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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 6期
刊出日期：2024-06-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
封面及目录
   
封面及目录
1
封面
2024 Vol. 42 (6): 1- [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 21629KB] ( 208 )
2
目录
2024 Vol. 42 (6): 2- [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 1091KB] ( 182 )
泵理论与技术
541 张人会,*,刘博文,郭广强,俞帅年,郑直,
两级液环压缩机内流场及外特性
采用数值模拟与试验相结合的方法,以2SY-6两级液环压缩机为研究对象,对多级液环压缩机在不同工况、不同叶轮宽度比下内流场及性能进行对比分析,结果表明:二级叶轮叶片载荷小于一级叶轮,其排气口区域锯齿形气液交界面较一级叶轮更为光滑.一级叶轮吸气口区域回流强度相对于二级叶轮吸气口区域更强,一级叶轮吸气口区域湍动能明显大于二级叶轮.等外径设计的二级叶轮进出口压缩比远小于一级叶轮,二级叶轮的做功能力小于一级叶轮.由于一级叶轮的进出口压比较大且均位于效率极值点的右侧,一级叶轮效率随泵的压缩比增大而逐渐下降,而二级叶轮压缩比范围包含极值点,所以其效率先增后减.液环压缩机随着二级叶轮宽度的增大,其吸气能力越强,各个工况下的流量均逐渐增大.低压缩比工况下的效率随k值减小逐渐增大,高压比工况下的效率随k值减小先增后减.随首次级叶轮宽度比k值的减小,二级叶轮的压缩比曲线逐渐向上平移,而一级叶轮的压缩比曲线逐渐向下平移.随泵出口压力的增大,首次级叶轮压缩比的比值曲线下降趋于平缓,k值为2.2时两级叶轮压缩比的比值趋于1.1.
2024 Vol. 42 (6): 541-547 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 15065KB] ( 211 )
548 王通,王健,施卫东,韩勇,周岭*
气液两相条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响
为了研究电潜泵内部流动机理,从而改善高含气工况下电潜泵的气液混输性能,本文基于欧拉-欧拉非均相流模型,对不同入口含气率工况下叶片开孔前后的气液两相流动特性进行了数值模拟分析,探究了气液两相流条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响.结果表明,在纯水工况以及低含气率、小流量工况下,叶片开孔会降低电潜泵性能;但是叶片开孔可以改善电潜泵在大流量下的气液混输性能.叶片开孔后会改变叶轮内部压力分布,使电潜泵叶轮内部平均压力升高,进而改善叶轮内部流态.叶片开孔后会冲散气相聚集,使气体分布更加均匀,叶轮流道内涡核分布明显减少,减少了能量耗散.该研究为提高电潜泵气液混输性能提供了理论依据.
2024 Vol. 42 (6): 548-555 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 15494KB] ( 216 )
556 叶卫东,王波波,祖海英*,李恒岩,张恩来,汪旭
螺旋缝隙泄漏双向流固耦合方法
针对螺杆泵泄漏机理,利用数值模拟加数据拟合方法,提出了一种针对螺杆泵螺旋微小缝隙泄漏的双向流固耦合模拟方法.利用此方法,对比了单向流固耦合和双向流固耦合方法在螺杆泵泄漏计算结果的偏差,计算结果表明,间隙越小偏差越大,间隙为0.5 mm时两结果相差20.3%,说明螺杆泵这种刚柔配合螺旋缝隙泄漏必须利用双向流固耦合求解才能获得准确结果.随后利用双向流固耦合方法对三维螺杆泵模型进行有限元分析求解,研究了初始间隙、流体介质黏度、螺杆泵单级腔室压差、进出口压力对螺杆泵泄漏的影响.结果显示:泄漏量随初始间隙的增大而增大,随流体介质黏度的增大而减少;进出口压力变化对螺杆泵泄漏影响很小,可以忽略;腔室间的压差造成橡胶定子变形形成间隙,间隙随着压差增大呈线性增大.最后利用双向流固耦合方法计算了不同举升压力螺杆泵的容积效率,与试验结果对比误差在±5%以内.
