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• 2015年, 33卷, 第12期
  刊出日期：2015-12-25

    

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  泵理论与技术
  
  

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  离心式泥泵过流部件的磨损特性

  彭光杰, 王正伟, 付硕硕

  2015, 33(12): 1013-1018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0161

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  基于固液两相流理论,应用欧拉-拉格朗日法模拟了离心式泥泵不同流量及泥沙浓度下的定常固液两相流场,应用FINNIE预估模型进行了磨损特性计算,着重研究了泥泵叶轮、压水室表面的磨损规律.研究结果表明,随着泥沙浓度增大,泥泵的叶轮、压水室表面的磨损率相对值相应增大;压水室表面的磨损率相对值在小流量的值较高;叶轮的磨损率相对值的最大值出现在小流量区域;压水室表面的磨损率相对值比叶轮表面要高;泥泵在高效区运行,泥泵过流部件的磨损率相对值较低.
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  离心泵轴向力计算方法研究与试验验证

  刘在伦^,, 曾继来, 邵安灿, 吴新瑞

  2015, 33(12): 1019-1025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0037

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  准确计算平衡腔液体压力是开平衡孔双密封环叶轮离心泵轴向力计算的关键技术.在设计工况下平衡腔液体压力数学模型计算中,引入了泵腔液体压力损失修正系数,解决了有液体泄漏时泵腔进口与后密封环进口液体压力差的计算问题.以降速后的IS80-50-315型离心泵为例,采用改变叶轮平衡孔直径和后密封环间隙来改变比面积的方法,研究了设计工况下平衡腔液体压力数学模型和轴向力的特性.研究结果表明,设计工况下平衡腔液体压力数学模型特性曲线,可以解决轴向力计算中平衡腔区域叶轮后盖板液体压力差计算这一关键问题;平衡腔液体压力是由平衡孔和后密封环构成的2道“闸阀”协联调节的结果,从控制轴向力角度,可通过轴向力特性曲线寻求叶轮平衡孔直径与后密封环间隙的最佳比值.用2个测试实例,验证了应用设计工况下平衡腔液体压力数学模型计算轴向力的可靠性.
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  潜水轴流泵结构动应力分析

  张琳, 施卫东, 张德胜, 张俊杰, 郭艳磊

  2015, 33(12): 1026-1032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0021

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  采用CFX 和Workbench软件在多工况下对潜水轴流泵的转子部件进行耦合计算,分析了转子部件在流体作用力、离心力以及重力作用下的应力、应变的分布规律,指出转子部件由于变形过大以及强度不足而引发失效事故的可能性.结果表明:轮毂受到的轴向力方向与叶轮受到的轴向力相反,且其受到的轴向力随着流量的增大而增大,在大流量情况下,轮毂可起到平衡轴向力的作用.从径向、轴向和周向变形可以看出,径向变形极小,周向变形最大,是叶轮的主变形,说明了扭矩在整个变形中占据了主要作用.叶片背面的压力值明显低于工作面,在叶片工作面靠近进口侧轮毂处附近区域出现较高应力区,会产生应力集中现象,且随着流量的增大,主应力减小.对水泵进行静力结构分析、强度校核,不仅可以降低事故的发生率,而且可以为轴流泵的水力优化设计提供有力的参考.
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  叶片厚度对低比转数离心泵性能的影响

  赵伟国^,, 刘明, 刘宜, 盛建萍, 宋启策

  2015, 33(12): 1033-1037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.1005

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  为了研究叶片厚度对低比转数离心泵性能的影响,选取一比转数为48的离心泵为研究对象.在离心泵其他几何参数给定的条件下,通过改变圆柱形叶片厚度,构造了5种不同叶片厚度的叶轮.基于标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法,在6种不同工况下分别对其进行全流场数值模拟,对比分析了叶片厚度对泵的外特性及内部流场的影响,得出了叶片厚度对泵水力性能的影响规律.结果表明:叶片厚度在一定范围内,随着叶片厚度的增大,泵的最优工况点向小流量偏移,最高效率略有提高;同时随着叶片厚度的增加,泵在设计工况下运行时的湍动能损失不断增大;在满足叶片结构强度的前提下,选取合理的叶片厚度,可确保离心泵具有较好的水力性能.
泵理论与技术
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  泵理论与技术

