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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    水泵水轮机不同导叶开口的驼峰特性
    李德友, 宫汝志, 王洪杰, 魏显著,, 刘占生, 覃大清,
    2016, 34(1): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0063
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    为研究水泵水轮机在不同导叶开口下的驼峰特性,对某一电站水泵水轮机模型水泵工况进行试验,得到不同导叶开口下的驼峰特性曲线,结果表明随着活动导叶开口减小,在低负荷区水泵工况扬程越高,扬程趋势越陡,同时驼峰现象更明显,但是驼峰区域变小.在试验研究的基础上,对该模型进行三维实体建模,并进行网格划分,采用SST k-ω模型、标准k-ω模型、RNG k-ε 模型和标准k-ε模型分别对19 mm活动导叶开口下各个工况点进行数值模拟,最终确定SST k-ω湍流模型能够较好地符合试验结果.分别选取13,19,25 mm活动导叶开口进行数值模拟,得到水泵工况的扬程、力矩和效率与流量的关系曲线,与试验结果对比,其变化趋势一致.针对19 mm活动导叶开口低负荷工况点、驼峰区工况点、最优工况点和超负荷工况点进行流动特性对比分析,表明驼峰特性与转轮流道内和固定导叶部分流道内的流动分离及旋涡有关.
  • 泵理论与技术
    汽车发动机冷却水泵的研究进展
    李维强, 李伟, 施卫东, 季磊磊, 赵晓凡
    2016, 34(1): 9-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0182
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    冷却系统对汽车发动机性能具有重要的影响,发动机冷却水泵已成为国内外的研究热点.分析了离心式发动机冷却水泵的结构特点与能量特性,总结了制约汽车发动机冷却水泵发展的关键影响因素.由于发动机冷却水泵的空间结构受限、工作环境温度高、转速变化大,工作过程极易发生汽蚀破坏,严重影响发动机冷却水泵及冷却系统的可靠及稳定运行,易出现轴承损坏、水封失效、振动噪声等问题.从发动机冷却水泵水力性能、汽蚀性能以及可靠性等3个方面综述了近年来国内外研究取得的相关成果,对发动机冷却水泵技术研究的发展和趋势进行了展望,提出未来需要进一步深入研究的内容和方向:基于PIV技术研究发动机冷却水泵内部流动规律,建立泵内流特征和外特性之间的关系;掌握发动机冷却水泵热力学效应下的汽蚀机理,探讨汽蚀诱导压力脉动的危害,进一步提高发动机冷却水泵的性能和可靠性;注重发动机冷却水泵零部件的标准化、模块化和系列化开发,构建“互联网+汽车水泵标准件”的发展模式,实现发动机冷却水泵智能、可控、高效运行.
  • 泵理论与技术
    塑料井泵新型轴向导叶设计及内部压力脉动特性
    徐媛晖, 张启华, 施卫东, 陆伟刚, 王川, 周岭
    2016, 34(1): 18-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0034
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    设计开发了一种新型轴向导叶,基于CFD方法进行了全流场三维定常和非定常数值模拟,探讨了该新型轴向导叶内部的压力脉动现象,得到了额定工况下首级叶轮出口、次级叶轮出口、首级导叶内部和次级导叶内部压力脉动特性,并通过快速傅里叶变换进行了频域分析.结果表明:与空间导叶相比,轴向导叶水力性能略低,但较径向导叶有很大优势;新型轴向导叶的压力脉动产生于叶轮出口与导叶进口交界处,且在向导叶传输的过程中脉动信号呈衰减趋势;从导叶进口至导叶出口,导叶内的压力脉动幅值明显降低,表明该轴向导叶压力转换能力强;次级轴向导叶内压力脉动幅值低于首级导叶;各监测点主频均与叶频相等或为叶频整数倍,首级导叶和次级导叶内频域分布存在一定差别.
