排灌机械工程学报

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泵理论与技术

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2019, 37(12): 1.

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泵理论与技术

2019, 37(12): 2.

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泵理论与技术

叶轮背叶片对离心泵轴向力影响的试验及分析

刘在伦,陈淘利,芦维强

2019, 37(12): 1013-1018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0002

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为了研究叶轮背叶片对离心泵轴向力特性的影响规律,以降速后的IS80-50-315型离心泵为研究对象,通过改变背叶片的宽度和数目,共设计出13种叶轮背叶片方案,并经过试验测试获得背叶片宽度和数目对泵性能、泵腔内液体压力及轴向力的影响规律.研究表明,当背叶片数目不变时,随着背叶片宽度的增大,试验泵的扬程和轴功率均增大,泵的效率逐渐降低;当背叶片宽度和数目增大到一定值时,轴向力的方向会发生改变,这将影响整机运行的稳定性.从平衡离心泵轴向力的角度出发,分析得出背叶片宽度t=3.5 mm、数目Z=5为最佳方案,此时轴向力方向为正、变化幅度较小.对比分析3种背叶片数目下,背叶片端部和泵盖的间隙δ与轴向力系数c_F关系曲线,得出间隙δ越小,背叶片平衡轴向力效果越显著.该研究成果为工程实践中背叶片的设计提供了理论依据.

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泵理论与技术

叶轮部分几何参数优化对核主泵惰转特性的影响

邱伟峰*,朱荣生,王秀礼,钟伟源,蔡峥

2019, 37(12): 1019-1024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0096

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为了研究核主泵叶轮部分几何参数对核主泵惰转特性的影响,首先对核主泵不同阶段惰转特性及影响惰转特性的因素进行分析.然后基于泵外特性的建模方法建立模型核主泵的动态仿真模型,并且通过研究不同叶轮几何参数下的惰转模拟方案,分析得到更优设计方案.结果表明:惰转性能的影响主要体现在惰转过渡过程的非线性惰转瞬变阶段.在一定范围内,包角越大对应泵的惰转性能越优;叶轮叶片数越少,对应泵的惰转性能越优;随着叶轮进口边向出口延伸,对应泵惰转性能越优.通过优化核主泵叶轮结构,可以得到惰转特性更优的设计:选择120°包角、进口边位置为方案b,叶轮叶片数为5.优化后的主泵惰转流量曲线达到半流量的时间比优化前对应的曲线晚0.07T,即0.91 s.当泵保持其他设计参数不变,只是改变几何参数来优化惰转性能时,其对应的功率曲线越低,则其惰转特性越好.

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泵理论与技术

旋流自吸泵内部流场数值模拟及PIV试验

刘轲轲*,王春林,冯一鸣,胡蓓蓓

2019, 37(12): 1025-1030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0010

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为了获得旋流自吸泵的特殊蜗壳结构对于其自吸性能的作用,通过二维PIV测量和三维软件CFX,获得了3个测试工况下旋流自吸泵的内部流场和蜗壳内部的速度场.结果表明,导流壁与叶轮出口在蜗壳内形成的“喷嘴”和“扩压器”形状,分别促进了气-水混合液和气泡流的形成.通过“喷嘴”的液体,其流向涡量、旋转速度和流动均匀性得到提高.液体和叶轮流道1内的气体发生动量交换,气体被压缩并且分散成不同大小的气泡,而液体分散成液滴,形成气-水混合液.通过“扩压器”的气体被进一步压缩,大气泡破裂后形成无数微小气泡,而液滴积聚成液体,形成气泡流.气液分离室内形成2个大小和旋向不同的旋涡,由于离心力作用,气泡流中的气体和液体分离,气体从泵出口管逸出.液体分离回落被凸台阻挡,与凸台的碰撞使液体中夹带的气泡再次分离,而液体流回蜗壳,再次参与上述过程,直到空气从吸入管中排净.

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水利水电工程

模袋混凝土复合断面渠道糙率系数计算与试验研究

霍轶珍,李刚,何武全,*,翟东汉,郭彦芬,

2019, 37(12): 1031-1036. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0012

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针对目前模袋混凝土复合断面衬砌渠道糙率系数仍然根据经验确定的问题,开展了模袋混凝土护坡、砂砾石护底的复合断面渠道糙率系数的研究.将“Z-method”复合断面分割法与渠道剪应力公式结合起来,从渠道受到剪应力入手,把复合衬砌渠道断面分割成3个独立的部分,并将湿周作为基本参数进行计算,推导出了模袋混凝土复合断面衬砌渠道糙率系数的计算公式.为了验证公式的合理性,在河套灌区什巴分干渠和建设二分干渠2个不同渠段进行了原型观测试验.观测结果表明,在不同水深、流量条件下,模袋混凝土复合断面衬砌渠道的糙率系数为0.024 5~0.026 5.利用试验资料,将推导公式的计算结果与试验观测结果进行比较,最大相对误差为6.87%,表明推导出的复合断面衬砌渠道糙率系数计算公式的计算结果精度较高,能够满足实际工程应用要求.

