排灌机械工程学报

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泵理论与技术

工质为浑水时水泵与水轮机的空化与空蚀

常近时

2010, 28(2): 93-97. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.001

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对工质为浑水时水泵与水轮机的空化与空蚀进行了试验,结果表明,泥沙表面缝隙中寄存有许多气核,当压力降低时气核膨胀形成气泡,进而脱离沙粒表面发生空化;当沙质、水温一定时,浑水的空化压力特性完全由站址所在地的海拔高度、泥沙质量浓度、泥沙粒径等3个要素决定;在前两个因素一定的情况下,泥沙颗粒越小,即泥沙越细时,初生空化压力与临界空化压力越高．浑水时气核数量远多于清水;浑水发生空化时,气泡溃灭引发的夹沙射流强度大于清水射流,由于这两个因素致使在含沙水流工作的水泵与水轮机,在相同的装置条件下,空蚀破坏较清水时强烈．目前,空化流场计算和空化数计算都存在着把空化压力取做海拔高度为零时清水的汽化压力的错误,使计算结果严重失实．

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泵理论与技术

低比转速混流泵叶轮优化设计

贾瑞宣, 徐鸿

2010, 28(2): 98-102. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.002

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针对传统的低比转速混流泵设计中对叶型径向参数变化规律研究不足的情况,提出了借鉴汽轮机轴流式叶片设计经验的方法．首先依据内流损失理论,分析了叶轮流道过流断面二次流形成的原因,再应用先进控制流理论,找到了削弱二次流的方法,然后在对叶片参数化建模的基础上,利用商用CFD软件NUMECA实现了叶型径向参数的优化设计,使泵效率有较大提高．实例计算表明,先进控制流理论是将内流分析与优化设计结合起来的有效方法,能够实现叶轮的快速高效设计．

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泵理论与技术

旋喷泵复合叶轮型式及性能对比

王春林, 史亚婷, 吕亚云, 李长军, 丁剑

2010, 28(2): 103-106. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.003

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设计了两种型式的旋喷泵常用的复合叶轮,并应用CFD软件对叶轮内部流动进行了数值模拟,得到叶轮流道内压力和相对速度分布．设计时安装合适的短叶片可以减小流道的扩散程度,起到很好的分流、导流效果;通过两个模型泵的预测性能曲线对比分析表明,采用“S”形复合叶片,可满足旋喷泵性能的要求．但在2个“S”形叶片之间布置2个短叶片时,叶轮流道出现明显的旋涡,且其中一个短叶片附近有回流产生,使得水力损失增大,泵效率较低．而布置1个短叶片时泵的性能更好．

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泵理论与技术

基于CFD的低扬程泵装置变速特性及相似性

张仁田，姚林碧，朱红耕，张礼华，魏军

2010, 28(2): 107-111. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.004

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根据南水北调工程中低扬程泵站采用变频调速进行工况调节的运行要求，应用相似准则分别分析了泵和泵装置在不同转速下能量特性的关系，指出不同转速下泵的流量扬程关系特性符合相似律，但由于进、出水流道中的流动受到水泵流动的影响，泵装置的流量扬程关系在不同转速下不完全符合相似律。采用计算流体动力学方法分析了典型灯泡贯流泵装置在3种不同转速下出水流道的流场分布，发现随着转速差距的加大，同一截面上的速度分布甚至出现相反的分布规律，进一步证明了不同转速下的泵装置特性不完全符合相似律，因此变速工况下的低扬程泵装置特性不能采用传统的相似律预测.

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泵理论与技术

基于Pro/E的渣浆泵水力部件开发

唐学林，边丽媛，易成

2010, 28(2): 112-116. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.005

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基于三维实体造型软件Pro/E对渣浆泵水力部件进行计算机辅助设计的二次开发，考虑到固体颗粒对水力部件的影响，运用两相流理论设计了渣浆泵水力部件及其相关几何参数.在Windows XP操作系统平台上，借助Visual C++6.0语言开发环境以及MFC可视化对话框技术，利用Pro/E的二次开发工具Pro/TOOLKIT及其相关接口函数，对渣浆泵水力部件设计进行可视化Pro/E Wildfire 2.0系统开发，渣浆泵水力部件的设计子菜单被嵌入在Pro/E的主菜单中.针对水力部件的设计实例，该软件通过渣浆泵相关子菜单弹出设计界面，在对话框中输入渣浆泵的设计参数，可实现水力部件的几何尺寸计算过程，并根据几何尺寸自动生成叶轮、副叶片、蜗壳、前后盖板等水力部件的三维造型.

