排灌机械工程学报

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泵理论与技术

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2017, 35(12): 1001.

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泵理论与技术

2017, 35(12): 1002.

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纳秒激光诱导空化空泡的作用特性及影响

佟艳群^,, 黄建宇, 吴笑漪, 袁寿其, 任旭东^,

2017, 35(12): 1013-1017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0206

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为了解决水力机械的空化空蚀物理过程复杂、表面抗蚀技术难度大的问题,采用可控性好的纳秒脉冲激光诱导空泡,利用高速摄影技术采集等离子腔体、空化冲击波、空泡脉动过程等特征图像,分析激光参数对空泡尺寸、脉动时间等空泡特性的影响,结合水听器采集的声波信号,分析激光空泡的冲击波压力特性,测定激光作用区域的残余应力表征材料表面性能,分析出激光参数与表面性能间的关系．结果表明:半圆形等离子体腔由激光光学击穿效应产生,激光能量越大,空泡脉动周期越长,空泡的尺寸也越大．在激光空泡回弹时,采集到清晰的冲击波图像,冲击波压力与激光能量几乎呈线性关系．小能量激光作用下残余压应力值与原始值接近,大能量激光作用下残余压应力值迅速增大,且与激光能量几乎为线性关系,作用力稳定．这些结果为空化空蚀的机理研究和抑制对策提供参考.

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颗粒粒径对导叶式离心泵动静叶栅内流动的影响

李仁年^,, 陈昊, 韩伟^,, 李雪峰, 刘慧娟

2017, 35(12): 1018-1023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0197

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为了研究不同粒径的颗粒对动静叶栅内固液两相涡流结构演化过程的影响,以导叶式离心泵作为研究对象,采用ICEM软件对研究对象进行六面体网格划分,选用Mixture混合模型和LES大涡模拟对导叶式离心泵进行全流场三维模拟计算.对比分析0.1,0.2和0.3 mm这3种粒径下的颗粒对动静叶栅内涡量演化和叶轮-导叶内压力脉动,结果表明:随着颗粒粒径不断增大,叶轮区域颗粒体积分数总体不断减小,而且颗粒分布更加不均匀,在导叶区域,随着颗粒粒径增大,导叶背面出现明显的颗粒聚积区.由于颗粒在叶轮、导叶内的受力不同,导致随着颗粒粒径的增大,导叶部分的压力不断减小,但叶轮区域压力变化并不明显.受到叶轮与导叶动静干涉的作用,颗粒在叶轮、导叶内受到的作用也不相同,尤其在叶轮与导叶交接处,脉动十分不稳定.

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双流道泵内瞬态动力学特性

谈明高, 廉益超, 吴贤芳, 丁荣, 陈昆

2017, 35(12): 1024-1029. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.1025

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为研究双流道泵输送固液两相流时瞬态动力学特性,基于Mixture多相流模型和拓展的标准k-ε湍流模型对泵内流进行了非定常数值计算,研究了隔舌附近间隙流道内压力脉动及外径对叶轮径向力的影响,并对D₂=101,103,105 mm时能量性能进行了试验验证.研究结果表明,在清水及两相流设计工况下,间隙流道内各监测点处压力脉动主频均为叶频,且颗粒加入后各监测点处压力脉动强度均有不同程度减弱且最大减弱了25.86%.输送固液两相流时,D₂=105 mm和D₂=101 mm时设计工况和小流量下叶轮径向力的分布与变化具有一定的规律性,大流量工况时各D₂下的规律均比较明显;随着流量的增大,叶轮径向力矢量中心均从蜗壳断面8向断面4移动,且不受D₂的影响.

