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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    封面
    2018, 36(3): 1.
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  • 泵理论与技术
    目录
    2018, 36(3): 2.
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  • 蜗壳隔舌半径对离心泵性能及水力载荷特性的影响
    高波*, 杨丽, 张宁, 杜文强, 袁霄
    2018, 36(3): 185-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0205
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    为研究蜗壳隔舌半径对离心泵性能及水力载荷特性的影响,针对同一叶轮匹配5种不同隔舌半径的离心泵进行非定常数值计算.通过计算获得了不同泵的水力性能、压力脉动特征、叶片载荷及叶轮上的径向力分布,并且与试验结果进行对比分析,验证了采用的数值计算方法具有较高的正确性.研究结果表明:隔舌半径对扬程的影响较小,随隔舌半径的增大,各工况下效率呈先增大后减小的趋势;当隔舌与基圆半径之比TR取值为0.09~0.24时,叶片工作面与背面的载荷差值有最小值,即此时叶片受力沿进口至出口的变化最小;随着隔舌半径的增大,泵内的压力脉动水平逐渐降低,TR=0.03时,叶频处的压力脉动幅值约为TR=0.3时的2倍;隔舌半径对叶轮径向力的大小影响显著,在设计工况下,径向力随隔舌半径的增大而增大,且TR=0.3时的径向力约为TR=0.03时的2.5倍.
  • Experimental study on movement of particles in centrifugal impeller
    GU Lei, NI Fusheng, XU Liqun, LIU Mingxing
    2018, 36(3): 191-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.1115
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    The slurry pump is the key component of a dredger. Solid particles have strong influence on the performance of a slurry pump. The movement of solid particles in a centrifugal impeller was studied using particle image velocimetry (PIV) measurement. The experiments were conducted in a dredging pump model at Hohai University. Some transparent glass spheres with diameter of 02-04 mm were used as solid particles. The concentration and relative velocities of the particles were analyzed to investigate the particle trajectory. The results show that the concentration of the particles on the pressure surfaces of the blades is higher than on the suction surfaces, and the particles tend to move towards the suction surfaces. Moreover, the particles have faster relative velocities than the liquid phase through the flow channels of the impeller.
  • 粗糙度对离心泵空化过程的影响
    徐维晖, 侯晓*, 胡孟, 何小可, 王为术
    2018, 36(3): 197-203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0007
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    为研究壁面粗糙度对离心泵空化过程的影响,利用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε两方程,采用Zwart空化模型且不考虑水中溶解性气体对空化的影响,应用ANSYS CFX软件对设计流量工况下离心泵全流道气液两相湍流进行定常数值模拟,分析离心泵内部发生空化时,叶片壁面粗糙度对泵的外特性参数和内部流态的影响.计算结果表明:增大粗糙度将导致离心泵扬程、效率降低以及轴功率增大;泵处在临界空化及局部空化状态时,粗糙度对泵性能参数的影响程度大于泵处在空化初生及重空化状态下的影响程度;壁面粗糙度对湍流发展的影响规律与其对空化进程的影响作用具有相似性;当进口压力为81.06 kPa和101.33 kPa时,减小壁面粗糙度对改善离心泵性能有更显著的效果.
  • 平底抛物线形复合渠道水力最佳断面计算方法
    翟东汉, 何武全,*, 李刚
    2018, 36(3): 204-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0065
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    为了解决抛物线形断面应用在大中型渠道上存在深度大、工程量大等问题,提出了一种水平渠底和平方抛物线形渠坡的抛物线复合断面渠道,推导出了过水断面面积、湿周的计算公式,并根据明渠均匀流理论,建立了平底抛物线复合渠道水力最佳断面情况下的流量和水深关系式,借助Mathcad软件计算出最优宽深比,推导出了平底抛物线复合渠道水力最佳断面水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式.通过实例计算,当流量Q为30 m3/s时,在水力最佳断面情况下,平底抛物线复合渠道的水深H0为2.904 m,水面宽度B0为6.278 m,过水断面面积A0为13.604 m2,因此,相同流量下平底抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.7%,比弧脚梯形渠道减小了0.2%,表明平底抛物线复合渠道是一种比梯形和弧形坡脚梯形渠道更为优越的渠道断面形式.
