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  • 2016年, 34卷, 第11期
    刊出日期：2016-11-25
      
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  • 回射流强度对水翼表面空化形态的影响
    王巍, 徐瑞铎, 羿琦, 王晓放
    2016, 34(11): 921-926. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.1046
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    为了研究空化发生时翼型上表面的回射流对空化体形态特征和周期性演化规律的影响,建立了不同迎流角下的绕二维水翼流场模型,采用CFD数值模拟方法分析了发生空化时的流场压力、速度和相态分布特点;采用RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对二维水翼空化流动进行了非定常数值计算.分析了空化数为0.91,迎流角分别为4°,10°,12°时,当空化发生时回射流运动特征以及回射流对于空化产生和发展的影响规律,并基于回射流的速度和特征长度等因素,提出采用量纲一的特征数用于描述回射流的强度,分析发现回射流强度是空化体形态改变的重要因素,并提出了空化形态改变的判断依据.结果发现,当特征数处于不同数量级时,对应空泡体的不同周期性阶段;同时,特征数的大小对应不同空泡体类型.
  • 泵自吸过程的数值计算与可视化试验研究
    陆天桥, 李红, 詹连辰
    2016, 34(11): 927-933. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.1002
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    采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型及结合滑移网格技术并加载试验所得的叶轮转速变化曲线和出口压力变化曲线对65ZB-40C型外混式自吸泵自吸过程的气液两相流进行数值模拟,在叶轮进口、蜗壳各断面、气液分离室进口、回流孔上设置监测面,分析各监测面气体体积分数、气液相速度、混合相压力等参数的变化.采用高速摄影技术对自吸泵的叶轮、蜗壳、气液分离室及蜗壳出口段进行自吸过程的拍摄,把得到的图像与模拟结果进行对比.结果表明:自吸泵自吸过程中气液两相流态的微观变化与试验仪器监测到的压力、流量、转速等宏观变化具有一致性;自吸稳定过程占自吸时间的比例最大,对自吸性能的影响最大;气液分离室中心区域的气相空穴有利于蜗壳出口段的移动气泡的形成,有助于泵体内气体稳定地排出;自吸中期是一个动态稳定过程,进出口压力周期性地波动.
  • 多级轴流泵内叶轮时序效应数值模拟
    符恒, 卢金玲, 陈楠, 冯建军, 陈森林, 罗兴锜
    2016, 34(11): 934-940. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.1092
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    为研究多级轴流泵内转子时序效应对水泵性能影响,以首、次级叶轮相对角度θ为0°时作为基准,将次级叶轮沿叶轮旋转方向,每9°旋转为一个时序位置,在不同时序位置时用CFD方法对多级泵内流动进行三维非定常数值计算,并对不同时序位置处压力脉动以及叶片载荷分布进行分析.结果表明:以时序位置θ为0°的计算结果作为基准,时序位置θ为36°时泵扬程变化最大为4.6%,此时效率变化率达到1.2%;首级叶轮出口压力脉动幅值和相位受压力脉动影响有微小波动,其中首级叶轮出口压力脉动幅值最大减小16.31%;次级叶轮出口压力脉动幅值、平均时域值、相位都受到一定程度影响,此时压力脉动幅值最大增长48.27%,平均时域值增长1.34%;次级叶轮压力载荷分布,不同时序位置处载荷分布规律相同,时序位置为9°时的叶片上载荷分布明显高于其他时序位置时叶片上载荷分布.
  • 对旋轴流式喷水推进泵压力脉动的数值计算
    王雪豹, 潘中永, 黄丹, 张肖, 黄振杰
    2016, 34(11): 941-946. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0237
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    为了解喷水推进泵内部压力脉动特性,以对旋轴流式喷水推进泵为研究对象,应用计算流体动力学(CFD)方法,采用雷诺时均法并引入SST k-ω湍流模型使方程封闭,对对旋轴流式喷水推进泵进行设计工况下非定常数值模拟.经网格无关性检验后,计算得到的推进泵功率与扬程与设计值基本一致.在首级叶轮进口处,首、次级叶轮轮缘间隙处,轴向间隙及导叶进口处设置监测点,监测不同位置的压力脉动数据.得到各监测点的时域图和频域图并对各监测点压力脉动特性进行了对比分析.结果表明:对旋轴流式喷水推进泵内压力脉动主要受叶频的影响,首级叶轮和次级叶轮轮缘间隙处的压力脉动不仅与首、次级叶轮的叶片数有关,还与喷水推进泵叶轮数量有关;受两级叶轮反向旋转的影响,轴线方向上首级叶轮与次级叶轮之间轴向间隙处的压力脉动幅值最大, 轴向间隙的压力受到首级叶轮和次级叶轮的共同影响;次级叶轮出口与导叶进口处压力脉动主要受到导叶回流的影响.