  • 多级离心泵内部非定常压力脉动的数值模拟
    马新华, 冯琦, 蒋小平, 王伟, 何勇冠
    2016, 34(1): 26-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0211
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    为了研究多级离心泵内部稳态和瞬态的流动特征,以不锈钢冲压多级离心泵为研究对象,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)软件ANSYS CFX,选取标准k-ε湍流模型,在设计工况下对整机进行两级全流场非定常数值模拟.计算结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型和计算方法的准确性.在叶轮某一流道的压力面和吸力面分别设置了4个监测点,在导叶的某一流道设置了6个监测点,分别分析了叶轮和流道式导叶内不同位置的压力脉动特性,并对其进行了频域分析.结果表明:叶轮与导叶间的动静干涉是产生静压波动的原因,静压波动均值从叶轮进口到叶轮出口逐渐增大;整体式冲压叶轮的形状影响正导叶内的压力脉动,一个周期内的压力波动间隔相似;叶轮和导叶间的动静干涉影响显著,首级泵体反导叶中部及出口位置脉动频率为3倍叶频,而在其他位置处均为1倍叶频;额定工况下导叶内部脉动主频均出现在低频处,表现为叶频压力脉动.
  • 乌江构皮滩水电机组水力稳定性试验研究
    宫汝志, 李德友, 王洪杰, 刘世勋, 魏显著,
    2016, 34(1): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0065
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    针对乌江构皮滩水电机组1#振动值超标,水电机组5#运行于高负荷区振动、水力不稳定等问题,进行了系统研究.采用工程测试软件LabVIEW和美国国家仪器公司硬件对该问题制定测试方案,并对水电机组1#和5#进行了现场压力脉动试验.对试验结果进行处理分析,并根据试验分析结果推测水电机组产生不稳定性原因.针对可能的原因,采用相应处理方案对机组进行修型,最后进行试验验证.试验结果表明,水电机组1#将泄水锥由柱状改变为常规泄水锥,高负荷工况压力脉动严重的现象消失;水电机组5#对活动导叶出水边采取修薄处理,高负荷区振动轰鸣现象未消失,验证结果表明不是卡门涡引起水电机组5#高负荷区振动问题.研究结果对实际电站机组安全运行具有一定的指导意义.
  • 内反馈电动机运用于泵站的节能效益分析
    徐瑛瑛, 莫岳平, 吴松, 吴磊, 张贇媛
    2016, 34(1): 38-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0012
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    设计了一套内反馈电动机控制系统,根据整流逆变原理及其公式推导结果,设计了该系统的斩波器,用于内反馈电动机调速.将三相交流电压方程进行派克变换后转化为两相旋转坐标系下的电压方程,并结合前馈解耦控制策略得到三相电压型逆变器在dq坐标下的电压控制指令,设定q轴电流(无功电流)的给定值为0,即可实现该控制系统的单位功率因数控制.SVPWM控制器采样控制电压,并根据定子侧电压、电流信号的相位和大小产生驱动信号,控制逆变器的6个IGBT的开通和关断,将回馈的能量输送到定子附加绕组上,实现能量的二次利用.利用MATLAB对该控制系统进行仿真试验,仿真结果表明:随着斩波器占空比的逐步减小,电动机的速度也在不断减小,电动机有功功率不断减少,而无功功率始终为0,说明电动机在平滑调速的同时能保持较高的功率因数.以江苏省某泵站为例,采用内反馈电动机作为泵站的主电动机后,该泵站一年节约了电费41.31万元,计算结果表明该泵站获得了很高的经济效益.
  • 液控智能转换接头的数值分析及优化设计
    李传君, 黄婉婉, 李凯, 韩彬, 王志强
    2016, 34(1): 45-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0076
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    为了验证液控智能转换接头设计的合理性,优化其内部流道结构,利用Pro/E构建了该智能转换接头的三维模型,划分了非结构网格,根据该装置工作原理和特点,采用标准k-ε模型及壁面函数法,确定了控制方程及边界条件,利用有限元分析软件对装置内部的单向阀在4个不同开度下的内部流场进行了数值模拟,分析了4个不同开度下内部流场的速度分布图及湍动能分布图,并搭建了试验台对装置在4个开度下的出口流量及进出口压差进行了测试,通过数值分析及试验数据的对比确定装置水力损失较小的最佳开度.试验结果表明,智能接头基于液压控制原理可以实现采油状态和测试状态的智能转换,满足功能要求;单向阀在50 mm开度下内部流动损失较小且流速较大,内部流动状态最佳.数值分析与试验结果基本吻合,该结果为改进装置内部结构、提升装置采油作业生产效率提供了依据.
