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• 2017年, 35卷, 第9期
  刊出日期：2017-09-25

    

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  泵理论与技术
  
  

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  封面

  2017, 35(9): 700.

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  2017, 35(9): 701.

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  泵理论与技术

  隔舌圆角对核主泵环形压水室流动特性的影响

  程效锐^{1, 2}, 包文瑞¹, 符丽¹

  2017, 35(9): 737. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0174

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  为了研究核主泵隔舌圆角对环形压水室流动特性的影响,以缩比系数为0.4的核主泵模型泵为研究对象,通过改变隔舌圆角大小设计出11种方案,同时在压水室内建立10个截面,并以此表达压水室流场变化规律,通过数值方法对设计工况下不同方案泵内流场进行数值模拟.对模拟结果分析表明:压水室内压力沿主流流动方向先增大后减小,在以出口扩散管中心为起点沿主流流动方向旋转180°处压力最大;在设计工况下,环形压水室水力损失主要产生于以出口扩散管中心为起点沿主流流体流动方向的1/4环形流域内;隔舌圆角对泵性能有一定影响,在设计工况下隔舌圆角大小只对环形压水室性能有影响,对叶轮性能、导叶性能几乎没有影响;随着隔舌圆角增大,环形压水室水力损失先减小后增大,存在极小值使得环形压水室性能最优;<i>R</i>=50 mm时,环形压水室水力损失最小,泵性能最优.研究结果可为环形压水室隔舌圆角的设计提供一定的理论依据.
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  泵性能测试曲线分段最小二乘多项式拟合算法

  汤跃, 肖妹, 汤玲迪

  2017, 35(9): 744. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0047

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  针对现有水泵性能测试曲线拟合算法单一、对水泵非稳定性状态不规则、马鞍形等形状数据拟合精度差、近似效果不理想甚至丢失真实试验数据特性的现状,通过比较水泵性能曲线的各种拟合方法,分析了不同拟合方法在水泵特性曲线拟合中的优缺点,并针对特殊的水泵马鞍形性能曲线,设计了分段最小二乘多项式拟合方法.为了保证分段拟合曲线的连续可导性,在分段最小二乘拟合曲线的基础上,对各相邻分段曲线的分段点采用插值拟合的方法进行连接.最后通过试验验证,分别采用分段三阶最小二乘拟合算法和五阶最小二乘拟合算法对试验数据进行拟合,并对拟合结果进行对比分析.结果表明:采用分段最小二乘多项式的拟合方法对复杂特性曲线进行拟合,可以提高拟合曲线的拟合精度,并保证了拟合曲线的连续性.
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  蜗壳面积变化规律对低比转数离心泵性能的影响

  高波¹, 杜文强¹, 杨丽¹, 张宁¹, 王浩宇¹, 袁霄²

  2017, 35(9): 749. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0074

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  为研究不同蜗壳面积变化规律对离心泵性能的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,在保证叶轮及其他几何参数不变的前提下,针对4种蜗壳断面面积变化规律(即上凸式、线性式、下凹式和S形),进行泵内非定常数值计算及分析.结果表明:蜗壳面积变化规律在设计工况下对离心泵水力性能的影响较小,上凸式、下凹式和S形蜗壳面积变化规律的泵扬程和效率与线性式之差分别在1.4%和0.4%以内,而在非设计工况下,差异较大;不同蜗壳断面内的速度分布差异较大,线性式、下凹式和S形的速度分布较上凸式更为均匀;在设计工况下,上凸式和S形面积变化规律的蜗壳能有效降低泵内的压力脉动水平,其中S形面积变化规律的蜗壳效果最佳,而下凹式则会使泵内的压力脉动幅值增大;蜗壳面积规律变化引起叶轮周围静压分布变化,致使叶轮所受径向力的大小改变,线性式面积规律的泵叶轮平均径向力最小,上凸式面积规律的泵叶轮所受平均径向力最大.研究成果可为低脉动水平离心泵的优化设计提供一定参考.
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  叶片出口角对离心泵性能的影响及滑移系数修正