  • 射流式自吸离心泵研究现状与前景展望
    李伟, 常浩, 刘建瑞, 周岭, 王川
    2016, 34(11): 947-952. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0227
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    射流式自吸离心泵作为一种新型结构的泵,具有启动前无需向泵体内灌水可实现快速自吸的特点,已经成为国内外研究的热点.通过回顾射流式自吸离心泵的发展历程,分析了射流式自吸离心泵的工作机理与结构优势,并在系统总结国内外研究成果的基础上,从导流器式不对称压水室、碗式回流阀自动关闭结构形式、射流喷嘴几何尺寸、喷嘴收缩角变量等方面分析了射流式自吸离心泵理论与技术研究进展,并提出了未来的研究方向:在水力设计方面,设计不同结构型式的水力模型,深入探讨叶轮不同几何参数对泵整体性能的影响;在结构上,采用创新的自吸结构,不断深化自吸结构对自吸性能的影响机理,并确定各零部件最优几何参数的选取方法,提高射流式自吸离心泵的各项性能指标;在加工工艺上,突破传统浇铸的制造方法,采用新型的铝合金压铸成型,为研制高效、快速自吸、低能耗的射流式自吸离心泵提供理论依据.
  • 进水池形状对吸入涡影响试验研究
    肖若富,, 李宁宁,
    2016, 34(11): 953-958. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0053
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    为了改善进水池附近的流态,避免吸入涡进入喇叭口,首先以不同淹没深度和不同流量对开敞式进水池进行高速摄影和PIV试验,根据测试的流态提出相应改善措施,然后对矩形进水池和矩形进水池加底部十字架2种方案进行试验,观察并对比其消涡效果.结果表明,相对于开敞式进水池的方案,矩形进水池方案可以使喇叭口处的流态得到改善,并将前者的允许最小淹没深度降低,即在同等条件下改善了旋涡的表面涡纹状态;然后对矩形进水池方案加十字架后,进一步减小了旋涡的影响,并再次降低了允许最小淹没深度,由0.90D降低到0.70D,且改善了旋涡的表面涡纹状态.研究结果对于允许最小淹没深度的改进、降低泵站进水池的工程造价方面具有参考意义.
  • 基于GIS技术的渠道工程材料采购模型
    史曦晨, 刘永强, 李慧敏
    2016, 34(11): 959-966. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0089
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    为了全面优化企业的采购成本,实现集约化的采购目标,从运输路径规划的角度出发,融合运筹学的知识,创建了基于GIS技术的渠道工程材料采购模型.以材料供应点和仓储点确立为基础,利用GIS软件进行运输路径的选择,进而构建出材料采购的路网模型.通过运用图论领域中的Floyd算法,计算得到材料供需点的最短运输路径,确定出材料的运输费用,结合出厂价格确定材料综合单价.在此基础之上,引入线性规划工具,以最小采购费用作为目标函数、材料综合单价为价值系数、供需平衡条件作为约束条件、供需点之间的采购量作为自变量,建立起采购决策的线性规划模型,并利用Matlab软件和VOGEL方法进行求解对比.实践证明,Matlab软件降低采购费用53万元,VOGEL方法降低34万元,前者确定的采购方案更受青睐.研究表明,基于GIS的采购模型解决了渠道材料采购运距不确定、采购成本虚高问题,为科学合理安排采购方案提供了辅助工具.
  • 中温高黏度介质双端面主密封热力特性分析
    陈汇龙, 邹强, 赵斌娟, 付杰, 刘金凤
    2016, 34(11): 967-973. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0036
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    为研究中温高黏度介质双端面机械密封主密封的传热和变形规律以及冲洗液的压力和温度对其影响,从而为密封性能改进和冲洗液的高效控制提供依据.以乳液输送设备双端面机械密封(AR201)为研究对象,建立传热计算模型,采用有限元法分析主密封温度场,研究了密封环温度和变形量随冲洗液压力和温度的变化规律.研究表明:密封环端面的最高温处于动静环接触面靠近密封腔位置处,在冲洗液的作用下,动静环内径侧温度明显低于外径侧,动静环温度自接触面开始沿轴向至环外侧逐渐降低;端面最高温度和最大变形量随冲洗液温度和压力的升高而增大,最大变形量的大小和随冲洗液参数变化的波动幅度与密封材料有关;合理选择冲洗液压力和温度是有效改善主密封性能的措施,对于AR201机械密封,将冲洗液压力控制在0.80~0.85 MPa和较低的温度能减少端面磨损现象.