  水泵水轮机转轮区域脉动特性分析

  李仁年, 谭海燕, 李琪飞, 聂国奎, 刘超

  2015, 33(12): 1038-1043. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0213

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  为了揭示水泵水轮机转轮区域压力脉动特性,选取模型水泵水轮机为对象.基于Realizable k-ε湍流模型,对模型水泵水轮机不同运行工况进行三维非定常数值计算,研究水泵水轮机在不同水头下带部分负荷时转轮区域的脉动特性.研究结果表明:30%负荷情况下,随着水头的增加转轮区压力脉动逐渐剧烈;在1个周期内,转轮上冠的压力脉动在时域特性上呈现周期性变化,而转轮出口轴线和与尾水管交界面处压力脉动在时域上相对紊乱;转轮上冠处压力脉动从进口边到出口边逐渐增大,其主频都为叶频,转轮出口边轴线上压力脉动都属于低频脉动,沿着负Z轴方向压力脉动幅值逐渐减小,转轮与尾水管交界面上压力脉动主频随着水头的增加逐渐减小,幅值的变化规律却相反.
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  线性递减权重粒子群优化投影寻踪模型及应用

  董丽丽, 于苗, 徐淑琴

  2015, 33(12): 1044-1048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0112

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  针对粒子群算法局部搜索能力较弱和存在早熟收敛的问题,为了有效地控制粒子群算法的全局搜索和局部搜索,提出了将线性递减权重引入到粒子群优化算法中.该算法是从随机解出发,通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优解,增加了粒子群算法的局部搜索能力.将其算法优化投影寻踪模型,以此构建了线性递减权重粒子群优化投影寻踪模型,将该模型应用到土坝护坡模式优化评价中,选取9个指标作为评判因子,提出适合该地区的土坝护坡优化模式.结果表明:线性递减权重粒子群优化投影寻踪模型可以有效地找到最佳投影方向,计算投影值,根据投影指标值的大小可对方案进行优选.利用该模型对土坝护坡模式进行综合评价是切实可行的.该算法以其实现容易、精度高、收敛快等优点,并且在解决实际问题中展示的优越性,在工程优化领域具有广泛的应用前景.
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  螺旋槽干气密封端面非平行间隙压力分布的近似解析计算

  宋鹏云, 李英, 马爱琳

  2015, 33(12): 1049-1055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0081

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  为了研究变形后螺旋槽干气密封的气膜压力分布情况,基于MUIJDERMAN的螺旋槽窄槽理论,给出了螺旋槽干气密封端面非平行间隙气膜力的1种近似解析计算方法,并结合具体算例,与平行间隙情况进行了对比.结果表明,与平行间隙情况相比,在密封面的区域内存在某一半径R处,变形前后的气膜压力保持不变.当密封端面间形成发散型(“A字形”)间隙时,在r小于R区域,气膜压力降低,而在r大于R区域,气膜压力增大.随着偏转角θ的增大,最小膜厚减小,泄漏量增大;当形成收敛型(“V字形”)间隙时,在r小于R区域,气膜压力增大,而在r大于R区域,气膜压力降低.随着偏转角θ的增大,最小膜厚和泄漏量均先减小而后增大.
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  基于规范正交多项式的分压节流阀口节流特性

  袁士豪

  2015, 33(12): 1056-1061. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0129

