排灌机械工程学报

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泵理论与技术

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袁寿其, 牛国平, 汤跃, 汤玲迪, 朱相源

2014, 32(7): 553-557. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0187

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液气射流泵扩散管内部流动试验研究

向清江^,, 王超, 吴燕兰, 李红

2014, 32(7): 558-562. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.1035

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采用压力传感器对扩散管壁面压力进行了测量,获得不同工作水压力和不同气液体积流量比时的扩散管增压情况.结果表明:在给定试验尺寸的有机玻璃制作的液气射流泵扩散管中,壁面压力上升的增量范围为2~5 kPa,且存在压力下降然后再上升的现象,因此,对于垂直安装的液气射流泵,需要考虑其尺寸高度产生的静压对扩散管内部流动的影响;扩散管内部流动对液气射流泵的射流混合性能影响较大,其中液气两相混合在喉管内的初始断面位置的变化对扩散管角度的设计有较大影响.采用PIV装置对扩散管内部液相流速分布进行了试验测量,获得2种气液比情况下扩散管轴线速度和断面速度分布,结果表明:轴线速度衰减约20%;扩散管的断面速度分布不均匀,在气液比较小时,出现流动偏向一侧的情况.该扩散管内部流动的研究结果可为液气射流泵应用于曝气、气体吸收等领域提供一定的理论基础.

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喷嘴位置对新型环形射流泵性能的影响

徐茂森^,, 龙新平^,, 杨雪龙^,, 吴伟^,, 王晓川^,, 王雪颖^,

2014, 32(7): 563-566. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.1036

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运用数值模拟的方法,研究在不同被吸流体速度比下,不同喷嘴位置对采用环形射流喷嘴的新型环形射流泵性能的影响,设计了与传统贴壁环形射流喷嘴不同的夹心式环形射流喷嘴,使得工作流体在离开喷嘴后处于被吸流体的包夹之中.对该新型环形射流泵进行性能预测,并与传统环形射流泵进行对比.数值模拟结果表明:新型环形射流泵效率普遍高于传统环形射流泵效率;对于新型环形射流泵,工作喷嘴位置距离壁面8 mm为最优;对于工作喷嘴距离壁面分别为4,6 mm的新型环形射流泵,在流量比为0.4~0.8的范围内,最佳速度比为1/1,而对于工作喷嘴距离壁面8 mm的新型环形射流泵,在流量比为0.4~0.8的范围内,最佳速度比为3/1.

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不同叶片数对离心泵流场诱导振动的影响

周盼, 张权, 率志君, 李玩幽

2014, 32(7): 567-571. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0165

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为了研究离心泵不同叶片数对振动的影响,在保证泵体和叶轮几何参数不变的情况下,将叶轮叶片数分别设计为6和7,从试验与数值计算2个方面就叶片数对离心泵流场诱导振动进行研究.采用RNG k-ε模型分别对2种叶片数的离心泵进行全流道稳态及非稳态数值模拟,分别获得2种叶片数离心泵的稳态速度、压力及非稳态压力脉动特性,对其进行对比分析,并试验测量了2种叶片数下模型泵机脚的振动信号,对振动信号数据进行了处理,从而验证数值计算结果的正确性及改变叶片数所产生的振动影响.结果表明:6叶片的叶轮及蜗室内各个监测点压力脉动较小,机脚振动在轴频下响应较小;叶片数为7时,轴频的二倍频与叶频的低倍频峰值变大,而叶频的高倍频幅值有所降低.结果对建立低振动低噪声离心泵水力设计方法具有重要的参考意义和指导作用.

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地下水源热泵变流量运行方式区域适宜性

王松庆, 张旭, 贺士晶

2014, 32(7): 572-577. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0043

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从地下水源热泵运行“安全性”角度出发,对3个不同气候区典型城市的办公建筑采用地下水源热泵变流量运行方式对含水层参数变化特性的影响进行研究.采用数值模拟研究方法对地下水源热泵在不同运行方式下取水系统井壁处孔隙率和渗透系数的变化特性进行研究,对地下水源热泵运行方式的区域适宜性进行了分析.研究结果表明:在寒冷地区、严寒地区和夏热冬冷地区分别采用地下水源热泵变流量运行方式运行5 a后对含水层孔隙率的影响程度与定流量运行方式相比分别减少了45%,48%和44%,对渗透系数的影响程度分别减少了48%,51%和46%;在考虑气候区对建筑负荷特性影响时,地下水源热泵采用变流量运行方式的区域适宜性由高到低分别为严寒地区、寒冷地区和夏热冬冷地区.

