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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2024年 42卷 1期
刊出日期：2024-01-25
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
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2024 Vol. 42 (1): 0- [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 28936KB] ( 133 )
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2024 Vol. 42 (1): 0- [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 1143KB] ( 151 )
泵理论与技术
1 李琪飞,*,谢耕达,韩天丁,李正贵
改变导叶翼型对水泵水轮机“S”特性的影响
针对水泵水轮机“S”特性区域的不稳定性问题,提出使用改型活动导叶翼型进行性能提升.以某水泵水轮机模型为研究对象,采用SST k-ω湍流模型对水泵水轮机全流道进行三维数值计算,通过对活动导叶翼型的改型设计,得出流量-转速模拟曲线,分析水泵水轮机组“S”特性改善情况.将计算与试验结果进行对比,并对改型活动导叶翼型前后机组的无叶区进行压力脉动分析.结果表明:在保证整体效率依然保持在92%附近的前提下,新的活动导叶翼型对机组的“S”特性依旧具有改善效果;无叶区压力脉动主要是受到活动导叶叶栅区域的分流在此重新聚集影响,并且与转轮叶片的动静相互扰动引起的;改型后的活动导叶降低了无叶区的压力脉动幅值,提升了水泵水轮机运行中的并网稳定性.
2024 Vol. 42 (1): 1-7 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 3369KB] ( 140 )
8 潘虹,杭晨阳*,郑源
基于改进引力搜索算法的水轮机调节系统仿真
针对现阶段水电机组存在多种复杂工况、工程计算受限于算法本身的复杂性等问题,提出一种改进的引力搜索算法(改进PSOGSA),以此提高水轮机控制参数的优化性能,弥补传统控制策略难以满足动态需求的不足.首先,结合PSO算法,在GSA的速度更新公式中引入学习因子进行改进.其次,应用一种权重系数优化其位置更新公式,提高算法的自适应性.最后,结合相关仿真建模试验,使用所提改进PSOGSA对水轮机调节系统PID参数进行优化调节.仿真结果表明,在5%空载频率扰动下,改进PSOGSA的PID控制器明显优于上述传统算法,所调节的模型系统能在更短时间内趋于稳定,此时的超调量远低于传统算法,表明此改进PSOGSA在后续迭代中具备更高的迭代效率,并且改善了常规算法中易陷入局部最优的问题,从而证明了改进PSOGSA的合理有效性,水轮机调节系统的控制效果在一定程度上得到优化.
2024 Vol. 42 (1): 8-13 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 1764KB] ( 132 )
14 李明慧,刘厚林*,谈明高,吴贤芳,马皓晨
导叶叶片数对喷水推进泵瞬态特性的影响
为揭示喷水推进泵不同导叶叶片数时的瞬态特性规律,基于DES混合模拟和FEM声学有限元方法,对喷水推进泵流场和声场进行数值模拟,并进行试验,验证了瞬态特性数值计算方法的准确性,研究了不同导叶叶片数(Z=5,6,7)对喷水推进泵推力、压力脉动、内流诱导噪声等性能的影响规律.结果表明:随着导叶叶片数增大,喷水推进泵推力先减小后增大,流量逐渐减小,转矩逐渐增大;导叶叶片数对叶轮出口压力脉动分布规律影响较小,对压力脉动主频处幅值有较大影响,轮毂处压力脉动幅值受导叶叶片数增大先减小后增大,轮缘和流道中心处幅值随着导叶叶片数增大逐渐减小;导叶叶片数变化会改变内流诱导噪声主频,增大导叶叶片数有利于降低喷水推进泵内流诱导噪声主频处幅值和总声压级.
2024 Vol. 42 (1): 14-20 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 8763KB] ( 143 )
21 潘文翊,李岩,张德胜*,敬睿,胡敬宁,叶晓琰
海水淡化高压泵与能量回收一体机水润滑轴承-转子系统稳定性
为保障海水淡化高压泵与能量回收一体机的安全稳定运行,对轴颈倾斜时的水润滑转子系统的稳定性展开研究.基于流体动压润滑理论,采用差分法和微扰法,建立考虑四自由度的32动力系数模型,同时求解转子动力学方程,分析不同偏心距、倾斜角、载荷下轴承的动静特性和口环间隙水膜产生的流体动压润滑效应对转子稳定性的影响.求解转子系统特征方程,并通过特征值实部对转子的稳定性进行分析.研究结果表明:倾斜运动对转子稳定性影响较大,四自由度下偏心率和倾斜角的增大使得32个动特性系数有不同程度的增大,从而减小运行过程中转子涡动产生的位移量,同时具有更高的承载能力;口环间隙水膜的动压润滑效应对转子稳定性具有不可忽视的影响,可使得转子的位移响应减小为原来的1/3,达到稳定运行的时间缩短为原来的1/3;一体机转子的极限转速为40 000~45 000 r/min,当转速超过极限转速时,系统出现正实部的特征值,增大口环宽度和减小口环水膜间隙厚度可增大转子的极限转速.