2024 Vol. 42 (6): 556-561 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 4003KB] ( 208 )
562 胡思源,董亮,朱建成,陈玉党,程茂胜
立式离心泵典型故障复现试验研究
为了给立式离心泵的故障诊断提供试验和理论基础,搭建立式离心泵仿真试验台,进行立式离心泵典型故障的仿真复现试验,分析了转子不平衡、转子不对中和支座连接松动等故障的振动特性及其频谱特征.结果表明:机脚处的振动位移信号对支座连接松动故障的振动特性敏感性更高,轴系的振动信号对转子故障的振动特性敏感性更高;转子不平衡故障和转子不对中故障表现出不同的频谱特征,转子不平衡故障的频谱特征表现为1倍振动主要频率(amplitude power frequency,APF)幅值增大,且随着故障程度的增加,幅值呈现了逐渐减小的趋势,转子不对中故障的频谱特征表现为产生新的振动特征频率2APF,且随着故障程度的增大,信号幅值逐渐增大;支座连接松动故障表现为频谱图中的主频变为3APF,并出现新的2APF和1/2分数谐波频率.
2024 Vol. 42 (6): 562-569 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 9391KB] ( 153 )
流体工程
570 李玥嬛,朱晓丽*,王振波,柳毅博
基于CFD-DEM方法的加压鼓泡床气固流动特性数值模拟
为明确加压鼓泡流化床内气固两相流动基本规律以及压力的影响机制,为多种工业过程领域加压鼓泡流化床反应器的设计、运行和放大提供有益参考.文中基于CFD-DEM方法,以开源软件Mfix为计算框架,开展了加压鼓泡流化床气固两相流动数值模拟研究.首先依托薄矩形加压鼓泡流化床试验台数据进行模型验证,在此基础上,系统地研究了操作压力对Geldart B类颗粒临界流化速度的影响,获得了不同操作压力下床层内颗粒运动与分布规律以及气泡尺寸和频率分布.数值模拟结果表明:在0.1~0.7 MPa,随着操作压力的升高,Geldart B类颗粒临界流化速度减小,并且在低操作压力下临界流化速度随操作压力变化更加明显;同时,随着操作压力的升高,床层内气泡尺寸减小,床层均匀性有所改善.
2024 Vol. 42 (6): 570-575 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 3562KB] ( 208 )
576 胡世旺,张赛*,汪振毅,王宪军
多孔介质两相流动分形质-热弥散系数模型
利用分形理论描述了多孔介质微观孔喉结构,研究了两相流体在孔道空间内的占比情况,考虑了流体经过孔喉结构处流动状态发生改变产生二次流引起的局部水头损失,结合两相流体的沿途储热能力的差异,推导出孔道中同时存在两种相态流体的速度弥散效应和热弥散系数表达式.研究结果表明:饱和度小于0.1或大于0.9时,非湿润相流体速度弥散和热弥散系数变化受饱和度的影响较小,只与微观孔喉结构有关.当孔喉比为1时,局部水头损失为0,不存在速度弥散效应和热弥散效应;孔喉比大小在1~200时,速度弥散效应和热弥散效应随饱和度、孔喉比和流体物性参数的改变而改变;孔喉比大于200时,速度弥散效应变化不明显,对热弥散系数的影响不再显著,与饱和多孔介质孔喉比为150时速度弥散效应不再显著的结论不一致.壁面温度一定,当孔喉比大于2时,孔喉间隙近壁处的二次流停滞导致加热时间增加,孔喉结构间隙之间的流体温度与孔道壁面的温度近似相等,速度弥散和热弥散效应不受温度影响.