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水利水电工程

榆林市水资源承载力空间分异

郝小宇,张鑫*,雍志勤

2019, 37(12): 1037-1043. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0013

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以榆林市为研究对象,选取19个评价指标,利用因子分析法与熵值法综合定权,将指标体系分为水资源、社会、经济、生态4个子系统,构建模糊综合评价模型.对榆林市2015年各县的水资源承载力进行综合评价,并与聚类分析的分类结果进行对比.评价结果显示:榆林市2015年各县区的水资源承载力综合得分为0.4~0.6,府谷和神木处于理想可承载区;榆阳、靖边、定边处于水资源可承载区,表明水资源供需基本达到稳定;横山县处于水资源轻度超载区;绥德、米脂、佳县、吴堡、清涧和子洲属于水资源重度超载区.聚类分析的分类结果与综合评价结果基本一致.整体上,南部六县水资源承载力普遍较北部六区县差.就各个子系统而言,经济子系统与生态子系统空间差异性明显.评价结果可为今后榆林市各区县水资源规划与可持续开发利用提供参考.

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流体工程

助剂影响大载荷植保无人机喷洒沉积特性的试验研究

王军锋,罗博韬,霍元平,王晓英,徐文彬

2019, 37(12): 1044-1049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0036

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为了研究助剂对大载荷植保无人机喷雾沉积分布均匀性、雾滴抗飘移性和抗蒸发性的影响,通过添加5种喷雾助剂改变液滴的表面张力,并利用热线风速仪测量了FR-200大载荷植保无人机不同作业环境下的风速和温度,对FR-200大载荷植保无人机的雾滴沉积分布均匀性、抗飘移性和抗蒸发性这3种喷洒沉积特性进行了试验研究.试验采用图像处理软件DepositScan分析雾滴沉积参数,获得雾滴沉积分布规律.结果表明:大载荷植保无人机添加喷雾助剂进行施药作业时,能提高靶区范围内的沉积浓度,溶液的表面张力越低、雾滴沉积分布越均匀;在侧风作用下大载荷植保无人机不使用助剂时飘移现象十分明显,加入5种喷雾助剂后均能明显改善雾滴抗飘移性;通过分析不同温度对雾滴沉积的影响,发现温度升高时,添加助剂可以提高大载荷植保无人机喷洒雾滴的沉积浓度,说明助剂可以改善雾滴的抗蒸发性.

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流体工程

不同收缩角下伞形风力发电机的模态分析

包道日娜*,王小雪,尚伟,郭晓东,王帅龙

2019, 37(12): 1050-1055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0038

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为了真实反映出伞形风力发电机在不同风速、不同收缩角(0°,30°,45°,60°)下的振动情况,借助ANSYS平台中的Modal模块对5kW伞形风力发电机进行有预应力的模态分析.将气动力、离心力、重力作为边界条件,模拟计算伞形风力发电机整机的前六阶模态变化与相应形变,并对整机在定风速和定转速情况下,一阶模态固有频率随收缩角的变化规律进行研究.分析结果显示,伞形风力发电机的固有频率和风轮工作频率、风轮3倍工作频率的相对差值分别为57.2%,-90.5%,可以完全避开共振,其设计是合理的;随着收缩角的增大,一阶固有频率减小,且转速对一阶固有频率的影响程度比风速大;摆振是低频区的主要振动形式,挥舞和扭转振动多出现在高频区;随着风速增大风力机的前六阶模态频率变化平稳,但随转速的增加上升幅度明显,而且离心力比气动力对风力机的动频影响作用更大.

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流体工程

1.5 kW风力发电机功率测试系统

贺玲丽,*,安琪,汪建文,张立茹,谢妍

2019, 37(12): 1056-1060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0028

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利用激光雷达测风仪对风力发电机安装环境进行测试,设计并搭建适用于野外试验的小型风力发电机功率测试平台.分析采集的风环境数据,对试验场地进行风环境评价.通过监测离网型风力发电机在野外的运行状态,对采集的风力发电机输出功率及对应的来流风速和风向数据进行筛选整合,绘制风力发电机实际风速-功率曲线,采用最小二乘法拟合输出功率特性曲线.结果表明:设计搭建的野外风力发电机功率测试平台可对实际运行风力发电机输出功率进行监测,也可用于风洞试验测量;利用激光雷达测风仪对风环境进行监测,可作用于风力发电机安装方向和安装高度的选择;利用风力发电机的风速-功率理论曲线进行发电功率预测会产生较大误差;采用拟合的6次多项式曲线进行风力发电机功率计算,结果更加精确.文中所得实际测量数据可为风力发电机野外测试提供参考.