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低比转数泵扬程Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级影响因素排序

何希杰, 张梦, 李学英

2014, 32(7): 578-582. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0166

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为研究低比转数离心泵扬程Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级因素影响的综合排序,利用灰色理论分析了2个Ⅰ级因素(叶轮参数IP与蜗室参数VP)、4个Ⅱ级因素(叶轮进口参数IIP,叶轮出口参数IOP,蜗室平面参数VPP与蜗室断面参数VSP)和14个Ⅲ级因素(如叶轮进口直径D0,出口直径D2,基圆直径D3等几何参数)对扬程H的综合影响.通过大量计算,得到了Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级因素的综合影响排序.计算结果表明:在Ⅰ级因素中,IP对H影响最大,VP最小;在Ⅱ级因素中, IOP对H影响最大,VSP最小,而IIP与VPP介于前两者之间;Ⅲ级几何参数对H影响顺序,在IOP中为D2β2Zb2,在IIP中为β1D0b1,在VPP中为D3α s,在VSP 中为b3b4hF_Ⅶ;首次提出了离心泵扬程Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级影响因素及其Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级灰色关联度计算公式的新概念、新思路和新方法.结果对离心泵的研究设计以及现有产品改造提供了重要理论基础.

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泵理论与技术

超大流量轴流潜水泵叶轮设计与优化

吴淳杰^,, 邴智刚, 程力, 陈佳静, 王乐勤, 翟松茂

2014, 32(7): 583-587. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.12.1240

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基于升力法对超大流量轴流潜水电泵叶轮进行水力设计,采用计算流体动力学方法对超大流量轴流潜水电泵装置进行全流道数值模拟和性能预测,并对该水力模型进行优化,同时通过试验对计算结果进行验证.分析结果表明:原设计模型在叶轮压力面进口处存在较明显的局部高压区,吸力面进口附近存在明显低压带和局部高涡量区域,消耗较大的能量,是导致叶轮效率低的主要原因之一;通过调整叶片进口角度和叶轮转速2个参数进行模型优化设计,优化后模型叶片压力面的静压分布较均匀,吸力面低压区域相对较小且涡量分布均匀;优化设计明显改善了叶片表面的压力分布和空化性能,同时提高了机组的水力效率;优化后的水力模型性能预测结果与实验结果吻合较好,数值预测结果能够较为准确地反映轴流泵系统的水力性能.研究结果为该类泵水力模型优化和性能改进提供了参考.

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欧盟27国小水电的发展对我国的战略思考

方玉建, 张金凤^,, 袁寿其

2014, 32(7): 588-599. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0235

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详细介绍和分析了欧盟27国发展小水电的现状和战略规划、欧盟可再生能源和分布式能源的结构比例,以及欧洲小水电协会系统推进小水电发展所起的作用.根据国家水利部颁发的《“十二五”全国水电新农村电气化规划》,介绍和分析了我国小水电的发展现状和战略规划;对我国发展小型和微型水电中存在的突出问题进行了详细的分析,例如:小水电的权责不清晰;小水电站数量多和管理难;小水电开发产业的延续性差和未来趋势不清晰;小水电设备的制造企业面临的问题,例如技术水平低、技术储备不足、科研投入少和科研能力差、管理程度浅等;小水电站年利用小时数偏低和径流式电站的问题.提出了5点建议:明晰小水电的权责关系,规范小水电的开发和经营;建立小流域发展综合管理委员会,采取“电站群”的管理方式;把握我国和国际市场的小水电发展趋势,把小水电产业做大做强并保持可持续发展;提出了从“一个科研中心、两个方向”出发,提升小水电设备制造企业技术水平低的思路;提高小水电站年满发小时数即设备的利用率,增加小水电的发电效益.