  曹卫东, 张忆宁, 姚凌钧

  2017, 35(9): 755. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0097

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  为研究不同叶片出口角对两级离心泵性能的影响,以 25-150/2-30/N型两级矿用潜水离心泵为研究对象,采用计算流体动力学软件CFX,基于N-S方程和SIMPLE算法,选用标准<i>k-ε</i>湍流模型,对4组不同叶片出口角下两级离心泵进行定常数值模拟.模拟得到不同叶片出口角下两级离心泵性能曲线,并对扬程、效率及功率进行对比分析,同时分析泵内部流场的压力和速度分布规律.结果表明:叶片出口角对离心泵性能有明显影响,随着叶片出口角增大,扬程逐渐上升,轴功率则在大流量区趋于平稳;内部流场中,叶轮进口低压区面积扩大,出口高压区面积缩小;叶片压力面低速区增大,叶轮流道靠近叶片压力面处出现旋涡.同时,应用数理统计和回归分析,以不同叶片出口角下离心泵的理论扬程为依据,对斯托达拉滑移公式修正.
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  前导叶叶片位置对灯泡贯流泵水力性能的影响

  戴景¹, 李彦军¹, 袁寿其¹, 戴启璠², 梁豪杰²

  2017, 35(9): 761. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0135

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  以南水北调东线淮安三站后置灯泡贯流泵装置为研究对象,采用ANSYS CFX数值模拟方法,并通过试验进行验证,计算并分析了不同的前导叶体叶片位置对进水流道水力性能以及泵装置能量特性的影响.结果表明:前导叶叶片由原设计位置向叶轮方向移动500 mm(此时与进水流道出水断面距离为0.064 5<i>D</i>)之后,设计工况下泵装置的效率较原来相比提高了1.28%;同时还使得进水流道的水力损失明显下降,降低了流道损失;改善了进水流道剖面的速度分布;不同工况下进水流道出水断面的轴向速度分布均匀度与速度加权平均角的值均有显著提高,转轮室的吸入流态得到了明显的改善.前导叶叶片位置对进水流道与泵装置的影响并不是简单的线性关系,前导叶体叶片位置与叶轮之间的距离存在着最优搭配.
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  滞洪区运行与浦阳江洪水位特性的响应关系

  张鸿清^{1, 2}, 戴会超³, 万五一², 包中进¹

  2017, 35(9): 767. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0248

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  以浦阳江为研究背景,通过建立二维水动力模型,分析了浦阳江各频率洪水与高湖不同泄洪总量组合工况下浦阳江流域的洪水位特性.结果表明,当浦阳江遭遇十年一遇洪水增至二十年一遇,再增至五十年一遇时,东、西江各典型位置点洪水位的平均降低值由0.62 m增至0.70 m再减小为0.59 m,即高湖泄洪对浦阳江东、西江洪水位影响的敏感性呈先增强后减弱的规律.在浦阳江相同频率洪水工况下,流域各位置洪水位改变量均随高湖泄洪总量增大而增大.而高湖相同泄洪总量工况下,浦阳江遭遇十年一遇洪水增至二十年一遇再增至五十年一遇时,流域各区域洪水位改变量呈先增后减的变化趋势.东、西江以及东、西江下游交汇口-出口河段的洪水位改变量自上而下均呈逐渐减小变化,而上游入口-东西江上游交汇口以及枫桥江河段则反之.研究结论可为优化高湖滞洪区运行提供指导.
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  一类非线性随机系统的分布控制方法

  丁云飞, 朱晨烜

  2017, 35(9): 774-779. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0063

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  为了解决实际生产过程中非线性控制系统受到的随机扰动,文中针对受到随机扰动的非线性系统,设计了一类随机分布控制方法.主要研究了非线性随机系统的稳态响应概率密度函数分布情况与控制目标的关系,其控制设计首先将含有随机扰动的实际模型变换成非线性系统哈密顿模型,然后利用非线性随机系统精确平稳解求解技术,使得受控系统的输出满足预先给定的概率密度分布;控制系统的收敛性通过引入李雅普洛夫函数的方法使得闭环非线性随机系统的输出收敛于一个预先设定的稳态目标概率密度函数,从而确保受控系统闭环稳定.仿真实例的结果表明该方法有效,能够使得受控系统追踪到预先设定的目标稳态概率分布.
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  Gurney襟翼对圆弧板翼型气动性能影响的数值模拟

