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• 2016年, 34卷, 第7期
  刊出日期：2016-07-25

    

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  CNP1000轴封式核主泵技术

  冯晓东, 吴大转, 杨立峰, 贾允

  2016, 34(7): 553-560. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0162

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  CNP1000轴封式核主泵作为泵类行业的高端设备是核电站一回路系统中唯一没有实现国产化的设备,其自主设计、制造及试验是我国推进核电自主化的重点和难点.对核电泵的国内技术现状以及1 000 MW轴封式核主泵结构特点进行了介绍,分别从承压边界、水力部件、转子轴系、隔热组件、轴密封、停车密封、水导轴承、推力轴承、一体化供油泵、油密封、辅助系统及其关键设备进行了设计原理和实施要求的详细说明.通过对不同类型主泵的出口限制情况和应用前景比较分析,说明了轴封主泵对外出口的优势,提出轴封主泵将在很长一段时间占据核电市场的主导地位.目前国内企业已完成了多项关键技术,如主轴密封、水力部件、全流量试验等的自主化,但是核主泵的理论基础并没有完整建立,有待进一步研究.因此,核主泵的国产化研制任务仍需较长的时间去攻克.
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  多级离心泵水力性能数值预测涡量分析法

  王洋, 赵立峰, 刘志超, 宁超, 朱振涛, 谢山峰

  2016, 34(7): 561-566. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0088

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  为了研究利用CFD技术预测多级离心泵水力性能的方法,选取某一多级离心泵为研究对象.采用数值模拟方法获得了多级离心泵内部全流场信息.分别选取多级离心泵单级、二级、三级的三维模型进行全流场数值模拟,获得了3种三维模型各水力部件内部的的水力损失,通过对计算结果分析发现,多级离心泵内部各级水力损失大小基本类似,不随级数的不同而改变,这为通过对少级数的数值模拟以预测更多级数的泵性能提供了依据.通过对多级离心泵内部流场各级能量损失进行分析,分析各级能量损失特征及其流动特点,发现各级涡量分布基本一致,损失特性相同,只在最后一级导叶内部的涡结构有一定的区别.采用能量分析结合多级泵内部流场涡动力学分析方法建立了多级离心泵性能数值预测的计算方法,并建立了多级离心泵性能预测基于少级数模型数值分析的计算公式.
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  基于PIV的低比转数离心泵网格无关性

  张金凤, 黄茜, 袁寿其, 冒杰云, 王业芳

  2016, 34(7): 567-572. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0121

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  针对小流量工况采用计算流体动力学(CFD)对离心泵的性能进行数值模拟的精度问题,以一低比转数离心泵为例对其进行整体结构化网格划分,采用ANSYS CFX 14.5软件对模型离心泵的进口管路流道、叶轮流道以及蜗壳流道组成的流场进行定常数值计算.从改变整体网络数量与叶轮网格数量的角度分别进行网格无关性验证对0.6及1.0倍设计流量下的模拟精度进行比较研究.准确性评价指标采用外部特性扬程值及PIV得到的叶轮和蜗壳内部分区域的绝对速度,具有较强的说服性.分析表明:对总体网格数增加的方法进行的无关性分析即可满足要求;网格数量的增加对叶轮内绝对速度影响较大,而对蜗壳内绝对速度影响很小;在设计工况下蜗壳和叶轮内部绝对速度的预测精度都比0.6Q_d工况下的高些,因而在进一步小流量流动特性分析时,需要更精密的网格.通过对外特性和内流场速度的对比,最终选择网格模型为网格IGD.
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  间隙尺寸对水翼叶顶旋涡空化流动影响的试验研究

  刘雷鸣, 刘影, 赵宇, 王国玉

  2016, 34(7): 573-578. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0255

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  采用试验方法对不同间隙尺寸的水翼叶顶旋涡空化流动进行研究.试验在闭式空化水洞中进行,应用高速全流场显示技术对旋涡空化形态进行观测,采用图像处理技术对结果进行处理,并对比分析间隙尺寸分别为0.5和2.0 mm的2种工况下间隙空化流动的发展规律.研究结果表明:随着空化数的减小,叶顶空化流动可以分为涡空化初生阶段、间隙内部附着空化发展阶段和剪切层空化发展阶段3个典型阶段;在涡空化初生阶段,大间隙工况下涡空化沿流动方向延伸距离大于小间隙工况;在间隙内部附着空化发展阶段,随着空化数的降低,大间隙工况下附着空化的初生和发展均领先于小间隙工况;在剪切层空化发展阶段,大间隙工况下剪切层空化形态趋于稳定时对应的空化数大于小间隙工况,并且其向下游延伸距离大于小间隙工况.
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  新型自吸离心泵自吸结构设计与试验研究