  • 垂直管线型先导式截止阀的阀芯运动过程数值分析
    钱锦远, 朱银法, 刘步展, 卢安乐, 金志江
    2016, 34(1): 51-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0206
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    提出了一种新型的可适用于垂直管线的先导式截止阀,其驱动能耗较低;通过分析阀芯的受力情况,建立了阀芯运动的控制方程;运用Fluent软件及用户自定义函数功能UDF对该阀在不同弹簧刚度下的运动过程中的冲击速度、阀芯稳定位移和瞬态位移进行了数值分析.结果表明:阀芯运动在不同的弹簧刚度下具有不同的开启方式,选取较小的弹簧刚度有助于阀门的快速响应,也能够保证阀门开启后的正常工作,但容易造成开启时候阀芯对阀芯顶盖的冲击碰撞;而随弹簧刚度增大,阀芯的稳定位移逐渐减小,如在转换点之后继续增大弹簧刚度将使得阀芯无法达到最大位移.此外,通过对0.9倍和1.1倍弹簧刚度理论计算值下的阀门开启过程进行瞬态模拟,发现数值模拟与理论计算可以相互印证,同时建议在实际弹簧刚度选取时,选取0.9倍的理论计算值作为实际设计点.研究可为该类先导式截止阀或类似结构截止阀的研究推广与应用提供一定的借鉴意义.
  • 盐渍土壤覆膜种植条件潜水蒸发的探讨与分析
    邢旭光,, 赵文刚,, 马孝义,
    2016, 34(1): 57-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0100
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    盐渍土区潜水蒸发机理、特性及其计算方法的研究,对防治土壤盐碱化、地下水资源评价及农田水分管理具有重要意义.基于潜水蒸发的最新国内外研究成果,提出了当前在潜水蒸发研究方面的薄弱之处:即以往有关潜水蒸发的研究较多集中于其常规影响因素,且大多是对裸土条件下潜水蒸发特性及其计算进行研究,而对种植作物、土表覆膜和特殊土壤等条件下潜水蒸发问题的认识和研究较为不足.根据我国干旱地区土壤特性和种植模式,分别对有无作物种植、土表覆膜和盐渍土壤等3种条件下的潜水蒸发特性及计算方法进行了较为详细地阐述和评价,并就目前研究中存在的不足和未来亟待深入研究的问题进行了探讨,认为在今后的研究工作中,应把潜水蒸发对作物耗水的补给比例、不同地区适宜潜水埋深和生态地下水位、潜水蒸发昼夜变化特性,以及盐碱地潜水蒸发与土壤积盐的数值模拟等内容,作为研究重点.
  • 秸秆颗粒形态对沟灌入渗特征影响的试验研究
    郑健,, 王燕,, 蔡焕杰, 张恩继,, 孙雨欣,
    2016, 34(1): 66-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0098
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    为了探明秸秆粉碎颗粒形态对沟灌土壤水分运移特征和土壤质量含水率分布状况的的影响,采用具有不同秸秆粉碎形态的玉米叶(片状)和玉米芯(颗粒状),进行了室内试验研究,并采用HYDRUS-2D软件对不同处理湿润锋运移情况进行了模拟.结果表明:具有片状形态的玉米叶各处理,随混掺比例及埋深的不同,均能降低土壤的入渗率,而具有颗粒形态的玉米芯处理显著增加了土壤入渗率;玉米芯混掺处理表明在埋深(10,15］ cm设置混掺层能增大土壤的垂向运移距离,18%土壤质量含水率等值线垂向距离明显大于埋深(5,10］ cm处理的;玉米叶不同埋深处理表明埋深(10,15］ cm比(5,10］ cm更能增加18%土壤质量含水率等值线的水平距离;3%Y10~15(混掺比例3%,玉米叶,埋深(10,15］ cm)处理最大土壤质量含水率值达到21%,而其垂向运移距离最短,说明该处理能够有效地阻滞水分的垂向入渗,增强植物混掺层上部土壤质量含水率;采用HYDRUS-2D软件模拟的湿润锋运移值与实测值误差在3%以内,说明其能够准确描述植物混掺条件下沟灌入渗过程中的湿润锋运移特征.
