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• 2018年, 36卷, 第2期
  刊出日期：2018-02-25

    

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  泵理论与技术
  

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  封面

  2018, 36(2): 91.

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  目录

  2018, 36(2): 92.

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  沙粒体积分数对离心泵磨损特性影响的数值分析

  赵伟国^,, 郑英杰^,, 刘宜^,, 韩向东^,

  2018, 36(2): 93-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0179

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  为了研究含沙水流条件下沙粒体积分数对离心泵磨损特性的影响,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,基于离散相模型(DPM)和Finnie塑性冲蚀磨损模型,沙粒粒子注入选用R-R分布拟合方法,对一比转数为196的单级单吸离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟．通过对比清水介质时泵外特性试验数据与数值模拟结果,验证了数值计算方法的可靠性．研究结果表明:随着沙粒体积分数的增加,离心泵过流部件的磨损强度逐渐增大,且磨损部位主要集中在叶片进口边、叶片背面、叶片工作面靠近叶片出口的位置以及蜗壳的第2断面和第4断面附近;随着沙粒体积分数的增加,沙粒运动轨迹逐渐趋于紊乱,离心泵的扬程和效率逐渐降低．
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  透平工况动静叶栅内固液两相流动压力脉动特性

  韩伟^,, 李雪峰^,*, 苏敏, 李仁年^,, 陈昊^,

  2018, 36(2): 99-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0215

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  为了研究泵作透平过流含沙水时动静叶栅内非定常流动所引起的压力脉动特性情况,以径向导叶式离心泵反转作液力透平为研究对象,对全流道进行结构化六面体网格划分,采用大涡模拟(large eddy simulation, LES)与Mixture多相流模型相结合的方法进行了三维非定常数值计算.分别对清水介质和固液两相介质3个流量工况下的压力脉动进行了监测.结果表明:清水介质和固液两相介质下,动静叶栅交界面处监测点P_{3和导叶内监测点P6由于受到叶轮内压力梯度的交替变化影响,时域脉动周期性明显,且与叶片通过周期一致.小流量工况下,颗粒的存在减少了尾水管回流,使得压力脉动较清水介质更稳定,大流量工况下,颗粒的存在加剧流场紊乱.压力脉动频域分布结果显示,不同工况的主频均为叶片通过频率,谐频为叶频的倍数,其幅值呈指数形式衰减.在小流量工况下,叶轮内部涡流诱导了明显的二次谐波,流体介质中的颗粒使得此处的高频压力脉动得到了增强.大流量工况下,流体介质中的颗粒使得此处的高频压力脉动得到了削弱.}
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  叶片形状对倒伞曝气机性能的影响

  明加意^*, 董亮^,, 刘厚林, 赵宇琪, 姚瀚

  2018, 36(2): 104-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0101

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  为了探究直叶片和倾斜叶片对倒伞曝气机性能的影响,获得不同叶片形状倒伞曝气机驱动下氧化沟的流场特性,以1个符合几何相似、运动相似和动力相似理论的缩比双倒伞曝气机驱动下的氧化沟模型为研究对象,采用VOF自由液面模型与标准k-ε湍流模型相结合的方法,对不同叶片形状的倒伞曝气机驱动下的氧化沟内部流动进行了三维数值模拟.结果表明,2类倒伞曝气机消耗的功率相近,叶片形状的不同影响着倒伞曝气机的充氧能力和推流能力:直叶片倒伞曝气机驱动下,氧化沟过轴截面的气相体积分数较倾斜叶片大0.66%;直叶片倒伞曝气机对表层水域的推动能力较强,而倾斜叶片倒伞曝气机则对底层流体有较强的推动能力,沟底死水区相较于直叶片倒伞曝气机减小0.70%,且倒伞曝气机附近的流体能以较快的速度流向壁面;在双倒伞曝气机驱动下,氧化沟内的流动呈对称分布,下游倒伞曝气机能够明显提升和加速来流速度.
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  叶轮几何参数对离心泵断裂空化性能的影响