2024 Vol. 42 (6): 576-582 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 1529KB] ( 192 )
583 张啸,刘栋,杨嵩*,张天泽,鲍南宇
调节套筒节流孔倒角对高旁阀流场及结构的影响
为了研究高旁阀内部流场和结构可靠性受调节套筒节流孔倒角深度和角度的影响,开展了高旁阀内部流场的数值计算和单向热-流-固耦合分析.通过分析倒角前阀门内的流场得出以下结论:节流后蒸汽会形成激波和一系列激波串并消失于二级节流筒底盖板处,环形调节套筒密封面处出现应力集中现象,密封面内外较大的压差是造成密封面发生形变的主要原因.以降低调节套筒密封面形变量为目标,研究了调节套筒节流孔倒角的角度和深度对流场和密封面形变量的影响,结果表明:在研究选取的全范围内,倒角角度和深度的增加均能降低调节套筒密封面处的压差和形变量,当倒角角度为72.5°时,调节套筒两侧的形变量降幅分别为17.06%和15.72%,研究结果可为进一步优化阀门流动特性,降低阀门结构形变量提供依据.
2024 Vol. 42 (6): 583-590 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 12414KB] ( 193 )
591 刘江,沈春根,林传生
多翼离心风机蜗壳气动性能与出风均匀性优化设计
以某型号风暖浴霸吹风系统的多翼离心风机为研究对象,利用Fluent对原型风机的出口风量与均匀度进行仿真分析,结果显示仿真与实测误差在5%以内,验证了用CFD数值模拟方法来优化浴霸多翼离心风机的可靠性.将蜗壳型线参数化,通过正交试验设计,针对蜗舌放置角α、蜗舌半径R、等角螺线常数A(蜗壳周向面积)与风轮移动距离L(蜗舌与叶轮间隙)4个因素,制定了16组参数组合方案并进行了CFD数值模拟,得到各方案的出口风量与均匀度,并由均值与极差分析确定了最优参数组合.通过数值计算结果可知,优化后的风机在蜗舌附近区域湍流强度减小,内部流动改善.测试结果显示,优化后的风机出口风量提升7.3%,均匀度提升4.5%,全压效率提升5.9%.显著提升了风暖浴霸离心风机的出风性能和出口风速分布均匀性,对增加风暖浴霸取暖效率和人体舒适性有重要意义.
2024 Vol. 42 (6): 591-597 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 3778KB] ( 179 )
水利水电工程
598 张紫键,姚占全*,马快乐
钢纤维类型对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响
为探究钢纤维类型及掺量对玄武岩纤维混凝土(BFRC)力学性能产生的影响,在BFRC中加入3种类型的钢纤维(端钩型、波浪型、镀铜型),钢纤维体积掺量分别为0,0.8%,1.0%,1.2%.通过建立灰色理论GM(1,9)和BP神经网络2种模型预测混凝土抗压强度并对比其可靠性,结合核磁共振试验测试混凝土内孔隙变化规律.结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,BFRC抗压强度呈现先增大后减小趋势,其中抗压强度最优组为体积掺量1.0%的端钩型钢纤维组,14 d抗压强度为44.51 MPa.由于钢纤维表面锈蚀,28 d抗压强度减少至43.13 MPa;建立灰色理论GM(1,9)模型和BP神经网络模型,2种模型预测精度均可达到要求.但BP神经网络的预测精度更高、稳定性更好,平均相对误差为3.81%,灰色理论模型平均相对误差为7.55%;随着钢纤维体积掺量增加,混凝土中胶凝孔、毛细孔占比先增加后减小,因此合理加入钢纤维可使BFRC中孔隙结构得到优化,混凝土抗压强度得到提升.
2024 Vol. 42 (6): 598-604 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 2345KB] ( 162 )
605 刘平,袁静,赵锋,张磊,郑晓楠*
基于工况参数和改进LSTM的空冷器热风温度预测
针对传统抽水蓄能电站技术供水系统存在的智能化水平偏低,供水对象的温度与许多参数变量之间相互耦合的问题,建立了基于工况参数和改进长短期记忆(LSTM)神经网络的发电机空气冷却器热风温度预测模型.首先对原始数据进行清洗,其次采用随机森林(RF)特征降维,对参与目标预测的诸多高维测点变量进行重要度排序,验证所提的工况参数与预测对象温度的相关性,最后再将其输入PSO-LSTM神经网络进行模型的求解.将所提的基于工况参数和改进LSTM方法与最小二乘法、BP神经网络以及原始的LSTM方法进行对比.结果表明,所提模型能有效预测发电机空气冷却器热风温度,相较其他的模型,预测误差能够下降50%左右,同时拥有更优的预测稳定性.