  周鑫, 郑源, 李东阔, 蒋文青

  2017, 35(9): 780-784. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0155

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  为了分析Gurney襟翼对圆弧板翼型气动性能的影响,采用Fluent软件对无襟翼和带有不同高度Gurney襟翼的圆弧板翼型进行数值模拟.比较它们在不同攻角下性能的差异,分析其周围流场分布的变化,探究Gurney襟翼的增升原理.结果表明:Gurney襟翼改善了圆弧板翼型附近流场的分布,使其升力得到明显提高,并且襟翼高度越大,升力增加的越多;阻力在小攻角时略有减小,大攻角有所增大.在这两者共同影响下,翼型的升阻比在小攻角时获得较好提升.其中,襟翼高度为2%翼型弦长时,增升性能最好.流场中出现的卡门涡街和角涡是Gurney襟翼能够增升的关键因素.
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  河水滴灌重力沉沙过滤池中浑水流场分布规律

  陶洪飞, 戚印鑫, 杨海华, 马英杰,赵经华, 郑文强, 刘亚丽

  2017, 35(9): 785-791. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0125

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  为研究河水滴灌重力沉沙过滤池中的水力特性及流场分布规律,采用Fluent软件中的标准k-ε模型和混合物模型计算了其关键建筑物沉沙池内的水沙两相流流场,并将数值计算结果与物理试验实测数据进行了对比,发现数值计算结果与物理试验结果吻合较好,采用的数学模型可以模拟沉沙池中的水沙两相流运动过程,具有一定的准确性和可靠度.根据数值计算结果可知:沉沙池中浑水流速沿水深方向上的变化规律包含流速迅速增大、流速快速减小及流速恒定3个阶段;含沙量沿水深方向上的分布规律可分为清水层、等浓度层、沉降层和压缩层.基于数值计算结果,提出沉沙池尾部和侧向溢流堰处应采取一定措施,防止水流产生局部回流和旋涡,减少泥沙被带出沉沙池外,从而提高水沙分离效率.
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  推迟灌拔节水对不同种植模式冬小麦产量及品质的影响

  韩惠芳, 任玉洁, 高超, 闫振兴, 李全起

  2017, 35(9): 792-797. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0187

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  为探讨华北平原冬小麦控水提质种植模式,在2012—2013年冬小麦生育期间,采用常规种植和宽幅精播2种种植模式,每种种植模式都设冬小麦整个生育期不灌溉、于拔节期灌溉60 mm和于拔节后10 d灌溉60 mm共3种灌溉处理,研究了控水条件下不同种植模式冬小麦的籽粒产量及品质特性.结果显示:推迟灌拔节水显著增加了穗粒数、湿面筋含量和湿面筋指数.宽幅精播种植模式显著增加了冬小麦穗数.推迟灌拔节水显著提高了宽幅精播冬小麦的籽粒产量、籽粒蛋白质产量、吸水率、湿面筋含量和面团稳定时间.在冬小麦生育期间总灌溉量为60 mm条件下,推迟灌拔节水显著提高了宽幅精播冬小麦的籽粒产量和加工品质.研究可为华北平原冬小麦控水提质模式提供理论依据和技术支持.
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  陕北黄土区陡坡坡面因子对土壤水分的影响

  李增尧, 赵兴凯, 朱清科

  2017, 35(9): 798-805. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0114

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  为加快黄土高原植被恢复和植被构建速度,在研究陕北黄土区吴起县坡度、坡向分布特征的前提下,分别选取阴坡,半阴坡,半阳坡,阳坡的陡坡,每个坡向选取4个坡度级(35°,45°,55°,65°),分别分析其0~100 cm土层深度的土壤水分并进行聚类分析.结果显示:研究区内坡度在35°以上陡坡占当地总面积的39.0%左右;且阴向坡面积52.65%多于阳向坡47.35%;研究区内0~100 cm土层深度的土壤含水量随着土层深度的增加呈现增加趋势,且趋势越来越平缓;坡度越大,土壤含水量的垂直变化越强烈,阴坡坡度与陡坡土壤含水量的相关性最为显著;坡向因子主要影响坡面整体水分状况,而对陡坡土壤水分垂直空间分布规律影响较小;坡度、坡向和成坡时间因子对坡面土壤含水量的影响主要集中在0~40 cm土层深度内,对较深层土壤含水量影响作用较小;系统聚类分析结果同样显示,土壤含水量较为活跃的层次主要集中在0~40 cm土层深度内,阳坡35°坡面活跃层可达90 cm左右.
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  石羊河流域膜下滴灌土壤水盐空间分布特征