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泵理论与技术

海水淡化泵水润滑轴承间隙的优化设计

叶晓琰，张军辉，丁亚娜，江伟，张丽

2010, 28(2): 117-121. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.006

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针对海水淡化高压泵水润滑轴承存在的润滑问题，设计了6种不同轴承半径间隙的水润滑轴承；用三维造型软件Pro/E建立了滑动轴承内部三维流动水膜数学模型；利用Fluent 6.2进行非结构化六面体/楔形网格划分，采用RNG k-ε 湍流模型和SIMPLE算法，对不同轴承半径间隙内水膜的三维流场和同一轴承半径间隙不同偏心距下的水润滑轴承的动特性进行了模拟，得到了轴承内部动压力分布以及流量、承载力、刚度与轴承半径间隙之间的关系.结果表明，所研究的水润滑轴承在半径间隙为0.2 mm 时性能最佳.模拟结果可以对水润滑轴承的润滑特性进行预测，可为高压泵水润滑轴承的优化设计和安全运行提供参考.

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泵理论与技术

离心泵在启动阶段的瞬态三维数值模拟

杨从新, 王斌

2010, 28(2): 122-126. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.007

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为研究离心泵启动瞬态过程的内部流动机理,建立了求解叶轮启动和加速过程非定常流动的数学模型,以三维模型泵为对象进行启动过程内部流动的数值模拟.采用RNG k-ε湍流模型计算叶轮启动过程内部非定常流动结构和演化过程,得到不同时刻的瞬态外特性曲线,并与定常计算结果进行对比.定性分析了离心泵在启动过程中的瞬态效应,得到叶片及蜗壳压力分布的变化规律.从叶片的压力分布图也清楚地看出压力的不平衡分布,说明存在严重的压力脉动现象,这是引起叶轮不稳定振动的主要原因.

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泵理论与技术

基于CFD的高温减压塔底泵次级叶轮优化设计

胡敬宁, 刘三华, 江伟, 黄铭科, 张丽

2010, 28(2): 127-131. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.008

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运用Fluent软件，利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散，采用标准k-ε湍流模型及SIMPLEC算法进行求解，对9组由不同出口宽度的次级叶轮与不同喉部面积的蜗壳所组合成的高温减压塔底泵的次级内部流场进行了数值模拟与性能预测，基于预测结果绘制了性能曲线，并分析了叶轮出口宽度与蜗壳喉部面积对性能的影响.分析结果表明：随着喉部面积的增大，蜗壳进口宽度增大，小流量区蜗壳中更易产生回流，致使扬程降低，高效区向大流量偏移；增大叶轮出口宽度，可扩大高效范围.分析结果为高温减压塔底泵次级叶轮的优化设计提供了参考，选择C-b组合为最终优选方案.

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泵理论与技术

基于ANSYS的偏心蠕动式转子泵转子强度分析

张生昌, 王宗槐, 邓鸿英, 梁宁

2010, 28(2): 132-135. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.009

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针对偏心蠕动式转子泵液力端的几何结构及运动特性,分析了转子平面蠕动运动过程中的受力以及约束情况,并结合偏心蠕动式转子泵实际设计参数,计算和分析了泵工作过程中的6个工况点的载荷和约束．基于ANSYS有限元软件,建立了转子三维模型,并对其进行了六面体SWEEP网格划分;采用准动态模拟方法对非金属材料的聚甲醛转子强度、刚度进行数值模拟计算,得到了6个工况点中转子应力及变形数据．结果表明,采用聚甲醛材料的转子在泵工作过程中所受最大应力远小于材料许用应力,强度、刚度均满足要求．数值模拟结果为偏心蠕动式转子泵可靠性设计提供了理论依据．

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泵理论与技术

背开式双“S”形叶轮碱泵的设计与试验

宫恩祥, 黄铭科, 张丽, 刘三华, 杨巍

2010, 28(2): 136-139. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.0

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针对碱泵强腐蚀的工作环境和效率较低的问题,提出了背开式双“S”形方形前盖板叶轮碱泵的设计方法.采用加大流量系数法,分析了叶轮各几何参数对泵的通过性能和效率的影响,得出双“S”形叶轮有利于高粘性、易结晶或含少量颗粒的介质通过的结论;采用HS-1镍基合金材料,研究其金相组织为奥氏体,保证了碱泵的耐蚀性能,降低了泵的造价;根据工艺要求,采用单级悬臂结构,提高系统的稳定性.试验结果表明,双“S”形叶轮碱泵扬程-流量曲线平稳,无驼峰,实际扬程52.3 m,流量为4 m3／h,效率为16.18％,满足设计要求,实现了碱泵的国产化,为小流量超低比转速泵用于输送高温、强腐蚀、粘性介质泵的设计提供了设计参考.