2024 Vol. 42 (1): 21-29 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 4369KB] ( 148 )
水利水电工程
30 薛建飞,梁冰,何星星,田多文,冯佃芝,舒立彬,万勇,*
基于RSM的工业副产品改性硫铝酸钙水泥性能分析
为研究工业副产品烟气脱硫石膏(FGDG)、粉煤灰(FA)和石灰石(LS)对硫铝酸盐水泥(SAC)熟料无侧限抗压强度(UCS)和pH的影响规律,采用FGDG,FA和LS改性SAC熟料,并在7 d和28 d龄期进行UCS和pH测试.采用响应面方法(RSM),建立UCS和pH的回归模型,分析各因素交互对其影响.研究结果表明:UCS和pH均受到FGDG,FA和LS单因素和各因素交互作用影响.FGDG和LS,LS和FA的交互作用对浆体7 d和28 d的UCS影响显著,LS和FA,FGDG和FA的交互作用对浆体pH7 d影响显著,但对浆体pH28 d影响并不显著.利用RSM-BBD多目标优化法进行优化各工业副产品,建立的回归模型具有较高的可信度和精确度,得到改性硫铝酸钙水泥满足高UCS低pH时各工业副产品的合适添加比,试验值和预测值误差较小.
2024 Vol. 42 (1): 30-36 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 3504KB] ( 119 )
37 张小莹*,边少康,冯梦雪,陆伟,张健
有机玻璃管道直接水锤压力特性试验研究
为了了解黏弹性管道的水锤压力特性,文中通过搭建水库-管道-阀门系统模型,进行了系列关阀水锤试验,针对有机玻璃管道中末端阀门初始开度分别为30%,100%时关阀产生的直接水锤压力变化规律进行了研究,从黏弹性材料的本构关系角度分析了关阀时间对黏弹性材料直接水锤的影响机理,并对2种不同初始开度下阀门附近的流场进行了三维数值模拟.研究结果表明:黏弹性管道中直接水锤压力变化规律与传统的水锤理论不符,直接水锤压力不仅与阀门的关闭时间有关,还与阀门的初始开度有关,满足“阀门关闭越快,直接水锤压力越大”与“阀门初始开度越小,直接水锤压力越大”的规律.
2024 Vol. 42 (1): 37-42 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 3766KB] ( 252 )
流体工程
43 刘建盈,陈汇龙*
多阀门燃料输送系统复杂工况水击特性分析
针对某多阀门燃料输送管路系统工作过程中出现的不同阀门支路水击压力相互影响过大等问题,在充分考虑了系统快响应需求、轻量化及结构紧凑等约束条件下,通过试验研究了多阀门在复杂工况下的管路水击特性,包括管路中水击压力的变化与阀门脉冲工作模式以及同时工作的阀门组合之间的关系、水击压力与阀门打开-关闭时间间隔的关系,与阀门工作控制周期的关系以及与同时工作的阀门数量的关系等.在此基础上提出了基于多阀门工作模式调整的水击抑制措施,表明在不增加系统复杂度和重量的情况下降低燃料输送管路内水击压力是可行的.
2024 Vol. 42 (1): 43-48 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 2036KB] ( 139 )
49 韩峰,刘泉,*,李宇寒,李晨阳,林杰威
柴油机气缸套空化现象与空蚀机理分析
针对柴油机气缸套在工作过程中会由于冷却液的空化发生空蚀现象.文中在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上,结合了近壁面多空泡溃灭过程的仿真,从宏观和介观上研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理.首先,基于单缸冷却水套的模拟发现,缸套壁面的振动导致冷却液发生空化现象,生成大量空化气泡.然后,模拟了近壁面空泡的溃灭过程,并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多空泡溃灭的影响.结果表明:空泡间距越小,溃灭时间越长,当泡心间距从0.050 mm减小至0.025 mm时,近壁面空泡的溃灭压力增大49.82%,产生的微射流速度增大10.56%;增加空泡数量,溃灭压力呈先增后减的趋势,当空泡数量由2个增至10个,微射流的速度增大44.93%.研究表明,空泡溃灭产生的微射流具有较高的水锤压力,该压力作用于缸套壁面,造成腐蚀破坏,是缸套发生空蚀的根本原因.