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  基于U型节流阀口节流长度L、节流深度H和节流半径R的正交因素水平组,建立了包含16组节流特性数据的节流阀口节流特性评价指标数组,并在此基础上利用规范正交拟合处理这16组节流特性评价指标,由此得到了包含节流阀口结构参数的节流特性拟合计算公式,将利用拟合公式得到的节流特性指标数值与理论计算值相比较,发现它们之间的误差不大于1%.通过拟合得到的节流特性指标计算公式,可以明确U型节流阀口的结构参数对节流性能的定量影响特性,由此得到了使U型节流阀口节流特性优化的阀口结构,与初始阀口的节流特性评价指标相比较,发现优化后阀口的节流特性评价指标从量值上均得到了改善.利用阀口流量试验装置间接佐证了理论分析结果.根据流量的试验结果,也说明了优化后阀口结构的节流特性得到了改善.
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  番茄果实不同发育阶段水分亏缺对其风味品质的影响

  杨器, 胡田田, 刘亭亭, 刘杰, 冯璞玉

  2015, 33(12): 1062-1068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0032

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  对番茄果实膨大期和成熟期各设充分供水、中度和重度亏水3个水平,进行盆栽试验,分析了膨大期和成熟期亏水水平及其交互作用对番茄可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比的影响.结果表明:果实膨大期、成熟期亏水水平及其交互作用对番茄可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比有显著影响(膨大期亏水对可溶性糖含量影响除外);成熟期中度亏水时,膨大期中度亏水较充分供水使可滴定酸和可溶性固形物含量显著提高,增幅分别为57.8%和29.4%,糖酸比显著降低,降幅为46.6%;膨大期重度亏水时,成熟期重度亏水较充分供水使可溶性糖、可溶性固形物和糖酸比依次减小49.3%,33.9%和75.0%,而使可滴定酸含量增加129.7%;果实发育阶段持续重度亏水较充分供水使可溶性糖、可溶性固形物含量和糖酸比分别减小16.5%,16.0%和36.5%.表明番茄果实膨大期和成熟期的水分供应均会对其风味品质产生显著影响,而且,各时期单独亏水的效应与其他时期的水分供应有密切关系;两时期适度亏水可显著改善番茄果实风味品质,膨大期到成熟期持续重度亏水反而不利于其风味品质的提高,只是获得了较高的酸度.
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  新疆滴灌施肥棉花生长和产量的水肥耦合效应

  李志军^,,, 王海东^,,, 张富仓^,,, 吴立峰^,,, 王钊^,,, 周建伟

  2015, 33(12): 1069-1077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0192

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  在新疆石河子棉花种植区,研究了滴灌施肥棉花生长和产量的水肥耦合效应.试验设置3个灌水水平和5个NPK施肥水平.结果表明,滴灌施肥条件下,灌水量对株高、有效铃数、百铃质量、籽棉产量、水分利用效率和灌溉水利用效率影响均在0.05水平下具有统计学意义,对和叶面积指数的影响在0.01水平下具有统计学意义,其变化随着灌水量的增加而增加;施肥对株高、叶面积指数、有效铃数、百铃质量和籽棉产量影响在0.01水平下具有统计学意义,水肥交互作用对单株有效铃数、百铃质量和籽棉产量影响在0.01水平下具有统计学意义.施肥过高对作物生长有一定的抑制作用.灌水量为60%ET_c,施肥量为300 kg/hm²∶120 kg/hm²∶60 kg/hm²(ω_N∶ω_P2O5∶ω_K2O)时氮、磷、钾的利用效率均最高,灌水量为100%ET_c,施肥量为150 kg/hm²:60 kg/hm²∶30 kg/hm²(ω_N∶ω_P2O5∶ω_K2O)时氮、磷、钾养分回收率最高.从产量、水分利用效率和肥料偏生产力等角度综合考虑,灌水量100%ET_c、300 kg/hm²∶120 kg/hm²∶60 kg/hm²(ω_N∶ω_P2O5∶ω_K2O)为最佳滴灌施肥策略.
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  武威市集中式饮用水源地水质空间分异规律