  武永生, 刘建瑞, 李红, 陈凯, 常浩

  2016, 34(7): 579-583. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0141

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  针对传统大流量自吸离心泵自吸性能差、效率低等问题,设计了一种新型自吸结构的大流量自吸离心泵.将高压空气射流应用于泵的排气系统中,合理设计高压射流喷嘴的结构形式,对其主要尺寸进行计算,同时设计出与射流喷嘴配合工作的止回阀,选择气密性良好的球阀.提出新型轴联离合装置,通过皮带轮连接泵轴与空压机主轴,保证自吸完成后空气压缩机迅速脱离工作,并根据泵的排气要求以及国家标准,计算选取空气压缩机.对该新型大流量自吸离心泵机组自吸性能进行试验研究,记录各个高度下运行的自吸时间.试验结果表明:当自吸高度分别为5.3,6.0,7.0,8.1 m时,自吸时间依次为62,92,121,173 s,自吸时间均小于国家标准规定值,自吸性能优势十分明显,机组的效率显著提高.
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  大型双向流道泵装置优化匹配与试验研究

  黄良勇, 吴忠, 张啸, 李彦军

  2016, 34(7): 584-589. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0175

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  研究了一种双向流道立式泵装置,综合考虑了进水流道出口流速分布均匀度和进水流道水力损失2个目标函数,应用CFD技术对双向进水流道喇叭口悬空高度进行了多方案的优化比选,当悬空高等于0.57D(D为水泵叶轮直径)时进水流道水力损失增加较小,且流道出口流速分布均匀度最好.通过对出水流道喇叭管出口高度的多方案计算比较,得到双向出水流道扩散喇叭管出口高度对流道水力性能的影响规律:当出水流道扩散喇叭管的高度较高时,流速较大,流道水力损失较大;随着扩散喇叭管高度的逐渐降低,出水流道水力损失逐渐减小;当喇叭管的高度降低到一定程度,水力扩散损失占据主导作用,随着喇叭管高度的进一步降低,其水力扩散损失越来越大;当喇叭管出口至流道顶板高度等于0.48D时,对应的出水喇叭管高度为最优.将优化匹配的双向进出水流道配置优选的水泵模型,进行泵装置模型试验,在低扬程3.26 m时,装置效率可达71.2%,可为同类型泵装置的优化设计提供参考.
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  基于PANS模型的轴流泵叶顶空化特性

  石磊, 张德胜, 陈健, 耿琳琳, 刘俊龙

  2016, 34(7): 590-596. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0144

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  以某一等比例缩放模型为研究对象,采用一种局部时均化模型(PANS)和Zwart空化模型,对额定工况某一特定汽蚀余量下的轴流泵叶顶空化流进行了数值模拟,并与高速摄影试验进行了对比.探讨了叶顶区不同的空化类型和泄漏涡系,找到了叶顶泄漏涡最易发生空化的位置,分析了不同叶片弦长系数截面空化流场.研究结果表明,模拟得到的空化性能曲线与试验值吻合较好,最大误差为5.8%;利用旋涡强度方法,得出了叶顶泄漏涡涡心在弦长系数为0.30~0.35时,有最大旋涡强度系数和最小压力系数,表明此处是最易于发生空化的位置;叶顶空化的形成及发展通常伴随着涡结构的演变,泄漏涡在向相邻叶片的压力面运动时,由于与壁面的相互作用,会诱导反向旋转的旋涡,而在叶片出口处,也会形成脱离涡和诱导涡,脱离涡会向相邻叶片的压力面运动,造成相邻叶片压力面的载荷变化.
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  基于AHP的热态除鳞系统往复式柱塞泵装置性能模糊评价方法