  • 地下水位与灌溉定额对棉花土壤水分的动态影响模拟
    魏光辉,, 马亮, 杨鹏年
    2016, 34(1): 73-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.14.0172
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    地下水埋深对土壤水势分布及土壤次生盐碱化具有重要影响.以新疆孔雀河流域为例,利用HYDRUS-2D软件对不同地下水位与灌溉定额下的棉花膜下滴灌土壤体积含水率的动态变化进行了模拟.结果表明:当地下水埋深为1.5 m时,地下水对土壤水的顶托作用较强,灌溉定额为3 300 m3/hm2时可使棉花生育期不受水分胁迫;当地下水埋深为2.0 m时,地下水对土壤水的补给能力下降,灌溉调控的作用逐渐加强,灌溉定额为3 900 m3/hm2时属轻度胁迫,对产量影响较小,而灌溉定额为4 500 m3/hm2时,基本不受胁迫,对产量影响极小;当地下水埋深大于2.5 m时,地下水对土壤水的补给作用进一步弱化,灌溉定额为4 500 m3/hm2时属于中度胁迫,会造成一定程度减产.研究结果为指导当地地下水资源开发利用及棉花种植业发展提供了重要参考.
  • 压力对低压喷头水量分布模型影响的试验研究
    鲍亚, 刘俊萍, 刘兴发, 田坤, 张前
    2016, 34(1): 81-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0188
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    为研究喷头压力对水量分布模型的影响,以低压喷头为例,对其进行水力性能试验.通过计算矩形组合下不同压力的喷灌组合均匀系数Cu和组合分布均匀系数Du,探索喷头压力对水量分布模型的影响.结果表明:对于低压喷头,喷灌强度随压力增大先逐渐增大,达到一定值后基本保持不变.在距喷头不同距离时,不同压力下的喷灌强度变化情况不同.在低压范围内,压力对喷灌组合均匀系数和组合分布均匀系数的影响较明显.在100~200 kPa范围下,Cu和Du均随着压力的增大而增大.在200~300 kPa范围下,Cu与Du均变化不大.最终提出二者的函数关系式,为多因素下水量分布模型的建立提供理论依据.
  • 基于Web技术的农田恒压灌溉远程监控系统测试研究
    李海波,, 赵晓峰,, 付琛,, 刘昌珍
    2016, 34(1): 86-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0193
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    为了解决农村灌溉质量不高,能源利用率低等问题,基于物联网技术、控制技术以及互联网技术,研究设计了1套农田恒压灌溉远程监控系统.该监控系统主要包括了现场感知层、网络层以及应用层.现场感知层主要通过Zigbee无线通信模块构建了星形感知网络,利用PLC与单片机2大核心节点以主从模式实现了现场泵站设备的控制、田间环境参数的采集和电磁阀节点控制等;利用改进后的粒子群算法对农田灌溉出口压力进行了PID优化控制;应用层主要利用以太网通信,借助于西门子PC Access软件作为OPC Server,从而以B/S模式,采用Java语言结合JavaBean组件开发了基于Web技术的远程灌溉网络监控应用软件.系统目前应用于江苏省太仓市某一标准化农田灌溉,不仅数据采集准确,压力控制平稳,节能效果好,与阀门控制达到恒压的系统相比,可以节电20%左右,而且该系统的抗干扰能力强,当外界设定压力发生变化时,能够在10 min 左右进行快速调节达到预置压力;另外该系统远程与就地控制设备灵活可靠,状态监测实时,人机交互便利,节省劳动力达到90%.