  康俊鋆^*, 朱荣生, 王秀礼, 刘永, 钟伟源, 张本营, 戚龙喜

  2018, 36(2): 111-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0173

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  为了改善离心泵的空化性能,研究离心泵断裂空化发生机理,对1个比转数为134的单级离心泵进行空化性能的模拟计算,通过改变叶轮的进口直径、叶片进口安放角和叶轮出口宽度进行数值模拟,根据模拟结果预测了模型泵的空化性能,并分析不同空化余量下叶轮流道内的气泡分布.研究结果表明:在额定工况下,随着进口压力的降低,空泡首先在叶片背面进口边附近产生,然后随着叶轮旋转沿流道向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增加向叶片工作面扩展;叶轮流道内气泡呈不对称分布的主要原因是由于叶轮与蜗壳的动静耦合作用,使叶轮叶片表面的压力分布不对称造成的;与叶轮进口参数相比,叶轮出口宽度的变化对离心泵空化性能的影响不大;当增大叶片进口安放角后,减小了叶片的弯曲程度,叶片进口的过流面积增大,空化性能得到改善,相同进口压力下的空化余量值减小;在进口直径和进口安放角的变化过程中,均存在一个最佳值,最佳值对离心泵效率和空化性能的提高具有重要意义.
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  轴流泵马鞍区水力性能与压力脉动测试与分析

  何乃昌, 谈明高^*, 刘厚林, 黄鑫, 吴贤芳

  2018, 36(2): 118-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0175

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  为了分析轴流泵在马鞍区工况的运行特性,对一轴流泵不同工况下的外特性和压力脉动进行了测试,重点分析了轴流泵马鞍区水力特性和压力脉动特性.试验结果表明:模型泵H-Q曲线在0.50Q_d~0.60Q_d内表现出明显的马鞍形,且扬程在马鞍区内0.55Q_d工况时达到最小值,较0.60Q_d工况扬程降低0.33 m,为设计工况下扬程的5.5%;叶轮进口和泵出口处压力脉动具有较为明显的周期性,单个周期内压力脉动表现出明显的4波峰4波谷特征;0.55Q_d工况时,叶轮进口处压力脉动峰峰值为设计工况的2.3倍;各工况下导叶中间和出口处压力脉动规律较为复杂;叶轮进口压力脉动主频为叶片通过频率,0.55Q_d工况叶频处的幅值最大,高于设计工况27.6%.小流量工况下,导叶中间、导叶出口处压力脉动在频域内出现较多低频信号,压力脉动频率成分较复杂.泵出口压力脉动主频在1.00Q_d工况下明显表现为叶频.研究成果可为轴流泵不稳定运行特性的优化提供参考.
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  尾水管加装整流筒后对其内部流态的影响

  杨栗晶^*, 晏成明, 张军, 邓志辉

  2018, 36(2): 124-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0214

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  通过在尾水管的通道内设有前后两端开口的整流筒,利用CFD技术对典型工况进行了对比模拟研究,探究了加装整流筒前后对尾水管内部流态的影响.研究结果表明,在典型工况下,尾水管出口断面的压力分布相对比较均匀,整流筒直径为1.05D₁时,压力升高最明显.计算了在不同条件下尾水管整流筒进口断面位置中心到壁面静压分布、整体轴中心截面压力分布以及监测了尾水管整流筒在进口处断面壁面上记录点的压力脉动随时间的变化情况.研究显示:整流筒直径为1.05D₁时对改善尾水管内部压力场分布和抑制空化带来的影响起到了积极作用,安装整流筒的尾水管中轴面压力梯度减小,在尾水管的进口截面旋涡分散且数量减少,同时减小了中轴心与尾水管壁面的压差,尾水管的流场稳定性增加.
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  基于灰色综合评价模型的水利工程承包企业信用评价

  冯婉茹^*, 刘永强

  2018, 36(2): 129-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0216

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  为了对水利工程承包企业的信用进行评价,采用灰色系统理论.从综合素质、竞争能力、管理水平、财务状况、市场行为、企业信誉6个方面建立评价指标体系,利用改进的灰色关联度方法确定指标权重,此外,提出5级评价等级标准,构建了灰色综合评价模型.利用所构建的水利工程承包企业信用评价灰色模型,以江苏省新沭河治理工程中某承包企业为例进行综合信用评价,得出其综合信用等级为“一般”,与模糊综合评判法得出的结论吻合.信用明细表明,该企业竞争能力较好,管理水平一般,财务状况一般,企业信誉一般,在市场行为方面有待提高,今后要注重提高施工质量,完善规章制度和施工记录,严格执行验收程序,落实安全生产,合理安排施工进度.研究表明,灰色综合评价模型对水利工程承包企业的信用评价有效可行,有助于企业完善自身不足,对水利工程承包企业的优选排序具有一定的参考作用.
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  A wind tunnel experiment of self starting capability for straight bladed vertical