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流体工程

液力减速器振动特性的试验研究

赵宇琪,董亮*,刘厚林,代翠,肖佳伟

2019, 37(12): 1061-1066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0115

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为研究充液率、转速及叶片倾角对液力减速器外特性的影响,通过INV3020数据采集系统建立了振动试验系统,实现了振动信号的采集.试验以75°及90°泵轮液力减速器为模型,调节充液率维持在50%,60%,70%,80%,90%,100%情况下,调节变频器使泵轮转速恒定在800~1 200 r/min 5种工况进行试验研究.研究表明:充液率及转速的增加能够加剧液力减速器的振动特性,叶片倾角的减小使空化提前发生,发生空化时会出现振动激增现象;液力减速器从泵轮流出的液流对涡轮的作用力主要为轴向冲击力,故轴向测点振动最剧烈,其他方向测点振动幅值小于轴向测点.

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流体工程

基于SPH-FEM手指模型的皮肤摩擦行为分析

陈思,乔筱祺,李天博,王颢,杨佳楠,王冬青*

2019, 37(12): 1067-1071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.19.3030

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针对基于传统有限元算法(FEM)的手指模型并不能很好地模拟皮肤大变形的问题,提出了一种基于有限元和光滑粒子动力学耦合算法(SPH-FEM)的手指建模方法,以保证模型在大变形和极端变形情况下的适应性.由于该方法本身具有的“无网格”特性,使其对皮肤组织表现出流固双相特性的模拟上对比传统的FEM方法具有天然优势.建立了基于SPH-FEM手指建模方法的手指模型,进行尖刺刺入仿真试验和平板摩擦仿真试验,考察皮肤的应力应变.为了验证SPH-FEM手指建模方法的合理性和有效性,对基于SPH-FEM手指模型与基于FEM手指建模方法进行比较.结果表明,SPH-FEM手指模型在整体形变趋势上与FEM手指模型较为一致,并且在应对大变形时响应速度相较于FEM手指模型明显增加,但存在一定的滞后性;SPH-FEM手指模型在小变形时的精度稍显不足.

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农业水土工程

模袋混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型及应用

刘倩,申向东*,薛慧君,刘玉锁

2019, 37(12): 1072-1076. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0230

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为了探究寒区模袋混凝土梯形衬砌渠道冻胀破坏力学模型,通过总结寒区模袋混凝土梯形衬砌渠道的冻胀破坏形式,对模袋混凝土梯形衬砌渠道发生冻胀破坏的机理进行分析,并结合大量的野外试验,对寒区模袋混凝土衬砌渠道的受力问题进行研究.在此基础上,通过对衬砌渠道合理的假设和简化,提出了模袋混凝土梯形衬砌渠道受冻胀破坏的力学模型,推导出模袋混凝土在空洞处内力表达式,同时总结了模袋混凝土衬砌结构发生冻胀破坏的判断准则.通过有关规范确定了最大法向冻胀力和切向冻结力,即可求出模袋混凝土的内力,并对模袋混凝土的厚度进行验算,为今后的工程设计提供一定的理论依据.在实际工程中,模袋混凝土衬砌结构在空洞处容易发生断裂破坏,应避免模袋混凝土衬砌结构出现空洞现象.

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农业水土工程

基于公共天气预报的参考作物腾发量预报

江显群,陈武奋*,邵金龙

2019, 37(12): 1077-1081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.19.0066

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针对Penman Monteith公式的应用局限性,以公共天气预报可测因子及历史气象数据计算ET₀为基准,对广州站2017-01-01—2019-03-31预报气象信息风力状况进行量化后,以2017,2018年气象预报信息为输入因子、ET₀为输出因子,分别建立基于回归型支持向量机(SVR)预报模型与BP神经网络预报模型,选择性能较优预报模型对2019年ET₀进行预报,并与计算值进行对比分析.结果表明:回归型支持向量机参考作物腾发量预报模型测试集确定性系数为0.896、均方误差为0.206,BP神经网络参考作物腾发量预报模型测试集确定性系数为0.851、均方误差为0.305,SVR参考作物腾发量预报模型均方误差及决定系数要明显优于BP神经网络;基于SVR模型的预报值与PM公式计算值相关系数为0.761,没有明显差异,表现出显著的相关性以及整体吻合度,可为灌溉预报及决策提供较为准确的ET₀预报数据.