2024 Vol. 42 (1): 49-56 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 4131KB] ( 176 )
农业水土工程
57 李迷,闫浩芳,*,张川,张建云,王国庆,ACQUAH S J
设施作物蒸腾蒸发模型的研究现状及存在问题
确定设施作物蒸腾蒸发量(ETc)对于准确制定设施作物灌溉制度、提高设施农业用水效率及设施蔬菜的产量和品质具有重要的意义.对确定设施作物ETc的直接和间接模型进行优缺点及适用性分析,比较了不同类型参考界面蒸腾蒸发(ET0)模型的优势与局限性,对比了直接估算温室作物ETc机理模型的准确性,并对不同机理模型中关键参数(冠层阻力参数)的确定方法及主要影响因素进行综述与分析.已有研究主要针对特定气候区域、温室通风类型、作物种类及种植季节,对冠层阻力参数进行修正,并验证模型的准确性,对温室作物ETc模型的普适性研究不够充分,确定的模型参数往往不适用于其他类型温室或作物种植季节.推荐今后重点研究方向:研究温室作物ETc变化过程对气候因子分布特征及变化规律的响应机理;研究不同ETc机理模型对气候类型、作物种类及种植季节的适应性,构建更具普适性的温室作物ETc模型.
2024 Vol. 42 (1): 57-63 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 1445KB] ( 127 )
71 赵莎,李为萍*,冯梁,池曌男,张家鹏,吴怡萱,王佳爽
亏缺灌溉对河套灌区向日葵土壤微生物群落结构多样性的影响
为明确亏缺灌溉对向日葵生育期内土壤微生物群落的影响,在河套灌区开展田间试验.以当地灌水水平为对照CK(330 mm),设置2个水分亏缺处理:轻度水分亏缺W1(210 mm)和重度水分亏缺W2(120 mm),分析亏缺灌溉对向日葵各生育期土壤表层(0~20 cm)微生物群落和理化性质的影响,并揭示土壤微生物与理化性质的内在联系.结果表明:处理W1提高了土壤微生物多样性及土壤细菌中变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、真菌中被孢霉门等优势菌门的相对丰度.较CK相比,W1的土壤pH值平均降低了0.13,温度和硝态氮质量比分别平均提高了1.44 ℃和14.2%.Pearson相关性分析表明土壤含水率、温度、pH,EC、硝态氮是影响细菌多样性的主要因子;温度、铵态氮和硝态氮是影响真菌多样性的主要因子.冗余分析表明土壤含水率、EC和温度是影响细菌群落结构的主要因子;含水率、EC和铵态氮是影响真菌群落结构的主要因子.综上,轻度水分亏缺(W1)是适宜微生物生长的水分条件.
2024 Vol. 42 (1): 71-78 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 3525KB] ( 196 )
64 韩美琪,王振华,*,朱艳,温越,
加气对西北旱区膜下滴灌棉花光合及水分利用效率的影响
为探明西北旱区滴灌棉花适宜的加气灌溉模式,试验以不加气灌溉为对照(CK),设置5个加气灌溉处理:苗期加气(AS)、蕾期加气(AB)、花铃期加气(AF)、蕾期加气+花铃期加气(ABF)、苗期加气+蕾期加气+花铃期加气(AW);研究了不同生育期加气灌溉对西北旱区棉花光合作用及水分利用效率的影响.结果表明,与CK相比,所有加气处理的光合特性及地上部生物量都显著提高,其中处理AW较CK的净光合速率显著增加22.68%,蒸腾速率显著增加41.19%,气孔导度显著增加33.42%,胞间CO2浓度显著降低16.22%;花铃期加气灌溉使西北旱区棉花地上部茎、叶、蕾/铃干物质累积量分别显著增加29.26%,11.15%和33.41%.不同生育期加气灌溉下,棉花光合特性、地上部生物量以及产量最优的处理为AW和AF,且差异不具有统计学意义;但是处理AF的水分利用效率最高,为1.51 kg/m3,显著高于处理AW.因此,从高效节水增产的角度考虑,在棉花花铃期进行加气(AF)可作为西北旱区膜下滴灌棉花的最佳加气灌溉模式.