  邵凤翔, 王新莉

  2016, 34(7): 597-602. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0282

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  介绍了典型高压水热态除鳞系统的构成及工作原理,以除鳞系统核心装备的往复式柱塞泵装置在系统中的综合运行性能为研究对象,从装置的节能、可靠性和安全性3方面出发,以评价往复式柱塞泵装置综合运行表现力为目标,构建了完整的评价指标体系,以层次分析法(AHP)和模糊评价为核心,建立了评价指标体系评价要素权重分析方法,开展了评价指标体系评价要素实测物理参数模糊隶属度分析方法研究,在此基础上构造了基于AHP的高压水热态除鳞系统往复式柱塞泵装置综合运行性能模糊评价数学模型,形成了判定热态除鳞系统往复式柱塞泵装置综合运行力的评价方法,并通过实例分析了高压水热态除鳞系统往复式柱塞泵装置综合运行表现力评价指标体系评价要素的权重,以及评价要素实测物理参数模糊隶属度,对往复式柱塞泵装置综合运行表现力结果进行了分析,验证了该评价方法的可行性.
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  轴流泵叶片的参数化造型及多参数优化

  夏水晶, 袁建平, 孙潇, 周帮伦, 李彦军

  2016, 34(7): 603-607. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0215

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  为了实现轴流泵水力性能的自动优化,建立了基于I-sight软件的轴流泵叶轮设计优化平台,实现了模型更新、计算域网格划分、数值模拟计算以及数据读写的自驱动.为了避免传统优化过程中出现的反复造型所带来的问题,对基于圆弧法设计的轴流泵叶片通过进、出口角及不同位置的叶片厚度进行参数化解析,据此提出一种轴流泵叶片的参数化造型方法,实现以较少的变量控制叶片的外形.以轴流泵的水力效率为优化目标,以叶片二维截面的进、出口角为优化变量,以表征性能的参数扬程为约束条件,应用多岛遗传算法对一台比转数为1 500的轴流泵进行优化计算.结果表明:通过500次迭代计算,额定工况的水力效率由80.4%提升到82.4%;在(0.8~1.2)Q_BEP,泵的水力效率均有所提高,高效区域得到了扩大.该结论对于叶轮机械的水力优化和工程应用,有一定的价值.
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  基于河长制的河道保护管理系统设计与实施

  于桓飞, 宋立松, 程海洋

  2016, 34(7): 608-614. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0292

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  为了充分发挥“河长制”在河道保护管理实践中的作用,针对河长制实施过程中存在的信息单一、不对称等问题,从信息互连互通的角度探讨了传统河长制的升级管理模式和途径,并利用移动终端、移动互联、GIS、可视化等信息技术提出了基于河长制的河道保护动态监管模式.通过对实时监测信息、人工巡查信息、河道保护基础信息等多源信息的汇聚和跨界信息的共享,采用灰色关联分析方法对“控制节点—控制河段—对应陆域”的水环境动态响应进行在线实时分析监控,找到发展态势相对一致的关联因素、优势因素并进行关注和预警.在此基础上研发了河道保护管理系统,系统具有河道保护信息汇集与综合服务、移动巡查、河道保护成果分析展示、河道健康等级监控预警、绩效考核等功能.系统建设实现了对河道保护管理信息的汇聚共享,为实行河长制与片区制相结合的河道管理提供了信息支撑,可实现河道水环境响应关系的动态分析和实时监控预警,为河道保护和管理资源动态配置提供决策支持.
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  连续反拱底板结构水闸加固改造的有限元分析

  徐惠亮, 邵林, 王海俊, 周亚军

  2016, 34(7): 615-619. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0080

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  以某连续反拱底板水闸加固改造工程为例,建立反拱底板水闸改造前后三维有限元仿真数值计算模型,利用有限元计算软件模拟公路桥拱圈、工作桥的拆建,底板填平,新建支撑结构以及墙后减载等施工过程,实现拆除部分与新建部分的替换.通过改造前、结构拆除、减载、改造后4种工况的分析对比,研究了拆除、减载、新建过程对闸室底板应力状态的影响.研究结果表明:采用有限元计算可直观、准确地反应施工过程中底板应力变化趋势,主拉应力极值主要位于边孔部位;施工过程中,采取减载措施有效减小了底板受力,与未减载工况相比,底板主拉、主压应力极值分别减小了40%和55%,避免了施工期应力突变;反拱底板填平能够改善底板受力状况,改造后底板主拉应力减小了10%左右,主压应力由于受新建结构加重的影响有所增大.
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  液压闸阀卡滞现象的机理分析与试验研究

