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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 9期
刊出日期：2023-09-25
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 (9): 1- [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 12522KB] ( 156 )
2
目录
2023 Vol. 41 (9): 2- [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 1061KB] ( 167 )
泵理论与技术
865 张人会,*,张敬贤,郭广强
液环泵叶片形状对叶轮进口回流及其外特性的影响
为减小液环泵叶片进口回流及冲击,基于非稳态气液两相流数值模拟方法,分别从叶片进口扭曲设计及叶片型线2个方面分析叶片形状对液环泵进口回流结构及其外特性的影响规律.研究结果表明:液环泵进口扭曲叶片设计能够有效抑制进口冲击引起的脱流,但叶片进口扭曲引起叶轮流道位置相对后移,吸气口始端叶轮流道内气液界面运动引起的相对体积扩充率降低,叶轮进口回流现象加剧;由于流道周向不对称,吸气区叶轮流道在进口产生真空的能力各不相同,由气液分界面运动引起的相对体积扩充率能够清楚地解释叶轮进口压力分布特性及回流结构;在叶片进口扭曲的基础上,控制叶片非吸入侧前弯能够有效提升吸气口始端流道的相对体积扩充率,θ=6°的进口扭曲叶型非吸入侧前弯设计叶片使得液环泵进口回流强度得到进一步的抑制,泵效率从15.46%提升至16.20%;叶型包角对进口真空度及进口回流强度的影响显著大于叶片出口安放角,增大叶型包角能够使吸气口始端叶轮流道沿旋转方向前移,增大流道内相对体积扩充率,降低回流强度,进而提高液环泵的真空度以及效率.
2023 Vol. 41 (9): 865-872 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 3535KB] ( 216 )
873 郎涛,孙振新*,金力成,陈刻强,徐恩翔
单叶片离心泵空化诱导噪声特性
为研究单叶片离心泵空化诱导的噪声特性,准确判断空化进程,通过搭建试验台进行空化试验,分析泵在额定工况下的空化特性.针对单叶片离心泵在正常空化、初生空化和严重空化等3种运行状态下进行噪声试验研究,通过水听器采集离心泵进出口噪声信号,对流致噪声和空化诱导噪声进行区分,并对进出口噪声信号进行时频分析.研究结果表明:单叶片离心泵空化诱导的噪声特性主要集中在进口端低频段杂波信号的变化,出口端噪声信号没有明显特征;对噪声信号进行分析能够更精确定位单叶片离心泵的空化状态,小波分析可以准确对空化诱导的噪声与流致噪声进行区分;在不同空化数下,进口端噪声信号的EMD能量熵值存在差异,EMD能量熵值可作为一种有效的特征参数来区分离心泵不同的运行状态.
2023 Vol. 41 (9): 873-880 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 3007KB] ( 274 )
881 王芳群*,李子健,张志豪,张瑶,朱凤莲
导管泵辅助狭窄冠状动脉血流动力学的数值模拟
针对导管泵辅助心血管及冠状动脉系统构建了多尺度模型,并对其血流动力学行为进行研究.建立心血管及冠状动脉系统的集总参数模型,宏观分析了导管泵辅助下的心衰合并冠脉狭窄患者的血流动力学参数,并结合计算流体动力学方法研究病理及导管泵辅助下系统的微观流动特性.结果表明:冠状动脉的狭窄程度、狭窄分支对冠状动脉血流影响显著,且左主干狭窄对血流量下降速度影响大于右冠,狭窄部位血流速度及壁面切应力急速上升,并在远心端出现低流速区域以及随狭窄程度加重而增加的涡流等紊流现象;导管泵辅助下冠脉血流量有效提升,一定程度上降低狭窄对血管壁的切应力和流速峰值.导管泵辅助可对心衰合并冠脉狭窄患者的血流动力学参数产生积极影响,具有一定的临床应用价值.
2023 Vol. 41 (9): 881-887 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 1897KB] ( 239 )
888 许彬,刘克洋,沈熙,王浩,张德胜*
诱导轮不同流体介质空化热力学效应研究进展与展望
针对诱导轮内不同流体介质空化热力学效应,从理论、试验和数值模拟等方面进行了总结.在理论研究方面,详细介绍了热力学效应的形成机理以及表征空化热力学效应的相关参数,指出深入挖掘低温介质空化热力学效应动力学特性及相关机理是理论研究的发展方向.在试验研究方面,详细评述了诱导轮内不同流体介质空化热力学效应的研究进展,指出诱导轮内低温介质非稳态可视化试验是未来的研究方向.在数值模拟研究方面,对考虑热力学效应的空化模型和湍流模型进行了总结,并且详细阐述了诱导轮内不同流体介质空化热力学效应的数值模拟研究进展,认为针对热力学效应对不同空化形态影响的定量研究是未来的发展方向之一.最后基于诱导轮内不同流体介质空化热力学效应的研究现状,对该发展方向进行了探讨与展望.