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高比转数蜗壳式混流泵准三元水力设计与数值计算

杨敬江,姚登杰,向清江,刘成强

2017, 35(12): 1030-1035. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0069

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针对高比转数蜗壳式混流泵水力设计研究偏少的现状,在准三元设计理论的基础上,采用不考虑黏性的三元反问题设计与考虑黏性的三元正问题数值计算相结合的方法,设计得到了比转数为603的蜗壳式混流泵,以深入探索三元水力设计方法在开发高比转数蜗壳式混流泵的适用性.在三元反问题设计过程中,首先采用二元水力设计方法得到初始的混流泵模型,然后给定“S”型速度矩沿轴面流线的分布规律,完成新的蜗壳式混流泵的水力设计.应用计算流体力学软件CFX,采用标准k-ε湍流模型,SIMPLE算法求解三维稳态不可压缩雷诺时均N-S方程,分别在设计工况、小流量和大流量工况下对新型泵进行了数值模拟,并且分析对比了泵的水力性能.数值模拟计算结果表明,新型泵叶轮和蜗壳内部流线整齐有规律,叶片工作面和背面静压力分布均匀合理,叶轮叶片轮缘和轮毂附近速度矩沿轴面流线自进口边到出口边的分布规律基本符合“S”型,并且在设计工况下的效率比采用速度系数方法设计的原型泵有了提高,满足了对高比转数蜗壳式混流泵水力性能的要求.

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高速消防泵的设计及分析

杨秀鑫, 宋文武, 魏立超, 石建伟, 王鑫

2017, 35(12): 1036-1041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0118

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为了解决现有车载消防泵体积大、扬程低等缺点,使其可以在超高层建筑消防领域发挥显著作用,采用加大流量法,并参考无过载设计理论,同时采取加装诱导轮及扩大喉部面积等措施设计了1种高转速离心式消防泵.采用UG软件对该泵进行建模,并采用Ansys软件,基于RNG k-ε湍流模型对该泵的水力模型进行三维定常全流场数值模拟.计算结果表明,该泵性能曲线平坦,效率较高,高效率区域较宽,同时不易发生过载现象,在150%流量处,扬程为额定扬程的71.3%,并检测到关死点扬程为额定扬程的126.7%.通过速度矢量图与静压力云图,分析了该泵诱导轮、叶轮、涡壳的定常流动规律,分析显示,诱导轮可以有效提高泵的空蚀性能,该泵速度场分布均匀,叶轮叶片静压力分布合理,泵内部流动相对稳定,满足了消防泵的相关规范要求.

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出口背压对双螺杆泵做透平的性能影响

蒋小平, 刘思晗, 王洋, 吴家辉, 李伟, 朱嘉炜

2017, 35(12): 1042-1047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0229

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基于螺杆泵在液力透平能量回收技术领域的广阔应用前景,针对最广泛使用的双螺杆泵A型线,结合动网格技术以及数值模拟的方法对特定螺杆造型参数下的双螺杆泵做透平进行了流体动力学多工况仿真.首先对建立的模型进行网格划分及无关性检查以确定最佳网格划分方案,然后对不同透平出口背压条件下的能量回收特性进行了对比分析,分析结果表明:螺杆进口面到出口面压力受啮合线影响而始终保持着阶梯型的压力分布,且相连通的密封腔保持相同的压力等级;齿间间隙与径向间隙泄漏是影响透平效率的主要因素,泄漏量、泄漏流速随出口背压升高而减小,从而导致效率也会随出口背压升高而有所增加;压差对螺杆所受扭矩以及轴向力具有非常明显且直接的影响,扭矩及轴向力随背压升高呈线性下降的变化趋势,同时主螺杆相比从螺杆要产生更大的扭矩以及承受更大的轴向力.

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基于模糊控制的疏浚泥射水抽真空装置真空度可调设计

冯旭松^,, 向清江, 吉锋^,, 骆寅

2017, 35(12): 1048-1053. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0146

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基于变频调速方法改变射流泵喷嘴处的喷射强度,从而改变抽真空能力,实现射流泵抽真空装置的真空度可调.以MSP430F149单片机为主控模块设计了控制系统的硬件,并采用模糊控制的方法实现离心泵转速控制,在搭建的试验台上开展了真空度可调试验.结果表明:所设计的射流泵尺寸结构不变时,真空度随离心泵转速提高(或者射流泵工作水流量的增大)而增大;射流泵抽真空试验装置真空度调节范围在0~92 kPa,真空度控制精度在5 kPa以内,达到稳定的设定值所需要的实际时间在25 s以内;试验结果表明模糊控制的方法具有自适应强的特点,装置能获得稳定可靠的真空度控制.对比闸阀调节真空度的方法,变频形式具有节能的优点,真空度可调的特性将在井点降水等其他抽真空领域中获得应用.

