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• 2015年, 33卷, 第10期
  刊出日期：2015-10-25

    

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  导叶与隔舌相对位置对离心泵非定常压力脉动影响的数值模拟

  朱相源, 江伟, 李国君, 刘鹏飞

  2015, 33(10): 829-834. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0075

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  导叶叶片出口边与蜗壳隔舌的相对安放位置对单级离心泵水力性能影响较大,该问题在设计和安装过程中容易被忽略.为了研究时序效应对离心泵运行时非定常压力脉动的影响,首先通过试验测得离心泵外特性曲线,然后采用雷诺时均法对离心泵内部流场进行数值模拟,并将模拟结果与试验进行对比.结果表明,模拟值与试验值契合度较高.模拟结果显示时序效应对离心泵非定常压力脉动影响较大.当安放角度ψ为25°和41°时,叶轮及扩压器内部压力脉动较小,蜗壳内部压力脉动较大;当安放角度ψ为5°和59°时,蜗壳内部压力脉动较大,叶轮及导叶内部压力脉动较小.研究结果对导叶安装有一定借鉴价值.
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  离心泵作透平壳体模态分析

  代翠, 柏宇星, 董亮, 孔繁余, 夏斌

  2015, 33(10): 835-839. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0060

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  离心泵反转作透平是一种回收液体余压能的理想方法,泵壳的模态分析对泵作透平的振动性能至关重要.为了掌握泵作透平下,壳体模态对振动激发噪声辐射规律的影响,验证泵壳有限元模型的准确性,针对离心泵泵壳结构特点设计并搭建了模态试验台,采用捶击法对泵壳进行了试验模态分析,对离心泵壳体进行三维建模与有限元分析,进行试验与数值分析结果的对比.结果表明:壳体各阶模态均为独立模态,且相互正交,可认为试验模态识别精度得到检验,试验模态结果具有较高的可信度.建立的有限元模型能够较好地反映实际结构的动态特性,可用于基于模态求解的振动辐射噪声特性分析.
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  多级中开式离心泵级间过水流道的流场分析

  丛小青, 张啸, 袁丹青, 葛嘉军

  2015, 33(10): 840-845. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0163

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  为了研究多级中开式离心泵级间过水流道的流速、静压及湍动能的分布规律,在设计工况下对多级中开式离心泵级间过水流道进行数值模拟计算.针对导流叶片附近产生的回流及旋涡现象,在原始设计的基础上,通过改变导流叶片的形状及位置,提出3种不同的改进方案.分别对改进方案进行数值模拟计算,分析了3种方案流场的变化并通过积分计算出4种不同级间过水流道的能量损失值,对比分析后确定方案二为最佳方案,并通过试验验证数值模拟计算的准确性.研究结果表明,流体沿级间过水流道流动,在过桥末段的导流叶片处产生回流及旋涡,造成一定的能量损失,从而影响离心泵的性能;可以通过改变前端进口角、后端出口角以达到提高多级中开式离心泵整体性能和效率的目的.
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  分流叶片对离心泵空化性能影响的数值分析

  张云蕾, 袁寿其, 张金凤, 冯耀宁, 冒杰云

  2015, 33(10): 846-852. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0142

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  为了研究分流叶片对离心泵空化性能的影响规律,以模型泵IS50-32-160为研究对象,设计了1种不带分流叶片与3种带分流叶片不同短叶片进口直径的叶轮,利用CFD对此离心泵的全流道进行了数值模拟,并对分流叶片离心泵在不同空化余量时泵的空化性能和叶轮内部流场分布进行分析研究.分析结果表明:添置分流叶片后,泵的扬程和效率均显著提高,但短叶片的长短对扬程和效率的影响不大;添置分流叶片后,泵的抗空化性能均有提高,且当离心泵短叶片进口直径为0.725D₂时,离心泵的抗空化性能相对较好,必须空化余量比其他2个带分流叶片方案减小了0.5 m;空化发生以后,叶轮出口射流速度会增加损失,同时叶轮内部速度的减小又会减少叶轮产生的动能,因而扬程会发生突降;带分流叶片的方案气泡分布情况比无分流叶片方案均有一定的改善,添置分流叶片后,气泡发展较为缓慢.
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  多级离心泵新型空间导叶设计及优化分析

  袁丹青, 韩泳涛, 丛小青, 石荣

  2015, 33(10): 853-858. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0180

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  为提高多级离心泵性能设计了一种新型导叶,借鉴扭曲离心叶轮和流道式导叶的设计方法,通过固定内缘型线和外缘型线生成导叶三维扭曲导流叶片.该导叶正、反导叶光滑连接形成新的空间扭曲叶片,把导叶分割成几个独立的连续变化的流道,有助于减小导叶水力损失.针对一种海水淡化高压多级离心泵,设计了多组新型导叶方案,利用CFD 软件计算分析,探究了新型空间导叶的设计规律.通过对不同方案性能对比分析,获得了优化的导叶模型,并做了样机试验,该模型具有较好的水力性能,在设计工况点效率达到85.68%,满足设计要求,验证了该设计方法的可行性.该设计方法将有利于多级离心泵的节能,同时也为导叶开发提供了有益的参考.
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  河道型水库立面二维水温结构数值模拟