  TAGAWA Kotaro, LI Yan

  2018, 36(2): 136-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3012

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  In this study, wind tunnel experiment has carried out to investigate the selfstaring capability for straightbladed vertical axis wind turbine. The flow visualization has also been performed at the rest of the rotor. The effect of the azimuthal angle of blade position relative to wind direction on the selfstarting capability was discussed based on the results of flow visualization. The torque and the centripetal force of the rotor when the selfstarting behavior starts were roughly calculated by using the result of flow visualization of the rotor. It was suggested that there exist the condition of wind speed and configuration of the blade position of the rotor at the rest of rotor to the reach to situational rotation number.
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  非对称翼型反装对H型垂直轴风力机流场分布的影响

  李寿图^,,*, 杨从新^,,, 史广泰, 张旭耀^,

  2018, 36(2): 141-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3001

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  H型垂直轴风力机(H-VAWT)是典型的升力型垂直轴风力机,且有集群式发展的潜力和优势.文中采用数值模拟的研究方法,建立二维模型,对比分析了使用非对称翼型的H-VAWT叶片反装时的流场结构,以及反装时叶片数对H-VAWT流场分布的影响.结果表明:对于非对称翼型的H-VAWT,叶片反装所产生的尾流湍流强度较叶片正装时大,且尾流的恢复能力差,进而影响到H-VAWT在风场中的布局,但是叶片的正装和反装对H-VAWT附近外流场中Y方向上流场分布的影响基本一致;随着叶片数的增加,反装叶片的H-VAWT本身产生尾流的湍流强度增加,这增强了下风轮区域叶片和上风轮区域叶片所产生湍流的相互作用,但是叶片数为3时,叶片的正装和反装所产生的湍流差别不大.
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  考虑小攻角影响立轴风轮气动性能改善方法

  赵振宙^*, 钱思悦, 郑源, 汪瑞欣, 曾冠毓

  2018, 36(2): 146-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3002

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  立轴风力机叶片在旋转1周中其攻角正负转化,在0°和180°方位角攻角为零,表现为负力矩,这降低了叶片的平均力矩,也降低了升力型立轴叶轮整体性能.首先概述了升力型立轴叶轮的研究现状,分析指出目前的研究均主要针对叶轮整体机构、叶片结构及流场情况进行大攻角高性能区域的改善,未减轻小攻角区域的影响.针对此问题,提出了2种考虑小攻角影响的立轴风轮气动性能改善方法,干扰气流方法和新变桨方案.前者主要消除0°和180°位置角零攻角和负力矩,后者通过改变高性能区的范围来减小特殊位置角的影响并产生新的性能极大值点.基于叶素动量理论,建立双盘面多流管模型,分别运用于NACA0012翼型、旋转半径为2 m的2叶片Φ型、H型立轴风力机,并且采用Matlab程序设计语言进行相应计算研究.研究结果显示这2种方法大幅度地降低了负力矩影响范围,整体效果改善显著,上盘面都优于下盘面.
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  自适应风速垂直轴风力机的阻升转换特性

  曲建俊, 王景元^*, 许明伟, 李岩

  2018, 36(2): 154-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3004

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  为了研究自适应风速垂直轴风力机(VAWT-SWS)运行模式的变化规律,设计制作了含有活动和固定叶片的直叶片垂直轴风力机,同时制作出与活动叶片和固定叶片贴合后形状相同的直叶片垂直轴风力机.搭建出风洞试验台,在固定风速和风力机高度条件下,通过增减支撑臂的数量和长度,研究了风力机的叶片数和直径对自适应风速垂直轴风力机阻力和升力运行模式转换的影响.借助于风洞试验获得风力机转矩随尖速比的变化曲线,并与相同参数的直叶片纯升力垂直轴风力机进行了比较,以转矩的接近程度作为判据,判定了自适应风速垂直轴风力机所处的工作模式.试验结果表明:在一定条件下,自适应风速垂直轴风力机可以进行工作模式的自动转换,增加叶片数可使风力机阻升转换所需尖速比降低,而增大风力机直径可使阻升转换所需尖速比提高.研究结果可以为自适应风速垂直轴风力机的设计提供理论指导.
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  Savonius风力机静态流场PIV可视化试验研究