  • 表面流人工湿地处理污染河水的净化效果
    张智超,, 王树谦,*
    2018, 36(3): 209-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0123
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    为了给永年洼高效净污人工湿地系统示范性工程提供技术支撑,试验研究了表面流人工湿地对受污染的滏阳河水主要污染物总氮(TN)和氨氮(NH+4-N)的净化效果.试验在邯郸永年降雨径流试验场开展,表面流人工湿地中试试验在水力负荷为430 mm/d、水力停留时间为0.5 d的条件下运行.结果表明,系统对TN和NH+4-N的平均去除率分别为51.89%和47.00%,对污染河水有良好的去除效果.在试验期间的进水水质下,发现此设置条件下的表面流人工湿地系统对TN和NH+4-N的最大处理负荷分别为8.95和2.16 mg/L,最大去除率分别为60.00%和56.48%.对TN和NH+4-N质量浓度沿程变化规律发现:溶解氧(DO)是影响湿地系统对TN和NH+4-N去除的关键因子;进一步分析得出NH+4-N的去除更易受DO的影响.NH+4-N质量浓度沿程变化趋势为在系统前段短暂小幅度升高,中前段大幅度下降,尾端趋于平稳;TN质量浓度全程均呈平稳下降趋势.
  • 叶片数对尾缘加弯板垂直轴风力机功率影响数值模拟
    李岩,*, 赵守阳, 姜禹, 冯放,, 张婷婷
    2018, 36(3): 215-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3011
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    为了探究叶片数量对叶片尾缘加装弯板直线翼垂直轴风力机气动特性的影响,通过不同叶片数量下直线翼叶片尾缘加弯板对垂直轴风力机叶片周围流场改善情况的对比,分析其气动特性变化.选取NACA0018直线翼型作为研究对象,利用数值模拟计算7种弯板长度下,2,3,4这3种叶片数量下的直线翼垂直轴风力机动态输出特性和静态起动特性.研究结果显示:该类升力型垂直轴风力机的气动特性受到叶片数量和弯板长度的综合影响,弯弦比的增加能够提升风力机的阻力性能,但会弱化因叶片数量增加导致风力机产生的功率系数的差别;在不同叶片数量下,适当弯板长度对风力机静态起动性能具有优化作用,但其起到优化作用的方位角不同,且2叶片时优化效果最佳,平均转矩系数提升40%.该研究为垂直轴风力机叶片尾缘的设计与优化提供依据.
  • 阻力叶片对升阻复合型垂直轴风力机气动性能的影响
    曲建俊*, 王景元, 赵越, 张磊
    2018, 36(3): 223-229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3005
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    为了获取更多的风能,针对升力型垂直轴风力机趋于大型化设计而造成的垂直轴风力机起动困难的问题,提出了一种升阻复合型的新型垂直轴风力机.在保持其升力叶片不变的前提下,利用Fluent数值模拟,建立9种升阻复合风力机数值模型,研究了阻力叶片圆弧半径和相对主轴的距离对其起动性能与运行效率的影响规律.得到阻力叶片最佳的尺寸与位置组合后,与纯升力型的垂直轴风力机进行了比较. 结果表明:在起动性能方面,阻力叶片圆弧半径与相对主轴的距离越大,风力机的起动性能越好.在运行效率方面,当尖速比为0.5~1.0时,阻力叶片圆弧半径和相对主轴的距离的变化,对风力机功率系数影响不大;当尖速比超过1.0之后,阻力叶片圆弧半径与相对主轴的距离变大,会使风力机的功率系数减小.升阻复合型风力机虽运行效率有所降低,但起动性能明显提升.