  张月珍^,, 董平国^,, 李彦荣, 王天任

  2015, 33(12): 1078-1084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0031

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  基于2013年16个地表地下水水源地监测断面水质实测资料,应用系统聚类R型主因子分析法和Ward法对武威市平原区集中式饮用水水源地水环境空间分异规律进行研究.结果表明:武威市平原区饮用水源地水质污染存在从北向南逐渐转移的趋势.2013年5月16个地表地下水监测断面水质污染从北边(西渠镇致祥供水站Bb5)向中部(校东桥Aa6、扎子沟Aa7)转移;2013年8月水质污染从中部(三雷镇新陶供水站Bb3、扎子沟Aa7)向南边(上坝水厂Ba5、南营水库Aa5)转移;其中主要污染物指标包括硝酸盐氮、高锰酸盐指数、氯化物、挥发酚、总大肠菌群、硫化物、硒、总硬度8项水质指标.研究结果可以对石羊河流域功能区的划分与该区域饮用水源地水环境综合治理提供依据.
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  秸秆覆盖夏玉米田棵间蒸发变化规律

  赵秀金, 张志涛, 张照录, 马艳飞, 吴忠东

  2015, 33(12): 1085-1090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0089

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  为了提高华北地区降雨的利用效率,采用覆盖免耕农艺措施,利用微型蒸发器并结合土壤含水率估算农田蒸散量ET,对秸秆覆盖夏玉米田棵间蒸发及棵间蒸发量占蒸散量的比值E/ET变化规律进行了研究.结果表明:全生育期玉米的棵间蒸发量覆盖处理比对照处理平均减少39.5%,差异具有统计学意义;棵间累积蒸发量与时间的关系变化趋势符合幂函数型,其拟合相关系数均达到0.99;覆盖处理E/ET为33.5%左右,对照处理E/ET为41%左右;秸秆覆盖与不覆盖处理的E/ET与叶面积指数的相关系数分别达到0.70和0.85左右.华北地区降雨总量基本与覆盖处理耗水量持平,但对照则出现阶段性缺水.该研究体现了覆盖免耕保墒技术的优势,为其在节水农业方面提供理论依据.
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  高压电动机定子绕组绝缘薄弱点的有效定位

  龚维明, 龚静雅, 张宇

  2015, 33(12): 1091-1096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0166

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  针对局部放电检测方法(无论在线还是离线)只能判断一相定子绕组绝缘的放电量,无法定位到绝缘薄弱点的问题,根据局部放电发生时会向周围辐射电磁波和超声波,利用定向天线和超声传感器检测出放电位置和放电强度,并与脉冲电流法检测的幅值和图谱进行比对,从而确定放电位置.根据现场情况,减少噪声、电磁干扰等干扰源对电动机定子绕组局放检测的影响,总结出高压电动机定子绕组声电局放综合检测正常情况、内部放电等情况的参考图形.进行大量现场测试并制定不同类型、不同放电级别的放电点,根据频谱信息验证定位的准确性.声电局放综合检测与脉冲电流检测视在放电量的结合使用,并根据探测器接收的局放信号图谱与脉冲电流检测图谱进行比对,判断高压电机定子绕组不同放电点.通过对高压电动机定子绕组绝缘薄弱点的定位试验, 掌握江都站主电动机绕组的绝缘状况及性能, 为保障机组安全运行以及大型泵站加固改造提供了重要数据.
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  基于COMSOL有限元法的电涡流传感器仿真

  徐琳, 王恒, 黄祯, 李伯全, 肖逸凯, 盛嘉端

  2015, 33(12): 1097-1104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0817

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  为了研究电涡流传感器中电涡流探头线圈的结构参数对检测性能的影响,以电磁场理论为基础,采用有限元分析法,以有限元仿真软件COMSOL为工具,建立电涡流传感器的检测模型,通过仿真研究电涡流传感器探头的电磁特性和影响其性能的探头线圈内径、外径、厚度等结构参数.结果表明:电涡流传感器探头线圈的电阻值与电抗值随线圈内径和外径的增大及厚度的减少而呈上升趋势,当内径和外径越大、厚度越小时,电涡流传感器的灵敏度越高,且线圈厚度对传感器灵敏度的影响更明显.研究结果对研制用于钢闸门缺陷检测的电涡流传感器的优化设计具有一定的参考价值.