2023 Vol. 41 (9): 888-898 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 1156KB] ( 377 )
水利水电工程
899 陈龙,俞晓东*,林文雯,陈胜,张健
抽蓄机组流量不同步变化对尾水管低压的影响
尾水低压现象对抽水蓄能电站的设计影响显著,为阐明尾水低压现象出现机理,基于一洞两机抽水蓄能电站输水发电系统,采用刚性水体动量方程,研究了甩负荷过程机组尾水管低压现象.为揭示输水系统布置对尾水低压现象的影响机制,定义了流量不同步变化抑制系数,并基于特征线法建立了系统的过渡过程仿真模型,通过移动上下游岔管位置,对比抽蓄电站不同类型甩负荷工况的结果,研究了不同流量变化抑制系数对尾水管最小压力的影响.结果表明:尾水低压出现的本质是同一水力单元2台机组流量变化不同步引起的压力交替变化,进而加剧了机组自身的流量变化;随着流量不同步变化抑制系数的减小,甩负荷过程中流量交替变化现象和尾水管低压现象均得到改善.
2023 Vol. 41 (9): 899-905 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 2745KB] ( 225 )
906 卜玮晶,潘树昌*
混流式水轮机偏负荷工况内流场及压力脉动分析
为探究水光蓄互补联合发电系统中比转数混流式水轮机在偏负荷工况下机组内部流态变化和稳定性影响,在额定水头和最大水头下对国内某电站3种大开度工况采用SST k-ω湍流模型对机组进行稳态与瞬态数值计算和分析.结果表明:偏负荷工况下的转轮内部流态稳定,转轮出口与下环流道内出现流线紊乱区.尾水管内存在圆柱形的空腔涡带,涡带衍生于转轮泄水锥,并在尾水管内直锥段发展.混流式水轮机无叶区在偏负荷工况下的压力脉动主频为叶频,尾水管内部主要为幅值接近的低频脉动.研究结果揭示了水光蓄互补联合发电系统中混流式水轮机在偏负荷工况下的内部流场变化、尾水管涡带发展规律和机组压力脉动成因,为水轮机拓宽运行区间提供了建设性意见.
2023 Vol. 41 (9): 906-912 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 15318KB] ( 197 )
流体工程
913 王秀礼,赵国辉,徐伟,赵媛媛,赵付建
有机废水水动力空化降解研究综述
水动力空化降解技术是一种很有前景的有机废水处理技术.文中综述了近年来国内外学者在水动力空化降解理论和实际应用方面的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望.首先对水动力空化形成的原因、空化效应、空泡溃灭影响因素及水动力空化降解的机理方面进行了总结和评述:水动力空化降解机理可分为“水相燃烧”反应机理、自由基反应和机械作用.水动力空化降解的实质是利用水动力空化效应来处理有机废水,空泡溃灭又是产生空化效应的原因.其次是对水动力空化降解的实际应用从水动力空化装置和水动力空化降解工艺2方面进行了介绍:文丘里管和孔板是2种最常见的水动力空化装置;水动力空化降解、化学剂及催化剂的联合工艺,水动力与声空化联合工艺及多种方式联合工艺对有机废水都有较好效果,但没有普适性.最后,探讨了目前研究中存在的问题并对空化降解技术的未来进行了展望,为进一步有效利用水动力空化技术提供参考.
2023 Vol. 41 (9): 913-919 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 1296KB] ( 219 )
920 宋科*,杨邦成
导流涵道与叶轮相互作用对垂直轴涡轮机能量采集性能的影响
为了评估垂直轴导流涵道涡轮机中导流涵道与叶轮之间的相互作用效应对其能量采集性能的影响,通过引入诱导因子的分解形式表达式并采用计算流体力学方法,分别对不同拱度及攻角的导流涵道、裸涡轮机和所对应的导流涵道涡轮机进行了数值研究.结果表明:导流涵道涡轮机相比裸涡轮机具有更高的输出功率,且在一定范围内,随着导流涵道拱度及攻角的增大,系统的输出功率将得到进一步的提升.此外,导流涵道与叶轮之间的相互作用效应与导流涵道涡轮机的能量采集性能密切相关,所对应的相互作用诱导因子ai在一定程度上量化了该相互作用并且能很好地衡量系统的能量采集性能的优劣.研究还发现当系统所对应的ai的值越小时,导流涵道与叶轮的相互作用越强,同时系统的能量采集性能越好.研究结果为垂直轴导流涵道涡轮机的优化设计及内在相互作用分析提供了一定的参考依据.