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泵理论与技术

基于动网格的活动导叶流道内湍流场数值模拟

黄剑峰，张立翔，王文全，姚激

2010, 28(2): 140-143. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.011

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基于任意拉格朗日欧拉框架下的二维时均N-S方程，应用非结构动网格技术，对某型号混流式水轮机活动导叶单流道内的导水机构关闭过程，进行了动态湍流数值模拟.利用CFD软件Fluent 6.3，采用非结构化三角形网格，标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的PISO算法，真实地模拟了导水机构关闭的动态过程中，活动导叶流道内的压力场和速度场的瞬态变化过程.数值计算结果表明，导水机构两段折线关闭过程中，随着活动导叶开度的减小，流场发展呈现明显的非定常特性，水流绕过活动导叶后出现强的旋涡，对过渡过程的动态特性产生了影响.该方法能有效地模拟由于活动导叶动作诱发的流场脉动.

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泵站工程与给排水

Flowmaster在泵站过渡过程分析中的应用

王福军, 白绵绵, 肖若富

2010, 28(2): 144-148. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.012

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讨论了利用Flowmaster进行泵站水力过渡过程计算的技术要点,给出了管道、泵组、阀门、空气阀等元件的建模过程,研究了Flowmaster所没有提供的隧洞、调压井等元件的建模方法．通过引入压力修正系数,实现了基于管道模型的隧洞建模．通过修改有限面积水库模型,并组合流入流出系数,实现了调压井建模．结合国内某泵站,采用上述模型进行了过渡过程计算,获得了各工况下管道和隧洞水压力变化情况．针对断电工况的倒流和启动工况的负压,探讨了泵后阀门关闭规律和空气阀布置方案,使倒流得以控制,负压得以消除．

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泵站工程与给排水

泵闸结构流场的水力特性149

黄建军, 郑源, 张盾

2010, 28(2): 149-154. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.013

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为了提高泵闸工程工作的稳定性和高效性,采用计算流体动力学方法,以设计参数作为控制条件,运用Fluent软件对某泵闸工程进行了数值模拟计算和分析,并对闸门附近的结构进行了优化.结合河道过流特点,建立了断面有效过流面积率和过流均匀度两个表示过流断面水流流态的公式,并以此作为数值模拟优化的目标函数,对泵闸结构进行了优化.通过数值模拟,分析了引、排水工况下的水流及流场分布规律,分析了实际闸门附近的水流动特性和过流情况,分析了内河侧“S”形转弯对工程水流的影响.通过整体水工模型试验,对改造后的消能设施进行了论证.结果表明,改造后的内外河最大流速均小于0.6～0.8 m／s,且河道的有效过流面积率和过流均匀度均大于0.75.

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泵站工程与给排水

灯泡贯流泵装置内部流动数值模拟

金燕, 刘超, 汤方平

2010, 28(2): 155-159. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.014

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基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、RNG k-ε紊流模型和SIMPLE算法,对一灯泡贯流泵装置模型的内部三维流场进行了全流道数值模拟.对同一转速下流量为20～35 L／s范围内的7个工况点的扬程、轴功率和效率等性能参数进行了预测,分析了泵装置内部速度场的分布.计算结果表明:在最优工况点,泵装置内部水流流态较好,压力分布也比较均匀;而在小流量和大流量工况下,包括灯泡体在内的出水流道内流态紊乱,出现偏流、脱流和旋涡等不良流态.为了验证计算的准确性和可靠性,对该装置模型进行了性能试验,并将数值模拟计算结果与模型试验的数据进行了对比,两者在高效区附近吻合较好,但在小流量和大流量工况下存在偏差.