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水利水电工程

水动冷却塔直驱混流式水轮机转轮数值模拟优化

陈洋, 周大庆, 李玲玉, 陈世凡

2014, 32(7): 600-605. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0001

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针对比转数仅有54的水动冷却塔直驱混流式水轮机,选取影响水轮机转轮效率的6个重要水力参数β_{1,β_{2,b_{0/D_{1,Φ/D_{1,Z,a/D_{1,每个因素取2个水平,设计L_{8(2⁷)正交表,生成8个设计方案.通过CFD软件分别对8个方案的水轮机进行全流道数值模拟,采用理论分析和CFD技术分析转轮水力损失特性,对比其结果、优化转轮参数,再将优化后方案进行数值模拟和外特性试验,对比得到的结果,表明使用正交化方法结合CFD技术可在较少的试验方案下有效地改进水轮机叶轮水力性能,达到水轮机优化设计的目的.在设计流量点Q为5 000 t/h处,优化后的模型转轮输出功率为156.57 kW,水轮机效率达到86.51%;数值模拟效率比试验效率低0.11%,实测结果的基本趋势与数值模拟结果相一致.}}}}}}}

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流体工程

潜水搅拌机内部压力脉动特性分析

田飞, 施卫东, 卢熙宁, 张德胜, 郎涛

2014, 32(7): 606-610. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.1028

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为深入研究由叶轮内压力脉动引起的潜水搅拌机振动的内部流场特性,利用大型计算流体软件Fluent 6.3和大型网格专用软件Gambit,采用RNG k-ε湍流模型和 PISO算法和滑移网格技术与刚盖假定方法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理水池三维非定常湍流流场进行了数值模拟,在研究了叶轮区域及水池内流体流场特性基础上,分析了潜水搅拌机内部压力脉动特性研究.研究结果表明:潜水搅拌机搅拌叶轮内部以及叶轮附近的流体具有很明显的周期流动变化,高压低速区和低压高速区均随着叶轮的旋转而发生周期转动.叶轮进出口以及内部的压力脉动频率以叶轮转频为主.研究结果可为潜水搅拌机的实际工程应用提供参考.

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流体工程

不同雷诺数下混流式水轮机密封间隙通道内流动特征分析

王文全, 尹锐, 闫妍

2014, 32(7): 611-616. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0221

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针对水轮机密封间隙流道空间尺度相差较大,为实现对间隙流道的整体精确计算,文中采用分步投影法,求解间隙流道内不可压缩的Navier-Stokes方程.为更好地捕捉到间隙通道内的涡结构特征,对梳齿密封间隙采用六面体网格划分,在壁面边界处进行网格加密.扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用Quick迎风差分格式.通过数值求解得到不同流动雷诺数下间隙流道内速度、压力及涡量的分布规律,同时得到顶盖压力、间隙流道产生的轴向推力和转轴力矩.计算结果表明:流体从间隙进入梳齿空腔后,形成典型的旋涡耗能结构而耗散部分动能,对降压节流起到主要作用,同时,雷诺数对腔体内的旋涡形态影响较大.计算结果有助于理解不同流动雷诺数下水轮机密封间隙渗漏流道内复杂流动的真实物理机理以及密封间隙对轴系结构动力学特性的影响.

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农业水土工程

地下水埋深对玉米生长发育及水分利用的影响

刘战东, 刘祖贵, 俞建河, 南纪琴, 秦安振, 肖俊夫

2014, 32(7): 617-624. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0157

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为研究地下水埋深对作物的生长发育及水分利用的影响,选择具有代表性的夏玉米为研究对象,借助地中渗透仪,通过人工控制设置不同地下水埋深(分别设置0.2,0.4,0.6,0.8,1.0和1.2 m),探讨地下水埋深对不同生育期夏玉米的形态指标、产量、耗水量及地下水补给量的影响,分析不同地下水埋深条件下水分利用率差异.结果表明:地下水埋深对玉米株高的影响不具有统计学意义,而地下水埋深过浅或过深均会明显抑制植株叶面积指数和茎粗的增长(P<0.05),地下水埋深0.4 m时叶面积指数和茎粗最大.随作物生育进程,根系数量和根系干质量随地下水埋深增大,先减小后增大.玉米灌浆前,单株根系伤流量随地下水埋深增大而增大,而灌浆前后则无显著影响.地下水位埋深过深或过浅均影响穗长、秃尖长、穗粒数、百粒质量及经济产量.分析表明,0.53 m为当地玉米产量最优地下水位埋深.玉米生长期内0~80 cm土层土壤含水量随着地下水埋深增大而降低,同一地下水埋深处理玉米生育期内土壤含水量变化幅度较小.夏玉米全生育期耗水量、阶段耗水量及耗水强度随地下水位埋深增大而直线减少,回归方程在P<0.01水平下具有统计学意义;同样夏玉米全生育期地下水补给量、阶段地下水补给量及地下水补给强度随地下水位埋深增大而直线减少,回归方程在P<0.01水平下也具有统计学意义.玉米水分利用率随地下水埋深增大而增大,地下水埋深1.2 m处理水分利用率最高.研究成果对江淮丘陵区地下水资源利用及评价、玉米高产高效灌溉制度的制订具有实际意义.