  • H型风力机新型变桨方案数值模拟
    钱思悦, 赵振宙*, 田晨, 汪瑞欣, 曾冠毓, 郑源
    2018, 36(3): 230-236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3003
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    针对H型风力机叶片旋转至0°和180°方位角时攻角为0,力矩系数为负值且其附近较大区域也为负值或较小,由此对风力机整体气动性能产生较大负面影响这一问题,提出以改善小攻角区域性能为目标的新型变桨方案,在叶尖速比为4.5时设计桨距角变化曲线改变整机气动性能.采用动网格技术模拟叶片旋转,RNG k-ε模型模拟湍流影响,应用Fluent软件对变桨和定桨风力机进行数值模拟和分析比较.计算结果得出,变桨之后H型风力机叶片扭矩明显增大,最高提升幅度达14%;上盘面,30°~80°方位角叶片扭矩提升幅度较大;下盘面,除270°附近方位角处扭矩无明显变化外,其他方位角叶片扭矩均有较为明显的提升.变桨后风力机内流场变化也较为明显,流场内速度差异较大,内流场的低速区面积变大.从涡量云图也可得到变桨能有效地减小了叶片进入尾流区的概率,降低了尾流对整体风力机性能的影响.
  • 采用新颖翼型的H型风轮气动特性试验研究
    朱建勇,, 刘沛清*
    2018, 36(3): 237-242. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3007
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    为了提高H型风轮的自启动性能,探索性地设计了一种仅有前缘和一个翼面的新颖翼型,并对采用该翼型的H型风轮进行风洞试验,分别测试了H型风轮在多个风速下的空载启动性能和功率输出特性,分析了雷诺数效应及翼型对于不同实度风轮的适用性.结果表明:采用新颖翼型的H型风轮能够低风速启动,具有较好的启动性能,该翼型对于提高大实度风轮的启动性能尤其明显;采用该翼型的大实度风轮以阻力为主要驱动力,本质上属于阻力型风力机,然而具有较高的风能利用系数.综合启动性能和功率输出特性,文中设计的翼型适用于大实度H型风轮.
  • 风速和翼型弯度对垂直轴风机气动性能的影响
    宋晨光,, 赵振宙*, 吴国庆,, 朱维南,, 刘泽伟
    2018, 36(3): 243-249. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3006
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    为了解风速和翼型弯度对H型垂直轴风机气动性能的影响,选取3种风速(4,8和12 m/s)作为设计工况,以NACA0015,NACA2415,NACA4415和NACA6415 共4种不同弯度翼型作为设计翼型,对某小型H型垂直轴风机进行了二维非定常数值模拟研究,评价指标包括CP-λ曲线、Pa-n曲线和Qa-n曲线3方面.研究结果表明:风速和翼型弯度均对风力机的气动特性有很大影响.风速主要影响风轮的CP(Pa)值、运行叶尖速比的范围和高效运行区的范围,且三者均随风速的增大而增大.翼型弯度影响着风轮的CPmax值、运行叶尖速比的范围、高效运行区的范围、整个运行区的CP(Pa)值、经济性和起动性能等多个方面.但是,风速对翼型弯度的选择基本没有影响.综合考虑各因素,弯度为0~2%的翼型是垂直轴风机最为理想的选择.
  • 高原地区垂直轴风力机应用分析
    赵斌,, 马海鹏,, 赵元星, 洛松泽仁, 汪建文*
    2018, 36(3): 250-256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.3008
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    青藏高原大部分地区属风能资源可利用区,但风向的多变特性限制了水平轴风力机的应用.从分析青藏高原地区风能资源分布情况及特征入手,依据高原独特的气象条件,采用理论分析方法探讨了空气密度对垂直轴风力机出力特性的影响规律,采用数值模拟方法对比海拔4 000 m处以及标准状态2种空气密度下垂直轴风力机的出力特性,归纳了光照辐射、覆冰、雷击等特殊因素对垂直轴风力机的影响.结果表明:空气密度对风能利用系数影响较小,但对输出功率影响较大.在相同风速条件下,同一垂直轴风力机在海拔4 000 m处(即ρ1=0.843 7 kg/m3)输出功率约为在ρ0=1.225 0 kg/m3地区的0.60~0.67倍.最后针对分析结果,提出了风轮改进设计方法及应对环境因素的改善措施.研究结果可对高原环境下垂直轴风力机的推广应用提供参考.