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节水灌溉工程

畦灌灌水技术参数的多目标模糊优化模型

马娟娟, 孙西欢, 郭向红, 栗岩峰

2010, 28(2): 160-163. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.015

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为了提高畦田灌水质量和高效用水,采用田间水利用系数的数值模拟模型求解田间水利用系数和灌水均匀度,以两者为目标建立了畦灌灌水技术参数的多目标优化数学模型.分析了该优化问题的模糊性,提出了模型的模糊解法.利用所建立的多目标模糊优化模型和计算方法,对试验畦田进行了灌水技术参数的优化计算.根据优化计算所确定的灌水技术参数,即单宽流量和灌水时间,进行田间灌水试验,测定和计算了田间水利用系数和灌水均匀度,并与优化计算的目标值进行了比较.结果表明,实测值与计算目标值有较好的一致性.因此,所提出的灌水技术参数优化模型及解法,可同时满足节水与保证灌水质量的要求.

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节水灌溉工程

基于圈的单水源树状管网优化改进遗传算法

杨建军, 战红, 丁玉成

2010, 28(2): 164-168. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.016

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以投资、运行费用之和最小为目标函数,建立了单水源树状管网优化数学模型.根据完整的树状管网优化需同时对管网布置和管径优化的特点,采用二进制编码和整数编码相结合的双重编码遗传算法对模型进行求解,其中二进制编码表示管网的布置形式,整数编码表示管径.通过整数编码的设计,使管径约束自动得到满足.根据单水源树状管网与图论中生成树的相似性,在二进制编码操作时,采用基于圈的方法产生初始解及进行交叉、变异操作,使初始解和变异操作时生成的均为可行解,交叉操作时满足了生成树的基本条件.通过上述操作,大大降低了不可行解的产生几率,提高了算法的计算效率.优化算例说明了该方法的有效性.

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流体工程

端面规则凹坑造型机械密封综合性能的数值分析

符永宏, 纪敬虎, 华希俊, 杨超君, 毕勤胜

2010, 28(2): 169-173. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.017

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考虑密封端面间液膜的空化现象和流体动、静压效应的相互影响,建立了端面规则凹坑造型机械密封的理论分析模型,利用多重网格法分析了在不同的密封系数下,球缺面凹坑的几何结构参数对端面间液膜开启力、摩擦转矩和液膜刚度的影响.结果表明,密封系数和微凹坑的深径比对密封性能的影响较大,密封系数越大,液膜开启力和刚度越大,存在最优的深径比使液膜开启力和刚度达到最大,且最优的深径比随着密封系数的增大而减小;面积密度对密封性能的影响不明显,存在最优的面积密度使液膜开启力和刚度达到最大,且最优的面积密度不受密封系数的影响.

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流体工程

不同型号的管道车在管道中运移的水力特性

李永业，孙西欢，李飞，王锐

2010, 28(2): 174-178. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.018

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针对传统管道水力输送的不足,提出了一种新型的节能环保运输方式:筒装料管道水力输送.管道车是此种输送方式的核心部件之一.采用理论分析与模型试验相结合的研究方法,对管道车的受力特点进行了分析,并探讨了不同型号的管道车在管道中运移的水力特性.结果表明,管道车的结构形式对其运行速度和输送能耗都有重要影响;型号为150 mm×80 mm的管道车运行速度和输送能耗都最大,型号为100 mm×80 mm的管道车次之,而型号为150 mm×70 mm的管道车最小.研究成果为进一步改进管道车结构提供了借鉴.

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农业工程

我国温室的研究现状与发展趋势

王新坤, 李红

2010, 28(2): 179-184. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2010.02.019

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温室作为设施农业产业中的主体,在解决我国蔬菜供应、增加农民收入、促进农业产业结构调整、提高城乡居民的生活水平等方面发挥着重要作用,具有广阔的市场空间与发展前景.目前我国温室行业在理论研究、调控技术、装备水平及产业规模等方面都取得了突飞猛进的发展,初步形成了具有中国特色的温室产业与技术体系.但在设备配套能力、环境调控与节能技术、机械化与自动化程度、作物栽培与管理等方面的科技含量与技术水平还有待于进一步提高.应加大新技术、新材料、新产品的研究开发与应用力度,加强基础理论与标准体系研究,提高温室设备与技术的系统性、可靠性、配套性和先进性,推动温室产业向高效、低能耗、环保、多功能、智能化、标准化、区域化等方向发展.

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