2023 Vol. 41 (9): 920-925 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 1680KB] ( 193 )
926 陈琪,李伟,*,季磊磊,路德乐,潘云欣
非对称脉冲装置内部流动及能量损失特性
为了了解脉冲射流性能及内部损失机理,对提高井下作业效率的影响,以一种非对称脉冲射流装置为研究对象,研究不同形式水动力叶轮和盘阀间隙对装置的脉冲性能影响,并采用熵产理论对装置内能量损失进行定量分析.研究表明:当动盘阀通道和静盘阀孔口契合时,装置该出口处达到最大脉冲速度,采用新型轴流叶轮装置的最大脉冲速度达到47.22 m/s,最大压力脉冲幅值为1.07 MPa,与初始叶轮装置脉冲性能相似;初始叶轮的脉冲射流装置水动力叶轮段总熵产为33.90 W/K,新型轴流叶轮的脉冲射流装置水动力叶轮段总熵产为28.72 W/K,新型轴流叶轮的脉冲射流装置叶轮段能量损失更少;脉冲射流装置可以形成周期性的强非对称性脉冲射流,动盘阀和静盘阀间隙越小,装置脉冲性能越优,能量损失更大.
2023 Vol. 41 (9): 926-932 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 2959KB] ( 209 )
农业水土工程
933 郑健,*,石聪,杨少鸿,宿智鹏,刘俊彦,
基于15N示踪的炭氮耦合对番茄氮素吸收利用效益的影响
为探讨分根交替灌溉下,不同生物炭添加量和施氮量对番茄氮素吸收利用规律的影响,应用15N示踪技术,以番茄为研究对象开展盆栽试验,试验设置3种生物炭添加水平和3种施氮水平.结果表明,株高和茎粗在生物炭添加量为2%、施氮量为450 kg/hm2时最大,干物质质量在生物炭添加量为2%、施氮量为300 kg/hm2时最大;添加生物炭和增加施氮量均能促进番茄各器官对15N肥料和全氮的积累,增加15N残留量和15N吸收量;添加生物炭会降低肥料贡献率,但能够显著增加番茄吸收土壤氮的比例、15N回收率和15N利用率.添加生物炭可有效提高番茄产量、水分利用效率和品质,其中处理B2N2的产量最高,为2.61 kg/株,品质也较其他处理有显著提高.基于组合赋权的TOPSIS法评价番茄综合效益结果表明,分根交替灌溉下,生物炭添加量为2%、施氮量为300 kg/hm2(处理B2N2)为试验条件下的最佳种植模式.
2023 Vol. 41 (9): 933-942 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 2171KB] ( 176 )
943 潘月,杨广,*,薛联青,许新港,古力生木·安甫丁,黄洲,王文赞,冉茂林,
DSF-GWO算法在玛纳斯河灌区种植结构优化中的应用
针对水资源总量约束条件下玛纳斯河灌区种植结构优化和农业用水合理配置的科学问题,以玛纳斯河灌区(石河子灌区、莫索湾灌区和下野地灌区)小麦、棉花、玉米、葡萄4种典型作物种植结构为基础,构建多目标优化配置模型对作物种植结构进行优化调整,采用改进后的灰狼优化算法(DSF-GWO)求解社会满足型(方案1)、节水优先型(方案2)、经济成本型(方案3)、综合发展型(方案4)4种发展情景下的子灌区农业种植结构优化方案.结果表明:石河子灌区方案2和方案3产生相同经济效益时,方案3的生态、社会效益比方案2分别低4.3%和7.3%,因此,方案2较适合石河子灌区规划年种植结构发展要求;莫索湾灌区方案4产生的经济效益分别高于方案1和方案3的3.6%和4.2%,生态效益高于方案2的0.5%,因此,选择方案4符合莫索湾灌区规划年种植结构发展需求;下野地灌区方案4产生的经济、社会效益均高于其他方案,生态效益对比其他方案相差较小,所以选择方案4对下野地灌区规划年种植结构进行调整.