  张文斌, 顾海飞, 马群南, 李兵

  2016, 34(7): 620-625. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0260

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  针对某型液压闸阀出现的卡滞现象进行研究,分析该液压闸阀结构特征,预测影响闸阀卡滞的因素,进而根据船用液压驱动源压力波动特性,对闸阀的启闭特性进行理论计算和分析,获取该型闸阀在波动驱动压力下的启闭特性曲线,校核了设计的合理性;通过对闸阀零件实际加工尺寸进行检查和分析,找到了影响闸阀启闭状态的关键配合尺寸.最后模拟实船系统搭建相应试验台,复现了该闸阀卡滞现象,通过对影响闸阀启闭的配合尺寸进行控制,试验表明修复后的闸阀功能正常,适应船用波动驱动压力环境同时验证了闸阀计算分析结果的合理性.
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  基于RBF模型的消防水炮炮头多目标优化

  施哲夫, 薛林, 李红, 向清江

  2016, 34(7): 626-631. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0123

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  为了提高消防水炮的射程,以PSKDY40型消防水炮为原型,对炮头流道结构进行多目标优化.以炮头的喉管通径、喉管长度和喉部收缩角为变量,以最小化出口湍流动能和最大化出口平均速度为目标,使用拉丁超立方设计方法进行试验设计并结合数值模拟生成RBF近似模型.利用NSGA-Ⅱ算法对炮头流道结构进行多目标优化并得到了Pareto最优解集.分析结果表明:RBF模型具有较高的拟合精度,可以提高炮头流道的优化效率;选取的3个变量中喉管通径对炮头的喷射性能影响最大;优化之后的出口湍流动能和出口速度这2个目标均优于原始模型.
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  盐胁迫条件下施氮对小桐子光合特性的调控效应

  陈金陵, 杨启良, 刘小刚, 王卫华, 刘艳伟

  2016, 34(7): 632-639. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0020

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  为研究不同盐分胁迫条件下施氮处理后小桐子幼树光合特性的变化规律,采用温室小区试验,设置3种NaCl水平(土壤含盐率分别为S1: 0.2%, S2: 0.4%, S3: 0.6%),2种施氮水平(N1∶30 g/株, N2∶60 g/株)对小桐子幼苗进行处理.结果表明:小桐子具有一定的抗盐胁迫能力,但其光合能力随盐胁迫程度的增大而减小;小桐子光合速率随着施氮量的增大而增大,增施氮肥能有效缓解盐胁迫对小桐子光合生理的伤害,S3盐分处理下增施氮肥的缓解作用下降;经历短暂干旱期后灌水处理可有效提高小桐子光合速率;小桐子叶片光合速率日变化呈“双峰型”曲线,S2和S3处理的日平均光合速率较S1处理分别降低23.51%和37.97%,而N2处理较N1处理提高39.89%.试验3种盐分处理条件下,增施氮肥均有利于小桐子光合速率和水分利用效率提高,有利于提高小桐子光合能力和水分利用效率的最优组合为N2S1.
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  模拟退火粒子群优化投影寻踪的渠道防渗模式评价

  董丽丽, 于苗, 徐淑琴

  2016, 34(7): 640-644. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.15.0203

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  为了对渠道防渗工程的方案进行优选,采用模拟退火粒子群优化投影寻踪方法对渠道防渗模式进行优化评价.优化粒子群算法,使其在退火过程中接受优解,且还以一定的概率接受差解.同时利用模拟退火粒子群算法在搜索过程中具有概率突跳的能力,有效地避免搜索过程陷入局部极小解,提高了算法的收敛速度和精度.将该模拟退火粒子群算法与投影寻踪结合,建立了模拟退火粒子群优化投影寻踪模型,将该模型应用到灌区渠道防渗模式优化评价中,选取10个指标作为评判因子,提出适合该地区的干渠渠道防渗工程优化模式,其优劣排序依次为方案Ⅳ、方案Ⅱ、方案Ⅲ、方案Ⅴ、方案Ⅰ.研究表明模拟退火粒子群优化投影寻踪的评价模型对灌区渠道防渗模式进行综合评价是切实可行的,模拟退火粒子群优化投影寻踪的评价方法在解决实际问题中展示了其优越性,并取得了良好的应用效果.