  戴凌全^,, 戴会超^,, 毛劲乔, 蒋定国

  2015, 33(10): 859-865. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0185

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  针对河道型水库运行后库区水温结构的改变,及其对库区和下泄水温过程造成的影响,在充分考虑入库流量及水温、气温、太阳辐射、水库调度等影响因素的基础上,建立了河道型水库立面二维水温数学模型,并对模型主要参数进行了率定.以典型的河道型水库——三峡水库为例,预测了水库在平水年和特枯年份下库区立面二维及下泄水流水温分布规律.结果表明:三峡水库水温在春、夏季纵向上差异显著,传统的垂向一维模型难以准确反映库区水温纵向分布特征;不同典型年春季在部分区域水温易出现弱分层现象,平水年垂向最大温差约为8.14 ℃,而特枯年份最大温差可达8.82 ℃,但持续时间短,难以形成稳定的分层结构;不同典型年春季温差较大的区域基本上出现在100.0 m以下水体,而春季三峡水库主要经由机组过流,电站取水口中心高程为130.0 m,可以认为在三峡水库对下泄水流水温不会产生明显的影响,研究结果可为三峡水库生态环境管理提供科学依据.
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  水泵水轮机运行中的若干典型过渡过程

  刘凯华, 张宇宁, 冼海珍

  2015, 33(10): 866-873. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0026

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  为了深入研究水泵水轮机不良过渡过程对机组产生的不利影响及其相应的改善措施,综述了水泵水轮机特性曲线的特有性质和重要的典型过渡过程的研究进展.详细说明了水泵水轮机过渡过程中的迟滞现象,发现水泵水轮机的运行工况点不仅与系统的当前输入有关,而且与系统过去的历史有关,因此在特定区域内水泵水轮机在同一转速时对应的流量并不相同,从而导致水泵水轮机机组的水头下降、效率降低、机组振动和产生噪声.综述了迟滞现象产生的条件,转速的影响以及改变转轮叶片进口角和叶片后掠角等改善措施;转轴应力测量的试验研究进展以及转轮叶片和导叶间的动静干涉对动态应力测量信号分析的影响,给出了相关现象的主要特征和影响因素;针对水轮机启动时的空载不稳定现象和导叶关闭时的不稳定现象可采取的改善措施,并比较了各种方法的优越性和弊端.
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  实际气体效应对螺旋槽干气密封性能影响的数值分析

  宋鹏云, 产文, 毛文元, 焦凤

  2015, 33(10): 874-881. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0059

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  在干气密封的研究和设计过程中,一般将密封气体按理想气体处理.但在高压情况下,某些气体的实际效应明显偏离理想气体.以工业上常见的空气、CO₂(二氧化碳)、H₂(氢气)和N₂(氮气)为例,针对广泛使用的螺旋槽干气密封,利用CFD商业软件的三维数值模拟功能,考虑实际气体效应,并同时考虑了气体流经密封环端面时温度发生变化的情况,得到了实际气体效应对干气密封开启力和泄漏率等密封性能的影响规律.结果表明:在压力不超过4.6 MPa研究范围内,空气、N₂实际气体与理想气体的密封性能基本相同,而CO₂实际气体的开启力和泄漏率大于理想气体结果,H₂实际气体开启力和泄漏率则略微小于理想气体结果.实际气体效应对干气密封的泄漏率影响较大,对开启力的影响不大.
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  基于ANSYS Workbench的风扇流场数值仿真

  陈慧敏, 赵广银, 束长东, 胡山凤

  2015, 33(10): 882-886. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0017

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  针对通用型风扇Z-490的特点,利用ANSYS Workbench 13.0软件建立风扇RNG k-ε模型,将风扇流场建模、流场计算和结果后处理集成在同一平台中进行.计算了风扇的静压、功率、效率和流量,分析了静压、功率、效率与流量的关系,并与风筒试验结果进行对比,验证所建立仿真模型用于风扇流场仿真的可行性.通过对风扇叶尖附近流场的研究,分析了叶尖附近产生回流及风扇效率低下的原因.通过比较无旋转环和有旋转环风扇的静压和效率,研究不同因素对风扇性能的影响.结果表明:安装旋转环可以增大风扇静压,提高风扇效率.旋转环宽度为40 mm时能获得更好的风扇性能.研究结果为风扇的设计与制造提供了一定的理论依据.
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  地下水位调控对冬小麦排水中氮磷浓度的影响

