积中径逐渐减小;通过估算边界平均值得出优化后的雾化盘直径为65 cm,齿数为180,锥角为30°.基于喷头结构和工作参数的优化结果,进行植保无人机茶园喷洒试验,验证了改进后喷头的可靠性.
2023 Vol. 41 (7): 749-756 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 93464KB] ( 182 )
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 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
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