  杨正华, 王增丽, 董平国, 杨宏伟

  2017, 35(9): 806-812. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0076

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  通过田间试验,研究了膜下滴灌条件下,不同灌溉定额对春玉米生育期土壤水盐空间分布特征的影响.结果表明土壤含水量的时空分布受灌溉水量的影响.在灌溉期,0~20 cm土层土壤水分含量明显增加.随灌水定额的增加,土壤脱盐深度呈增大的趋势,其中,0~20 cm土层土壤脱盐现象明显,40~100 cm土层土壤积盐现象明显.在春玉米生育后期,灌水定额对滴灌带间的土壤淋洗作用较前期明显.在非灌溉期,由于较强烈的蒸发蒸腾作用,土壤含水量持续降低,作物的主要根系吸水层0~60 cm土层土壤水分含量阶段性变化明显.土壤盐分随土壤水分向上运移,在0~40 cm土层发生积盐现象,40~100 cm土层发生脱盐现象,畦灌方式在0~100 cm土层内均发生脱盐现象.膜下滴灌条件下,春玉米在拔节期前0~100 cm土层土壤含水率和含盐率变异系数分别属于中等变异和弱变异强度,之后两者均属于中等变异强度,且土壤含盐率变异强度始终低于土壤含水率.
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  不同增氧灌溉方式春小麦生长及产量比较

  刘鑫^,, 刘智远^,, 雷宏军^,, 臧明^,, 刘欢^,, 杨宏光^,, 李道西^,

  2017, 35(9): 813-819. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0054

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  以郑州黄黏土为研究对象,春小麦为供试作物,采用地下滴灌供水方式,设置1个对照(CK)和3个增氧处理(2个H₂O₂溶液HP0030和HP3000,质量浓度为15 mg/L;1个循环曝气处理VAI,掺气比例为15%),采用SigmaPlot 12.5进行统计分析(P≤0.05),对比研究不同增氧灌溉方式对作物生长及产量的影响.结果表明:(1) 与对照相比,处理VAI的各根系指标显著提高:在拔节孕穗期、抽穗扬花期,春小麦叶片的气孔导度、蒸腾速率和净光合速率分别提高25.46%,3.15%,12.80%和15.63%,13.00%和14.47%.处理HP0030在拔节孕穗期的叶片蒸腾速率下降了3.81%,而气孔导度和净光合速率差异不具有统计学意义;在抽穗扬花期,叶片的气孔导度、净光合速率分别下降了10.94%和8.56%,但蒸腾速率的差异不具有统计学意义.处理HP3000的3项指标差异均不具有统计学意义.(2) 与对照相比,处理VAI的春小麦产量、水分利用效率均显著提高,处理HP0030的均显著下降,而处理HP3000的产量、水分利用效率的差异均不具有统计学意义.综合分析表明,循环曝气处理可以显著促进春小麦根系生长,增强作物长势,提高产量,而H₂O₂增氧处理对春小麦根系生长、植株长势、产量产生了一定负面影响.
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  限量灌溉和遮阴对干热区小粒咖啡生长、光合及产量的影响

  齐韵涛, 刘小刚, 余小弟, 朱益飞, 韩志慧, 余宁, 杨启良

  2017, 35(9): 820-828. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0255

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  为了探明云南干热河谷区小粒咖啡高产的灌溉和遮阴优化模式,设置了3个灌水处理(高水W_H,中水W_M和低水W_L)和4个遮阴处理(S_H,遮阴度95%;S_M,遮阴度75%;S_L,遮阴度55%;S₀,自然光照),研究了不同的灌水和遮阴对小粒咖啡生长、光合特性日变化、叶片水分利用效率、叶片光能利用效率和产量的影响.结果表明,与W_L相比,增加灌水分别提高了株高和新枝长度5.60%~12.39%和10.83%~19.50%,叶片水分利用效率、叶片光能利用效率和干豆产量分别提高了16.98%~36.79%,61.64%~121.95%和47.27%~120.76%.与S₀相比,S_L的日均净光合速率、气孔导度、叶片水分利用效率、叶片光能利用效率和干豆产量分别增大了5.85%,10.80%,6.64%,28.51%和20.05%.与W_LS₀相比,增加灌水和遮阴,能同时增大叶片水分利用效率、叶片光能利用效率和干豆产量13.94%~44.47%,7.96%~231.04%和44.55%~143.41%,处理W_HS_L的干豆产量最大,为6 131.84 kg/hm².因此,从最佳产量角度考虑,干热区小粒咖啡的水光耦合模式为W_HS_L组合.