2024 Vol. 42 (6): 605-611 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 2700KB] ( 166 )
612 吴金远,周领*,刘德有
考虑动态摩阻的抽水蓄能电站水力瞬变建模模拟
针对抽水蓄能电站管道内水力瞬变问题,考虑动态摩阻,采用二阶有限体积法(FVM)Godunov格式进行数值建模与模拟.首先根据有限体积法将控制方程进行离散,通量计算用Riemann求解器.机组全特性曲线采用改进的Suter变换,在计算中分别考虑Brunone与TVB动态摩阻模型,将计算结果与恒定摩阻和试验值进行对比,并进行了相应的参数敏感性分析.结果表明,在抽水蓄能电站管路模型中,动态摩阻模型仅增加了管道内后续波动的衰减,对于初始波动几乎没有影响.在单管中,动态摩阻的影响随着关阀时间的缩短而增大;而在抽水蓄能电站系统中由于雷诺数较大,动态摩阻模型的适用性较差,对于各项物理参数的变化均不敏感.这表明在大管径、高流速的输水工程中,可忽略动态摩阻的影响,但对于小管径、低流速的工程,有必要考虑动态摩阻的影响.
2024 Vol. 42 (6): 612-618 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 2597KB] ( 170 )
农业水土工程
619 赵文举,,曹伟,吴克倩,李建承,马宏,
盐碱地水肥耦合对基质栽培番茄生长与产量品质的影响
为探究盐碱地水肥耦合对基质栽培番茄生长的影响,设置3组灌溉水平W1(268 mm),W2(201 mm),W3(161 mm)和3组施肥水平(N-P2O2-K2O, kg/hm2)F1(260-200-220 kg/hm2),F2(208-160-176 kg/hm2),F3(156-120-132 kg/hm2),共9组耦合处理,以无基质水肥组合作为对照组CK,基于温室大棚试验研究水肥耦合对盐碱地土壤盐分、基质栽培番茄株高茎粗、根系特征、产量与品质的影响,并构建遗传算法多目标优化模型确定盐碱地基质栽培番茄的最优水肥调控策略.结果表明:与CK相比,基质处理株高、茎粗、根系特征、水肥利用效率、产量与品质具有显著优势;基质处理土壤表层盐分含量较低,土壤剖面0~30 cm表现为积盐过程,30~60 cm表现为脱盐过程;通过AHP-CRITIC主客观组合赋权的VIKOR法对番茄产量、风味品质进行评价,处理W3F1的利益比率最小,产量与品质最佳;基于遗传算法多目标优化模型求解Pareto最优解,确定盐碱地基质栽培番茄的最佳水肥耦合策略为W3F2,研究可为盐碱地高品质果蔬的水肥科学管理提供理论依据.
2024 Vol. 42 (6): 619-626 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 1640KB] ( 179 )
627 刘继龙,*,陈俊丰,曹晓强,李济桢,吴耀宇,
黑土区玉米生理生长特性及产量对不同秸秆覆盖与施肥量的响应
为揭示秸秆覆盖量与施肥量对东北黑土区玉米生理生长特性的影响机制,设置3种秸秆覆盖量(0.5,1.0和1.5倍)和3种施肥量(80%,100%和120%)的交互试验和常规施肥无覆盖对照处理CK共10种处理,研究分析不同秸秆覆盖量与施肥量下玉米叶片净光合速率Pn、气孔导度Gs、胞间CO2浓度Ci和叶绿素SPAD等光合特性指标及株高、产量及其构成要素等生长指标的变化规律,分析各处理生长指标与光合特性参数和产量之间的相关关系,并通过综合指数法优选出效果最优的秸秆覆盖与施肥模式.结果表明:秸秆覆盖和施肥均能提高叶片Pn,Gs和叶绿素SPAD,降低Ci,玉米功能叶片Pn和Gs均随生育时期先增加后减少,而Ci随生育时期先增加后降低;叶绿素整体变化趋势与Pn一致;各处理玉米产量随秸秆覆盖量增加先增加后减少,随施肥量增加而增加,除80%施肥量处理组外其他处理玉米产量较CK处理增加8.9%~21.7%;秸秆覆盖量为8 000 kg/hm2,施肥量为336 kg/hm2时对研究区域内玉米生长生理及增产效果最佳.