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农业水土工程

间歇组合灌溉下中度盐碱土壤入渗规律

刘小媛,杨大明,高佩玲,*,张晴雯,赵亚东,张宇航

2019, 37(12): 1082-1087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0181

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为了进一步揭示咸淡水间歇组合灌溉入渗的影响机制与规律,在室内采用垂直一维积水入渗试验,研究了不同间歇时间、组合次序下的土壤入渗特征;基于实测资料探讨3种常规的入渗模型对间歇组合灌溉在中度盐碱土壤入渗规律的适用性.结果显示:在同一入渗时间下,累积入渗量从大到小依次为间歇组合灌溉(0 min),间歇组合灌溉(30 min), 间歇组合灌溉(60 min), 间歇组合灌溉(120 min),且它们之间的差异随时间的延长越来越具有统计学意义;在整个入渗过程,入渗速率分为初渗阶段和稳渗阶段,且与先咸后淡相比,先淡后咸先到达稳定入渗率;与Green-Ampt模型、Philip模型相比,Kostiakov模型能更加准确地描述间歇组合灌溉的入渗率变化特征,但在Kostiakov模型中,先淡后咸拟合精度低于先咸后淡,说明咸淡水组合次序对模型拟合精度影响较大.

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农业水土工程

循环应力历史对堆石料变形特性影响规律试验研究

张凌凯,唐新军*,王建祥

2019, 37(12): 1088-1092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.17.0236

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为深入研究循环应力历史对堆石料变形特性的影响规律,采用大型多功能静动三轴试验机,对堆石料进行了一系列不同应力路径下的动力变形试验研究,重点探讨了循环应力历史对堆石料体应变和偏应变的影响规律.试验结果表明:堆石料经历初次循环荷载作用后,再次经受循环荷载作用时的抵抗变形能力有所提高;通过对比试验结果发现,应力路径对抵抗变形能力变化幅值的影响较小,试验时所施加的围压、固结应力比、动应力的大小等因素的影响也可忽略不计,主要与前后两次动应力大小的比值(即循环应力历史系数)有关.分析其原因,在初次循环荷载的作用下,堆石料颗粒之间发生相对滑移、旋转以及颗粒破碎等现象,导致颗粒之间的接触点增多及接触面增大,颗粒之间的咬合能力增强,形成较为稳定的骨架结构;再次施加循环荷载作用时,颗粒之间的稳定结构调整难度加大,所以导致堆石料的变形量减小,抵抗变形的能力有所提高.

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农业水土工程

红色砒砂岩水泥土干湿循环下力学性能试验研究

邬尚贇,李晓丽*,常平,张赢,郭雒敏

2019, 37(12): 1093-1099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.18.0126

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为有效利用砒砂岩资源,通过简单加工降低治理成本,达到利用价值,在红色砒砂岩中加入不同掺量的硅酸盐水泥制成砒砂岩水泥土,在不同龄期下进行干湿循环、无侧限抗压强度试验和超景深微观结构观测.结果表明:掺量仅为5%砒砂岩水泥土就可以有效改善砒砂岩遇水溃散的特性;干湿循环5次砒砂岩水泥土抗压强度达到最大,然后趋于平缓,可见干湿循环对无掺水泥砒砂岩有破坏作用,对砒砂岩水泥土却提供了有效养护;不论是早期还是后期强度,掺量为5%的抗压强度最低,然后逐渐增加,掺量20%及以上的强度几乎相等且最大,可见水泥最优掺量为20%;通过微观结构观察,龄期的增加,掺量小的砒砂岩水泥土表面凹凸起伏程度大,孔洞多,最优掺量为20%的砒砂岩水泥土结构整体性紧密,表面平整、孔洞少,密实性更好,且抗压强度可以满足砖和砌块的强度要求.

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排灌装备制造技术

内镶贴片式滴灌带局部水头损失试验研究

王剑*,魏涛,杨婷,袁寿其

2019, 37(12): 1100-1104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.19.0200

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通过试验研究了标准管径16 mm的5种内镶贴片式滴灌带的局部水头损失,分析了滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值h_jt/h_f和局部水头损失系数α的变化规律.结果表明:相同工作压力下,滴灌带当量直径随壁厚的增大而减小,造成沿程水头损失和局部水头损失的增大,局部水头损失与壁厚、滴头断面面积和雷诺数有关.随着雷诺数的增大,滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值h_jt/h_f减小,最小值可达到0.67,但仍超过中国制定的微灌工程技术规范设计标准(0.1~0.2).通过对试验数据进行多元回归分析,提出了滴灌带局部水头损失系数与过水断面收缩比和雷诺数的关系式,相关系数为0.96.

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排灌装备制造技术

2019年总目次以及首届青年编委名单

2019, 37(12): 1200.

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