  徐翠兰, 孙振海, 孟佳佳

  2015, 33(10): 887-894. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0166

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  为了寻找减少氮磷流失的最优控水方式,采用田间试验研究不同地下水位控制对冬小麦地氮磷流失的影响.研究结果表明,不同控水方式对冬小麦地排水中氮磷浓度影响明显.经地下水位控制,冬小麦各生育期地下排水中的氨态氮(NH⁺₄-N)质量浓度降低,而硝态氮(NO^-₃-N)质量浓度则有所增加;拔节孕穗期保持水位100 mm处理排水总磷(TP)质量浓度增加,抽穗开花期排水TP质量浓度降低;拔节孕穗期保持水位-200 mm处理TP质量浓度降低,抽穗开花期则有所增加.冬小麦地土壤速效氮质量比在拔节孕穗期有所减少,抽穗开花期保持高水位有利于速效氮质量比降低,拔节孕穗期土壤中的速效磷质量比都有一定幅度的降低,抽穗开花期保持高水位有利于速效磷质量比降低,在水位较低的情况下,控水时间越长,速效磷质量比越大.
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  基于改进熵权-G1-博弈论法的灌区运行状况综合评价

  费良军, 王锦辉, 王光社, 冯缠利, 李坤

  2015, 33(10): 895-900. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0199

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  为了体现各指标对灌区评估的重要性,对各指标赋予不同的权重来体现其重要性的差别,而且综合评价结果的准确性也取决于指标权重赋值的合理性.运用G1法对评估指标进行主观赋权,采用改进熵权法对指标进行客观赋权,这样既满足所得权重的客观性,也能保证评估结果具有一定的解释性,然后采用博弈论的综合赋权法综合主观和客观权重,从而得到各指标的综合权重.运用确定的综合权重以改进线性模型对陕西省大型自流渠灌区洛惠渠进行实例验证,计算结果与可拓评价法结果基本一致,随着时间的推移,洛惠渠灌区评价级别从中等逐渐变为良好,运行状况越来越好,这符合洛惠渠灌区的发展实际.
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  过滤后黄河水对滴灌系统的影响

  孙贯芳, 于健, 杜斌, 屈忠义, 史吉刚, 张瑞喜

  2015, 33(10): 901-907. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0095

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  为探明黄河水经孔径为0.05 mm(300目)过滤器过滤后进行滴灌的可能性,模拟大田滴灌研究了黄河水滴灌条件下4种滴灌带(Nf0.72,Nf1.60,Nf2.20,Dy1.38)不同位置流量变化规律,滴灌系统平均相对流量Q_r与流量变异系数C_v、系统均匀度C_u变化规律及相关关系.结果表明:黄河水对滴头的堵塞早期呈快速发育状态,不同类型引黄滴灌系统平均相对流量随灌水次数的增加呈平缓下降—快速下降—平缓下降的规律,均在相对流量75%附近快速下降;滴头流量变异系数在系统运行初期线性增大,之后平缓变化,且与系统平均相对流量具有很好的线性关系(p<0.001);当系统平均相对流量Q_r大于75%时,滴灌系统克里斯琴森均匀度系数C_u与Ln Q_r呈线性关系(R²=0.790 9),因此,引黄滴灌系统可通过系统平均相对流量Q_r来判断系统均匀度C_u,以方便及时快速了解系统堵塞状况,以便对其运行管理进行决策.
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  基于LPM的摇臂式喷头水滴分布试验研究

  朱兴业^,, 刘兴发, 刘俊萍, 蒋建园, 田坤

  2015, 33(10): 908-914. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0149

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  为了研究旋转式喷头水滴直径、速度及动能的分布规律,采用激光雨滴谱仪(Laser Precipitation Monitor,LPM)对3026B型摇臂式喷头分别在0.15,0.20,0.25,0.30,0.35 MPa这5种工作压力下进行了室内无风水滴分布试验,并根据最小二乘法原理建立了水滴分布数学模型.试验结果表明:3026B型摇臂式喷头的喷洒水滴直径与喷头距离之间总体上呈指数函数分布;直径在1~3 mm的水滴在5种压力下占整个喷洒区域的频率分别为56.80%,64.35%,72.14%,61.72%,40.17%;距喷头不同距离的水滴累积频率曲线斜率随着压力的增加逐渐减小;水滴速度与直径呈对数函数分布;水滴动能与喷头距离呈指数函数分布,其相关系数在0.8以上.压力对近处水滴直径、速度及动能的分布规律影响较小,对远处的影响较大.
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  滚移式喷灌机关键部件的设计与试验

  王艳花, 孙培灵, 孙文峰, 王腾, 种保中

  2015, 33(10): 915-920. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0054

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  针对节水灌溉技术中存在自主研发能力弱、技术性能低、设备可靠性差、经济成本过高等问题,设计研制出一种节省材料、降低油耗、工作可靠、喷灌均匀度高的滚移式喷灌机.根据输水支管受力特点,通过Matlab对支管壁厚进行优化设计,优化出3种不同壁厚的输水支管,不仅能够节省材料,降低油耗,还能增加机组爬坡能力.对滚移式喷灌机的自动泄水阀进行了结构设计,计算并确定结构参数,利用ANSYS CFX进行模拟仿真试验.田间性能试验结果表明,该滚移式喷灌机各项指标都满足要求,喷灌机向前移动时支管产生的最大挠度为2.7 m,喷灌均匀度为92.45%,喷灌强度为12.59 mm/h.该研究为滚移式喷灌机的进一步发展提供参考.