2024 Vol. 42 (6): 627-632 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 1808KB] ( 183 )
633 樊倩雯,费良军*,康守旋,彭有亮,孙云翔,刘念
多因素影响下膜孔灌单向交汇入渗特性
为研究膜孔直径、膜孔间距、土壤初始体积含水率、入渗水头4个因素对膜孔灌单向交汇入渗特性的影响,通过室内土箱入渗试验资料来验证HYDRUS-3D模拟膜孔灌单向交汇入渗过程的可靠性,用HYDRUS-3D模拟不同膜孔直径、膜孔间距、土壤初始体积含水率、入渗水头条件下的单向交汇入渗过程,分析各因素耦合条件下单向交汇入渗规律,分别建立了各影响因素与单位膜孔面积累积入渗量、交汇时间、交汇面面积之间的经验模型.结果表明:4个因素对单位膜孔面积累积入渗量的影响程度从大到小依次为膜孔直径、土壤初始体积含水率、膜孔间距、入渗水头;对膜孔交汇入渗交汇发生时间的影响程度从大到小依次为膜孔间距、膜孔直径、土壤初始体积含水率、入渗水头;对入渗结束时交汇面湿润体面积的影响程度从大到小依次为膜孔直径、膜孔间距、土壤初始体积含水率、入渗水头.该研究结果可为确定最优膜孔灌技术要素组合提供理论依据.
2024 Vol. 42 (6): 633-640 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 1693KB] ( 206 )
641 张疏影,张金珠,*,王振华,温越,刘健,朱艳,唐宇鹏,
不同水氮配施对北疆膜下滴灌棉花生长发育的影响
研究灌水频率、灌溉定额和施氮量对膜下滴灌棉花生长、产量和水分利用效率的影响,探明灌水及其频率和施氮的最优组合模式,为膜下滴灌棉花的水氮管理提供科学合理的灌溉技术依据.试验设置3个灌水频率:7 d(D1),10 d(D2),13 d(D3),2个灌溉定额:4 400 m3/hm2(W1),3 300 m3/hm2(W2)和2个施氮水平:300 kg/hm2(F1),225 kg/hm2(F2),共12个处理,每个处理3次重复.结果表明:D1的株高较D2,D3分别降低2.90%和7.96%;叶面积指数与灌水频率呈正相关,D1的叶面积指数较D2,D3分别提高1.96%和7.28%;蕾铃生物量和地上部生物量之比随灌水频率的增加而增加;D1的产量较D2和D3分别增加3.84%和11.76%;W1的产量较W2增加5.56%;F1的产量较F2增加13.49%;D1的水分利用效率WUE较D2和D3分别增加2.75%和9.80%;W2的WUE较W1增加22.71%;F1的WUE较F2增加11.37%.说明D1水平避免棉花过度生长,提高棉花群体发展,增强群体光合作用和物质生产能力,确保地上部生物量的生殖生长,并且随着灌溉定额和施氮量的增加,棉花株高、叶面积指数和地上部生物量也显著增加,从而提高棉花产量.此外,高频减水能够保持根层水分的适宜程度,满足棉花水分需求,高氮能够满足棉花生长的需氮量,减少水分蒸发损失,提高水分利用效率.所以,综合考虑棉花产量和水分利用效率,得出灌水频率7 d,灌溉定额3 300 m3/hm2,施氮量300 kg/hm2为较优管理模式.
2024 Vol. 42 (6): 641-648 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 1570KB] ( 148 )
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