  李岩^,, 赵守阳, 曲春明, 冯放^,, 李奇志

  2018, 36(2): 159-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3010

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  为了探明Savonius风力机参数对其静态起动性能的影响,以重叠比为研究对象,选取重叠比分别为0，02，05这3种Savonius风力机模型,利用PIV测试系统对一定雷诺数、不同方位角下模型叶片周围流场进行试验,同时利用CFD计算软件对相应模型叶片进行数值模拟计算,分析模型叶片的力矩特性和周围流场．通过对比试验结果和计算结果来揭示具有不同重叠比的Savonius风力机在不同方位角条件下涡的分布情况以及能量利用规律．结果表明,当Savonius风力机叶片之间存在重叠比时可以消除叶片附着面附近的涡,使流动更加稳定,提升转矩系数,从而提高Savonius风力机的静态起动性能;然而当重叠比过大时会导致气流在间隙处的流向不明显,易产生新的涡使其静态起动力矩减弱,因此只有适当的重叠比才对改善Savonius风力机静态起动性能有帮助．
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  从纵横向流场分析垂直轴风力机功率随转速的变化

  冀文举^,, 汪建文^,, 薛朔^*, 肖畅, 高志鹰^,

  2018, 36(2): 166-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3009

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  为了进一步明晰风轮转速对垂直轴风力机功率输出的影响,以某垂直轴风力机为研究对象,基于Fluent计算软件,采用SST k-ω湍流模型结合滑移网格技术,利用SIMPLE算法迭代,采用二阶迎风格式对垂直轴风力机进行非稳态计算.计算得到了不同转速下的风轮输出功率,通过将计算结果与试验结果进行对比分析,进一步验证了风轮功率随转速变化的规律.风轮速度场研究给出了尾迹不同位置处的纵向剖面速度云图,其中尾迹纵向剖面速度云图中的低速区出现了竖直方向对称而横向不对称现象.同时,通过对比风轮在不同转速下的尾迹流场纵向剖面速度云图和横向涡量场云图的差异发现风轮在额定转速下吸收风能最多,涡量损耗最小,并分析这种现象的诱因,从纵向流场和横向流场双重角度解析了风轮在额定转速下输出功率最大的原因,更加清晰地揭示了风轮输出功率随转速变化规律的机理.研究内容通过纵向截面和横向截面双重角度展现了风轮流场的变化,可为垂直轴风力机的设计和气动性能改善提供参考.
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  元谋干热河谷区近60年干湿状况和气温变化特征分析

  刘艳伟, 王淑莹^*, 屠星磊, 杨启良

  2018, 36(2): 172-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0284

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  为了探寻近60 a来干热河谷区干(平均湿度、相对湿度指数)热(气温)状况的变化特征,选取干热河谷区有代表性的元谋气象站采集的温度、湿度等微气象数据计算该地区参考作物腾发量和相对湿润指数,利用线性倾向估计法、Mann-Kendall法和滑动t检验法进行趋势和突变分析.结果表明:在年和四季尺度上,平均湿度呈上升趋势,四季平均湿度从大到小依次为夏季、秋季、冬季、春季,气候倾向率从大到小依次为冬季(1.99%/10 a)、春季(1.43%/10 a)、秋季(1.21%/10 a)、夏季(0.93%/10 a);四季平均气温和最低气温均呈现下降趋势,气温关系从高到低均为夏季、春季、秋季、冬季,气候倾向率关系从大到小均为春季、冬季、夏季、秋季;最高气温在春季最大且呈现微弱下降的趋势,年尺度和其他季度尺度上呈现上升趋势,冬季上升幅度最大.元谋干热河谷区朝着湿润降温的方向发展,干旱状况虽有所缓解,但依然严峻,冬季和春季是元谋抗旱的关键阶段.
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  砒砂岩重塑土强度和应力-应变曲线试验研究

  李明玉, 李晓丽^*, 陈溯航, 张强, 常平, 邬尚贇

  2018, 36(2): 179-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0315

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  以内蒙古鄂尔多斯市南部准格尔旗作为研究区域,以当地紫红色砒砂岩重塑土为研究对象,使用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数、不同围压下的三轴剪切试验来分析砒砂岩的变形情况.研究结果表明:在每个冻融循环次数的不同围压下,砒砂岩重塑土试样的应力-应变曲线都呈现出应变硬化的特性,并且从应力-应变曲线分布上,大致都经历了3个阶段:近似完全弹性阶段、应变硬化阶段、屈服阶段.为了定量地分析了不同冻融循环次数下砒砂岩的强度参数,引入强度参数劣化系数K_C和K_φ,通过劣化系数曲线拟合得出强度参数劣化趋势函数.通过比较不同冻融循环次数下,砒砂岩重塑土峰值强度与残余强度的大小关系,分析了砒砂岩重塑土的应力-应变曲线软、硬化特性,并引入系数K_q来更直观地分析砒砂岩的变形情况.