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农业水土工程

平移式喷灌机行走速度及喷灌均匀度试验研究

张以升^,, 朱德兰^,, 张林, 巩兴晖^,

2014, 32(7): 625-630. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0160

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为研究低压喷灌下喷灌机行走速度合理取值以及喷灌均匀度对土壤含水率均匀度的影响,以自行研制的轻小型平移式喷灌机为研究对象,通过室内单喷头试验和田间喷灌试验,探究了特定灌水定额下喷灌机的工作压力与行走速度关系,并对其水量分布、喷灌均匀度以及土壤含水率均匀度随时间变化进行了分析.结果表明:通过确定灌水定额能够计算出平移式喷灌机的行走速度和工作压力:当灌水定额分别为10,15,20 mm时,40~120 kPa喷灌压力下喷灌机行走速度最小为17.27 m/h,最大为58.65 m/h;增大喷灌压力能小范围提高均匀度,40 kPa工作压力均匀度为0.696,60~120 kPa喷灌压力下均匀度变化范围为0.731~0.788,喷灌水在土壤中的二次分布均匀度明显高于地表喷灌均匀度,40 kPa喷灌压力下喷后6 h土壤含水率均匀度达到0.906,24 h后达到0.953,可相应降低喷灌均匀度设计值以降低运行成本,节约能耗.

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农业水土工程

基于连续蚁群优化的投影寻踪灌区评价模型

费良军, 孙洁^,, 任长江, 谢芳

2014, 32(7): 631-636. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0146

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针对连续蚁群算法(CACA)中模型参数必须限定在［0,1］区间,以及不能搜索到节点之间可能存在的最佳函数值的缺点,对其做出2点改进:(1) 修改蚂蚁路径解码公式,将参数域扩展到整个实数域;(2) 将蚂蚁寻优路径二维表T(m×d+m+1,10)改为三维搜索表T(m,d+2,10),比二维表减少了10×m-10个节点城市.得到改进的连续蚁群算法所需的节点少,减少了无效搜索路径,大大提高了运行速度和精度;引入到投影寻踪模型中,得到各指标的权重值,并以陕西关中交口抽渭灌区为例进行了实证研究.评价结果显示:交口抽渭灌区在1999,2005,2008,2011年的综合投影值分别为1.353 1,2.074 7,2.502 2,2.403 9,运行状况所属级别为中等、中等、较好、较好.2011年的运行状况较之前的发展趋势有所下降,评价结果与灌区实际情况相符.

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农业水土工程

基于无线传感器网络的葡萄栽培环境监测系统

李建奇, 孔玲爽, 王辅文, 李晓峰, 曹斌芳

2014, 32(7): 637-644. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0002

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为了实现对南方地区设施葡萄关键环境参数的监控,降低农艺人员劳动强度,提出一种结合分层结构的WSN网络和Wi-Fi技术的葡萄栽培监测系统.采用CC2530无线发射芯片为核心构造了采集节点,进行了相应的软硬件设计,完成对空气温湿度、土壤温湿度等参数的实时采集.为了解决节点定位的问题,结合葡萄栽培要求,采用了基于虚拟单元格的网络结构,优化了单元格簇头选举机制,结合分层方法完成多跳传输,并采用了自动重传纠错机制.与典型LEACH-C算法相比,改进算法的网络节点死亡率降低约23%.结合多点接入的Wi-Fi技术扩展了系统监控范围,上位机监测系统操作直观,能实时监测葡萄生长过程中参数变化情况,并根据专家经验库自动报警和指示操作.系统运行稳定可靠,能较好地满足种植管理的需要.

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