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基于时间序列模糊贴近度特征与改进SVM模型的水电机组轴心轨迹智能诊断

薛延刚, 牛广文, 赵海英, 王勇劲, 乔芳

2017, 35(12): 1054-1057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0035

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轴心轨迹是判断转子正常运行与否的一类重要图形征兆,是旋转机械状态监测的重要目标,可以直观、形象地表达出设备的运行状况.提出一种新的水轮发电机组轴心轨迹智能诊断方法.这种方法根据水轮发电机组的特点,应用了模糊贴近来度量时间序列之间的距离特征,应用改进SVM对时间序列特征进行智能诊断,提高故障诊断系统的自动诊断水平及准确率.

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分流式热量表流道模型

赵光霞^,, 徐坤, 陈风明

2017, 35(12): 1058-1062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0156

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针对一种新型的分流式热量表的结构模型,采用了RNG的流体湍流模型,建立了偏心流道不同开度大小和不同偏离角度的数学模型,通过Fluent仿真软件,分析了这种分流式热量表的分流结构以及内部流体的运动特性,并针对试验中模拟的分流式流道模型,采用流体动力学计算方法,对分流式流道结构优化后不同宽度流道流场进行了数值模拟和分析计算.模拟结果表现出了分流式流道内流体的湍流特性,同时研究分析表明了分流式流道与叶轮叶片呈一定角度时,水流可以较好地增强叶轮叶片的作用力.通过对分流式流道开口大小、偏离角度的优化等研究,为提高分流式热量表的测量精确度提供了良好的理论基础.

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高压喷射喷孔结构参数对空化现象的影响

王鹏, 王忠, 瞿磊

2017, 35(12): 1063-1068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0183

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空化现象产生的空穴具有不稳定性,空穴的产生和溃灭会对高压喷孔内的流体流动产生扰动.柴油机喷油器喷孔是高压喷射喷孔的典型形式.采用ANSYS软件中的Fluent模块,模拟了柴油机喷油器在不同喷油压力条件下,喷孔不同入口圆角半径、中径比对喷孔内燃油空穴形态的影响,并分析了空化现象存在时,喷孔结构参数对燃油质量流量的影响.结果表明,在喷油压力一定的情况下,增大喷孔入口圆角半径、改变中径比为d/D<1.0或d/D>1.1均对空化现象有抑制作用,随着压力增大,抑制作用增强;中径比1.0<d/D<1.1对空化现象有促进作用,随着压力增大,促进作用增强.增大喷孔入口圆角半径、中径比,可以提高喷孔内燃油的质量流量,在较高喷油压力时提升效果更为明显.

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水分亏缺对苗期玉米生理特性的影响

吴立峰^,, 杨秀霞, 燕辉

2017, 35(12): 1069-1074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0206

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为揭示亏水对苗期玉米生理特性的影响,对不同水分处理下苗期玉米叶片光合荧光特性、生理伤害及保护机制的变化规律进行了分析.结果表明:亏水造成的ABA积累能够有效地诱导叶片收缩,并进一步引起光合速率降低;轻、中度水分亏缺还会导致水分利用效率的显著升高,但重度亏水条件下水分利用效率又降至对照水平.同时,轻度亏水条件下,叶片能够通过耗散过量激发能维持最大光化学效率的稳定;但中、重度亏水处理后,光保护能力会被光能过剩所超越,从而导致最大光化学效率的降低.此外,水分亏缺还会诱导叶片活性氧(与H₂O₂)的大量生成;玉米在轻度亏水处理后会通过增强叶片抗氧化酶(SOD与CAT)活性与非酶渗透调节物质(脯氨酸与可溶性糖)抗氧化能力来减轻亏水造成的生理伤害.但中、重度亏水条件下,活性氧的积累超出了叶片酶与非酶系统的抗氧化能力,玉米叶片膜脂过氧化程度加剧.可为依据玉米生理特性优化其水分利用提供了理论指导.