2023 Vol. 41 (9): 943-951 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 3665KB] ( 164 )
952 张哲,杨润亚,朱瑾瑾,张振华*,耿亚军,孙军娜,周义堂,徐娜
地下氧灌对土壤氮素分布及番茄水氮利用效率的影响
为了探寻地下氧灌条件下提升温室番茄水氮利用率并降低土壤矿质态氮残留的水、肥、气综合方案,研究了不同水平加氧量、施氮量和灌水量因素对土壤矿质态氮分布、番茄各器官全氮质量比、番茄氮素吸收量、氮素利用效率、灌溉水利用效率IWUE、氮肥偏生产力PFPN和产量的影响.结果表明,中氧处理(20 mg/L)30~60 cm土层NO-3-N质量比相较于低氧(10 mg/L)、不加氧处理分别提升了46.68%和32.47%.灌水量的增加显著提高了0~20 cm土层NO-3-N的质量比.中氮处理(225 kg/hm2)0~30 cm土层NO-3-N质量比,以及0~20 cm和40~60 cm 土层NH+4-N质量比高于低氮(150 kg/hm2)和高氮(300 kg/hm2)处理;高氮处理相较于中氮、低氮处理,番茄果实全氮质量比分别提升了27.33%和33.33%,中氮处理下根系全氮质量比最高,为29.67 g/kg.加氧量对IWUE和PFPN的影响具有统计学意义(P<0.05),中氧处理番茄产量相较于低氧、不加氧处理分别提高了11.20%和18.41%.综合考虑,建议黏质壤土条件下设置加氧量为20 mg/L、施氮量为150 kg/hm2、作物蒸发皿系数取1.00为实际种植番茄时的方案.
2023 Vol. 41 (9): 952-958 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 1215KB] ( 197 )
排灌装备制造技术
959 刘秀娟*,张慧春,
不同雾化方式喷雾场的数值分析与试验验证
为了研究植保雾化喷头的雾化效果,基于CFD中拉格朗日粒子跟踪气液两相流模型,分别结合压力雾化和空气雾化模型对不同风速下的雾滴粒径、运动速度、质量浓度分布规律进行了对比计算.计算结果表明:压力雾化模型,雾滴粒径小于100 μm的占比小于2%,粒径175 μm的细雾滴占比约为25%,近喷雾口处雾滴速度更高,约是空气雾化模型的5倍;雾滴质量浓度分布更均匀;当风速达到4 m/s时,细雾滴分布比例增加,雾滴会出现二次破碎.空气雾化模型,中等雾滴粒径分布在400~600 μm,占比约为20%,雾滴速度衰减慢,喷雾口附近雾滴不易逆风运动;雾滴沉积范围小,喷幅较窄,大部分雾滴沉降在以喷头为中心的1.5 m范围内.此外,完成了低速风洞试验,收集雾滴沉积并进行卡方检验,结果表明2个雾化模型对于喷雾场中液滴沉积值均可信,但压力雾化模型计算值与试验值偏离度较小.
2023 Vol. 41 (9): 959-965 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 2117KB] ( 213 )
966 徐文,冯雅婷,朱士江,*,张明博,谭学军,赵迎新
水分调控及生物炭对柑橘土壤和叶片养分的影响
为揭示不同水分管理模式下生物炭施加量对柑橘根区土壤和叶片养分的影响,以20年生秭归脐橙为试验对象,2019—2020年连续2 a在湖北秭归县柑橘园试验站开展大田试验,分析3种水分管理条件下(W1:雨养模式;W2:果实膨大期3 L/周、转色増糖期1 L/周;W3:果实膨大期9 L/周、转色増糖期3 L/周)5种生物炭施加量(炭土比)(B0:0;B1:4%;B2:8%;B3:12%;B4:16%)对柑橘根区土壤与叶片氮磷钾含量的影响.结果表明:3种水分管理条件下的土壤铵态氮、有效磷、速效钾质量比均随生物炭施加量增大而增大,但生物炭对土壤肥力的提升有限,其增长趋势随着施炭量增大而逐渐达到稳定;柑橘叶片氮素质量比随生物炭施加量增大而降低,叶片磷素及钾素也呈相同规律,但降低趋势并不符合线性关系,同时未影响作物正常生长.在炭土比为12%和16%的处理下,叶片氮、磷、钾素降低的下限趋于稳定,表明生物炭增强了柑橘养分吸收效率,导致叶片出现了养分稀释现象.
2023 Vol. 41 (9): 966-972 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 1263KB] ( 194 )
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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
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主　　编
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编辑出版
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