  • 滴灌施肥生育期比例分配对榆林市马铃薯生长和水分利用的影响
    焦婉如, 张富仓,*, 高月, 侯翔皓, 范军亮, 李志军
    2018, 36(3): 257-266. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0001
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    以当地主栽品种“紫花白”为研究材料,按前期(苗期+块茎形成期,ES)少、后期(块茎膨大期+淀粉积累期,LS)多的施肥比例,基于马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期占全生育期总施肥量的比例设置了8个处理(T1-T8),研究了同一滴灌施肥水平下,生育期内施肥比例分配对马铃薯的生长、产量和水分利用的影响.结果表明:马铃薯LAI和干物质值均表现为苗期和块茎形成期,ES0.4~0.5处理大于ES0.2~0.3,在块茎膨大期时,处理ES0.2大于ES0.3~0.5;淀粉积累期和成熟期,处理T7的LAI和干物质下降明显.而块茎形成期开始施肥的处理T1,T2在块茎膨大期、淀粉积累期和收获时都获得了较高的LAI和干物质.对于干物质转运而言,开花后块茎积累量表现为ES0.2>ES0.3~0.5,块茎干物质累积主要是在花后同化作用下建立的.产量变化规律为ES0.2>ES0.5(处理T7除外)>ES0.4(处理T5除外)>ES0.3(处理T2除外).各处理马铃薯单株商品薯质量变化规律与产量一致,而平均单薯质量、单个商品薯质量和单株结薯数间没有统一的变化规律.施肥处理水分利用和肥料偏生产力变化趋势与产量类似,各处理耗水量差异不具有统计学意义.综上,从产量和节水角度考虑,试验条件下滴灌施肥马铃薯生育期内比例分配最优方案为苗期和块茎形成期总施肥比例20%(苗期不施肥,形成期20%),块茎膨大期占施肥总量的55%和淀粉积累期占施肥总量25%.
  • 水肥耦合效应对设施豇豆生理特性的影响
    殷常青,, 费良军*, 刘利华, 代智光, 刘乐, 汪爱科
    2018, 36(3): 267-276. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.16.0226
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    为了探究设施豇豆对不同水肥耦合效应的响应,在滴灌施肥条件下试验研究了水肥耦合对温室豇豆生长、生理、产量和品质的影响,从而制定出高产、优质、高效的滴灌施肥制度.试验采用二因素三水平完全组合设计3个灌水水平、3个施肥水平,共9个处理,分析了水肥耦合对豇豆光合特性、品质及水分利用效率的影响.结果表明:滴灌施肥对豇豆株高和茎粗的影响具有统计学意义,适宜水肥配比有利于植株生长,高水高肥则引起“徒长”,进而影响后期产量与品质的形成;随着生育期的推进,净光合速率、气孔导度及蒸腾速率都呈双峰曲线型变化趋势:苗期温度低,光合作用较弱,增加水肥有利于光合指标的提高,伸蔓期光合强度增强,中水高肥处理效果最佳但与中水中肥之间的差异不具有统计学意义;结荚期豇豆光合能力达到最大,并随着水肥梯度增大而先增后减,趋势变化平缓,水肥需求量最大;豇豆产量与水分利用率均随着灌水施肥定额增加而先增后减,中水中肥处理的产量最高,临界值为28 598 kg/hm2,水分利用率高达95.33 kg/m3,并且水分利用率对水分的敏感度高于肥料,水肥交互作用对其影响不具有统计学意义;综合品质指标分析,中水中肥处理各指标效果表现最好,并且能够控制硝酸盐含量增加,维生素C、可溶性糖及可溶性蛋白的质量比分别达到285.3 mg/kg,90.48 g/kg,52.82 mg/g.