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农田渍害监测预警系统设计与应用

贾艳辉^,, 费良军, 黄修桥, 范永申^,, 李金山^,, 马春芽

2017, 35(12): 1075-1080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0158

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为了提高农田水分管理降低渍害对农作物的影响,开发了基于田间积水及作物根区水分信息监测的农田渍害智能化预警系统.该系统由水分信息传感器、数据采集及无线传输模块、数据处理模块、农田渍害预测以及灾情结果发布模块6部分组成,可实现农田积水及土壤水分状况的连续监测,并通过无线传输系统将农田实时水分信息传输至数据处理终端,根据该系统预测部分的决策支持系统对农田渍害进行评估和预测.在田间试验的基础上,确定了该系统预测模块数学模型中的相关参数,提出了适用于农田渍害评估和预报方法.实地应用结果表明,实时监测结果及预警精度均能达到农田水分管理的需求,而且该系统监测部分小巧轻便,预警终端部分界面友好操作简单实用价值较高.对提高当地排涝管理水平、减小农田渍害对农业生产的影响具有显著效果.

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土壤容重对红壤水分垂直入渗特性的影响

曾健, 费良军, 裴青宝^,

2017, 35(12): 1081-1087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0294

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为分析红壤地区土壤容重对水分入渗的影响并将其应用于指导灌溉生产,以江西红壤土为研究对象,采用垂直一维入渗方式模拟土壤容重对红壤中水分垂直运动规律影响.结果表明:在同一时刻湿润锋、累积入渗量、入渗率均随土壤容重的增大而减小,时间对湿润锋运移及累积入渗量影响程度相比于土壤容重较高,湿润锋与累积入渗量呈线性关系;入渗初期土壤容重对入渗率影响程度较高,随着入渗的进行其影响程度逐渐减小;饱和导水率与土壤容重呈负幂函数关系,Green-Ampt模型与 Philip模型中饱和导水率模拟值在土壤容重大于1.30 g/cm³时相对误差小于9.62%,计算精度较高;再分布过程中,土壤容重越大,同一土层高度上土壤含水量越小,0~50 cm土层中土壤含水量随再分布时间增大而明显减小,土壤容重对含水量影响具有统计学意义(P<0.05),50~70 cm土层中土壤容重对其变化影响不具有统计学意义.该研究成果可为红壤地区农作物的灌溉提供理论支撑.

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精量水肥灌溉系统控制策略及验证

张育斌^,, 魏正英, 朱新国, 胡杨, 李林章

2017, 35(12): 1088-1095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0038

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针对农业施肥灌溉过程中的水和肥液浓度精准控制问题,设计了基于模糊PID控制技术,应用电导率EC值和pH值的调控技术,开发了精量水肥灌溉控制系统.进行了开环阶跃响应试验和继电振荡调试试验,分析得到系统为非线性、惯性、滞后的复杂系统.结果表明,对EC值检测采用PID控制虽有控制精度高的优点,但在肥液浓度变化较大时控制性能恶化.运用开环阶跃响应、PID控制技术和模糊控制技术,设计出EC值的智能PID控制器,试验表明其具备PID参数自整定能力,控制性能优良,稳定时间180 s内,精度±0.15 mS/cm,超调量<15%.

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新型双绕组无轴承磁通切换永磁电机的设计与分析

孙宇新, 吴昊洋, 施凯, 唐敬伟, 沈启康

2017, 35(12): 1096-1104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0044

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为了克服传统的转子永磁型无轴承电机的永磁体冷却条件差、散热困难、转子机械强度低等问题,提出了一种新型无轴承磁通切换永磁电机.该电机绕组和永磁体均放在定子上,转子仅由带有凸极的铁心组成,转子结构简单,适合需要1次性转子的人工血液泵的场合.该电机结合了无轴承永磁电机和磁通切换永磁电机的特性,具有悬浮力密度和转矩密度高、悬浮力脉动和转矩脉动低、转矩和悬浮力耦合程度低以及直接方便的悬浮力调节性能等优点.首先介绍了该电机的结构和运行原理,其次建立了电磁转矩和悬浮力的数学模型,以增大转矩密度与悬浮力密度和减小转矩脉动与悬浮力脉动为目标,对该电机的关键尺寸参数进行了优化设计.最后基于有限元法分析了该电机的空载反电动势、转矩、悬浮力以及转矩与悬浮力之间的耦合等电磁性能,验证了该电机的优点.

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