  • 超超临界电站锅炉储水罐用调节阀及管配系统流场特性分析
    何庆中, 郭斌, 董学莲, 张城, 刘佳, 陈雪峰
    2016, 34(11): 974-978. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0259
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    针对超超临界电站锅炉储水罐用调节阀国产化研制中流场结构设计面临的问题,结合前期配置于某电站储水罐用调节阀及管配系统底板汽蚀击穿故障现象,基于两相空化流动控制方程和Fluent流场数值模拟手段,采用RNG k-ε湍流模型及耦合算法,对该调节阀流场结构及管配系统流场特性进行数值模拟分析计算,并进行流场结构及特性验证,结构改进优化设计.重点分析了压锥式调节阀及管配系统流场特性,结果表明:压锥式调节阀在设计工况下,由于阀门开度较小,高温介质在喉口处发生严重的汽化现象,气化率达90%以上,介质速度较高达到143 m/s,以至于管配系统底板被冲击至击穿.针对失效原因,提出了一种新型笼罩式调节阀,优化结构流场模拟结果表明,在阀门喉口含汽量减少了21.6%,盲板附近的速度降低了80%,表明汽化现象得到了抑制,管配系统能够安全运行.模拟结果较好展示了阀门流场的分布规律,为该类调节阀结构设计与优化提供可借鉴的理论依据,对电站锅炉调节阀国产化推进具有一定促进作用.
  • 毛坪铅锌矿区农耕地土壤重金属空间分布、污染与生态评估
    王卫华, 雷龙海,
    2016, 34(11): 979-989. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0276
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    对铅锌矿周边农耕地土壤中的Cr,As,Ni,Pb,Zn,Cu和Co共7种重金属元素进行实地采样．经测定研究区内Zn,Co,As的均值分别是背景值的192,147,112倍,这3种元素在研究区内富集效果明显．各元素的基底效应按元素排序由小至大为Ni,Co,Cr,Cu(与As同),Zn,Pb,其中Co和Ni各自具有强烈的空间相关性．利用地统计方法获得研究区域内重金属元素空间分布图,显示中部为高值区,而东北部地区土壤重金属累积不明显．相关性分析得出研究区内Cr,Co,Ni和Cu之间具有较高的依存关系、相似的来源途径;Pb与Zn的相关系数为0650,两者在土壤中的积累均来自铅锌矿矿源．因子分析与聚类分析揭示了各元素间的远近程度,将研究区内7种元素分为3类:Cr-Ni-Co-Pb-Zn,Cu,As,可见矿区周边农业土壤重金属的复杂性．分别利用地累积指数与潜在生态危害系数法,对研究区进行污染评价与潜在生态风险评价,土壤重金属各采样点的地累积指数值均未达到中度污染,污染程度按元素排序由强至弱依次为Zn,Co,As,Ni,Cu,Cr,Pb,土壤环境整体处于轻度污染水平;7种元素的潜在生态危害系数按元素排序由大到小依次为Co,As,Ni,Cu,Pb,Cr,Zn,均处于轻度风险水平;综合生态风险指数RI的分布图表明,污染相对严重的地区位于研究区域的偏东南南部,呈圆状向四周辐射,研究区域内整体水平处于轻度生态风险状态．
  • 旱涝交替胁迫下稻田水氮素流失规律
    郭蓉,, 周伟, 高世凯,, 王梅,, 曹睿哲,, 俞双恩,
    2016, 34(11): 990-994. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0066
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    以农田水位作为水稻旱涝交替胁迫调控指标,在蒸渗测坑进行水稻拔节孕穗期和抽穗开花期的旱涝交替胁迫试验,研究了旱涝交替胁迫下稻田水NH+4-N,NO-3-N的流失规律.结果表明:NH+4-N是稻田地表水、地下水氮素的主要形式;旱涝交替胁迫对稻田水NH+4-N,NO-3-N浓度变化影响明显,FDTF较FFTD的稻田水平均NH+4-N、平均NO-3-N浓度都高,FDTF和FFTD均能降低地表水NH+4-N,NO-3-N浓度,FDTF和FFTD涝水胁迫下的地下水平均NH+4-N、平均NO-3-N浓度高于干旱胁迫下;此外,在干旱胁迫后进行涝水胁迫可以显著增加地下水NH+4-N,NO-3-N浓度.因此,应避免旱后复水稻田的排水.