2024 Vol. 42 (1): 64-70 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 44 )
排灌装备制造技术
79 朱兴业,钱兆*,刘俊萍,张爱英,魏巧
散水式喷头水滴特性试验研究
为了掌握散水式喷头的水力性能,探究其水滴直径、水滴速度和水滴动能的规律.采用2DVD视频雨滴谱仪对散水式喷头在2种出水口当量直径De、5种工作压力的工况下进行水力性能试验.结果表明:De为4.88和5.98 mm的水滴平均直径分别集中分布在0.73~1.38和0.85~1.53 mm内,说明出水口当量直径越小,水滴分布可能更集中,且水滴平均直径随着距喷头距离增大而增大,呈指数分布.水滴速度随压力和距喷头距离增大而增大,De为4.88 mm的水滴平均速度大于De为5.98 mm的.在相同的工作压力下,De为5.98 mm的喷头其单个水滴动能、单位体积动能和动能强度均大于De为4.88 mm的.单个水滴动能和水滴平均直径呈指数关系,单位体积动能与距喷头距离呈指数分布,动能强度在距喷头距离0.1~0.6 m内波动幅度较小.
2024 Vol. 42 (1): 79-85 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 4059KB] ( 123 )
86 董聪慧,李浩,李瑞,孙浩,韩启彪*,李辉
微纳米加气对再生水滴灌灌水器堵塞的影响
为研究再生水滴灌时水中加入微纳米气泡对灌水器堵塞的影响,选用4种不同类型的灌水器,设置再生水不加气、再生水加气2个处理,以平均流量比(Dra)表征灌水器堵塞的发展程度,以克里斯琴森均匀系数(Cu)、统计均匀系数(Us)评价随试验运行时间推移滴灌系统的均匀性变化.结果表明:微纳米加气对再生水滴灌系统灌水器堵塞具有显著影响,相较于不加气处理,加气处理下4种灌水器(E1,E2,E3,E4)的Dra值分别提高了16.2%,24.4%,18.2%和22.1%;加气处理下各灌水器的Cu和Us值大于不加气处理;加气对不同类型灌水器堵塞的控制效果也存在一定的差异,微纳米加气可降低灌水器的堵塞风险,延缓堵塞程度,延长灌水器的使用寿命,且对整个滴灌系统的均匀性有积极影响.试验结果可为再生水滴灌和加气滴灌技术的推广应用提供一定的技术支撑.
2024 Vol. 42 (1): 86-94 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 2390KB] ( 142 )
95 董进波,王帆,阿琼*,解清杰,韩松
低温下A/MBBR反应器快速启动的工艺参数
为了探究厌氧移动床生物膜反应器(A/MBBR)低温下影响工艺启动的因素,得到最佳的启动工况,在选用K3填料作为反应器填料和自然挂膜启动的基础上,建立了试验平台.在8~12 ℃的水温和不同工况水平的填充率、回流比和水力停留时间下,通过研究反应器在挂膜启动时期对污水中化学需氧量、NH3-H和总磷的处理效果,得到了启动时期反应器在不同工况水平下的运行效果;通过研究反应器内填料上固体生物膜的质量变化,得到不同工况水平下生物膜增长速率;通过研究生物膜的产气速率,得到了不同工况水平下反应器生物膜总比呼吸速率和内源比呼吸速率.通过比较反应器运行效果和填料上生物膜的活性及呼吸速率,得到了A/MBBR反应器在8~12 ℃下自然挂膜启动的最佳工艺参数:填充率为40%、回流比为20%、水力停留时间为8 h时,该工况下能够兼顾污染物去除率、生物膜生长速率和生物膜活性,是最佳的启动条件,预计可缩短23%的启动时间.
2024 Vol. 42 (1): 95-101 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 2839KB] ( 154 )
102 李诗莹,叶含春,*,王振华,刘宁宁,张金珠,李淼,
射流清洗对微灌过滤器滤网清洗效果及损伤研究
为探究射流清洗技术在农业微灌过滤器清洗过程中的应用,开展射流清洗试验研究,分析入射压力、喷嘴口径、喷嘴扩散角度等3个参数对微灌过滤器滤网清洗效果及表面损伤程度的影响规律.试验结果表明:清洗效果随入射压力、喷嘴口径、喷嘴扩散角度的增大而提升,但提升幅度不断减小;滤网表面损伤程度随入射压力、喷嘴口径的增大而增大,随喷嘴扩散角度的增大而减小,其幅度逐渐减小;通过方差分析可知,射流参数对清洗效果影响程度从大到小依次为喷嘴口径、入射压力、喷嘴扩散角度,对滤网表面损伤影响程度从大到小依次为喷嘴口径、喷嘴扩散角度、入射压力;通过TOPSIS综合评价得到最佳射流参数组合为入射压力0.3 MPa,喷嘴口径3 mm,喷嘴扩散角度80°.
2024 Vol. 42 (1): 102-108 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 2932KB] ( 144 )
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协办单位
 中国农业机械学会排灌机械分会
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编辑出版
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