  • 调亏灌溉和氮处理对小桐子生长及水分利用的影响
    李婕, 杨启良, 徐曼, 贾维兵, 雷龙海, 徐天宇, 伍进波, 刘小刚
    2016, 34(11): 995-1002. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0091
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    为了研究阶段水分亏缺(亏水+不亏水WLWH、不亏水+亏水WHWL、亏水+亏水WLWL、不亏水+不亏水WHWH)和不同施氮量(NZ:0,NL:0.2 g/kg,NH:0.4 g/kg)对小桐子生长、生理指标和灌溉水利用效率的影响,通过盆栽试验,发现WLWH的生长和灌溉水利用效率均显著高于WHWL;作物的灌溉水利用效率随施氮量的增大而呈现先增大后减小的趋势,在NL水平下达到最大值;与高水高氮的处理NHWHWH相比,中水低氮处理NLWLWH节约灌溉水27%,节约氮肥使用量50%,小桐子株高减少31%、总干物质量减少35%,灌溉水利用效率减少13%,但茎粗增加13%,根冠比增加20%.可见小桐子在第一阶段处理(40~90 d)幼树期对水分的需求量较小,适度的亏缺灌溉可提高灌溉水利用效率;小桐子在第二阶段处理(90~140 d)处于旺长期,对水分的需求量较大,增大灌水量可大幅度促进小桐子生长及其干物质量的积累.全生育期实施亏缺灌溉,可提高小桐子自身适应外界环境能力,抗干旱胁迫能力也逐渐增强,但WLWL水平下的小桐子生长缓慢.经综合分析,认为处理NLWLWH可作为干旱地区条件下的小桐子灌溉和施氮制度.
  • 变频调速分级恒压灌溉自动控制系统及应用
    何武全,, 张华, 何欣烨, 张宇峰
    2016, 34(11): 1003-1007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.13.0107
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    为解决机电泵利用工频电源(50 Hz)作恒速运转条件下,灌溉面积或地形高差变化较大的管道式喷微灌系统灌水均匀度不能满足灌溉要求的问题,提出了一种变频调速分级恒压灌溉自动控制系统,该系统将变频技术和自动化技术相结合,具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备,可同时对1台或多台三相380 V,50 Hz水泵电动机进行自动控制.该系统设计了多段压力设置转换电路,可根据预先设定的压力控制值自动进行压力等级切换,并对管网的电磁阀开启、关闭进行控制,实现分级恒压自动供水灌溉.通过工程实例分析表明,采用水泵工频控制时喷灌系统水头最大差值为12.89 m,采用变频分级恒压控制时喷灌系统水头最大差值为3.38 m,满足设计压力变幅不大于4.00 m的要求.同时该系统具有节水、节能、自动化程度高、运行管理方便以及保证管网和水泵安全运行等功能,能够根据灌溉分区进行分级恒压自动供水灌溉,满足灌水均匀度要求.
  • JP75型卷盘喷灌机用水涡轮能耗贡献率分析
    程俊, 汤跃, 汤玲迪
    2016, 34(11): 1008-1012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0107
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    为对JP75水涡轮各过流部件展开能耗贡献率研究,探究水涡轮性能,利用水涡轮试验台对JP75水涡轮在不同转速下进行外特性试验,并确定水涡轮最优转速(250 r/min);采用CERO和STAR-CCM+前处理对水涡轮全流道内流场进行三维建模、多面体网格划分以及数值计算;计算得到水涡轮在固定转速下的外特性曲线,与试验结果的平均误差为3.28%.计算不同工况下流场内部各处能耗,发现叶轮与进出水管道连接处平均总能耗达到52.18%,其中叶轮与进水管道连接处能耗贡献率达到44.80%,分析云图发现此处压力梯度较大,分布不均匀,叶片工作面涡旋现象明显,说明此处能量耗散现象最为严重,在此基础上,对JP75水涡轮采取优化设计,优化后其效率得到显著提升,水头有明显降低且输出功率得到保证.