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    2023, 41(1): 0.
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    2023, 41(1): 0.
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    • 泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    立式自吸泵环形喷射孔比面积对其性能的影响
    程效锐,熊博*,刘明建,王娟娟
    2023, 41(1): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0147
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    为了研究环形引流喷射对立式自吸泵性能的影响,以350WFB-1200-50型立式自吸泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型和Zwart空化模型对不同环形喷射孔比面积下的立式自吸泵进行全流场数值计算.结果表明:环形引流喷射可明显提升叶轮进口压力,能有效改善泵的空化性能;引流流量会使叶轮进口处速度增大,导致泵的必需空化余量NPSHR增大,使泵的空化性能有所恶化;两者的共同作用下,泵的空化性能呈先变好后变差的趋势;随着环形喷射孔比面积k的增大,压水室出口处的泄漏量增大,导致泵的容积损失增大;泄漏流使压水室出口处产生较多旋涡,且射流对叶轮进口流线产生排挤,对主流造成较大影响,使泵的扬程和效率呈下降趋势;当环形喷射孔比面积k=0.25时,泵的汽蚀余量最小,相比于原模型,泵汽蚀余量减小了23%,扬程下降了2.1%,效率下降了2.5%.研究结果可为立式自吸泵优化设计提供一定参考.
  • 泵理论与技术
    基于改进二叉树支持向量机的离心泵工况识别方法
    陈代兵,袁寿其*,裴吉,王文杰
    2023, 41(1): 8-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0122
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    为保证离心泵的安全高效运行,需要对离心泵的运行工况进行识别研究.首先,使用测试函数对比研究了经验模态分解、集合经验模态分解和互补集合经验模态分解3种振动信号特征提取方法,基于性能最优的特征提取方法提取不同工况下运行的离心泵振动信号特征数据.然后,对支持向量机模型进行改进,提出了一种使用k-means聚类算法优化的二叉树支持向量机模型,并将改进模型应用到离心泵4种不同运行工况的识别中.同时,使用其他2种多分类支持向量机模型作为对比.研究结果表明:3种特种提取方法中,互补集合经验模态分解无模态混叠迹象性,噪声干扰小,性能表现更好;改进支持二叉树向量机模型分类准确率可达82.17%,对设计的4种工况具有很好的分类效果;改进支持二叉树向量机模型结构简单,训练时间短,实时性好,综合性能优于其他2种模型.
  • 泵理论与技术
    转速对水泵水轮机压水调相运行水环流动的影响
    陈帅,陈振木,张文武,卢加兴,祝宝山*
    2023, 41(1): 16-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0131
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    为了研究水泵水轮机在调相工况下转速对水环流动的影响,应用ANSYS CFX软件对某中比转数水泵水轮机在调相工况下的水环流动特性进行全流道非定常数值计算,分析水泵水轮机在不同转速下(n=600,800,1 000,1 050 r/min)水环的压力脉动特性和流动特性.研究结果表明:无叶区水环的厚度与转速密切相关,转速越大,水环内自由液面的平均半径越大,水环厚度越薄;不同转速下无叶区内的压力脉动频率组成成分相同,主频均为由动静干涉作用引起的7fn,且随着转速的增大主频的幅值增大,水环的流动速度增大;在相同转速下,无叶区周向压力脉动强度变化不明显,但在无叶区径向,越靠近转轮处压力脉动越小;转轮出口处有明显的气液分界面,整个转轮流道内充满气体,这表明水环对气体密封的效果良好.研究结果可为水泵水轮机调相工况运行提供一定参考.
  • 泵理论与技术
    高温熔盐泵转子系统应力与模态的数值模拟
    王子超,张德胜*,金永鑫,高雄发,董亚光
    2023, 41(1): 22-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0044
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    为了提高太阳能光热发电系统高温多级熔盐泵的运行可靠性,基于流固热多场耦合理论系统对熔盐泵在极端高温工况下的结构应力进行研究,对比分析高温转子系统在无预应力和有预应力(流场、质量力和温度载荷)作用下的模态特征.研究结果表明:熔盐介质的密度和黏度对外特性影响较小,清水测试结果可作为高温熔盐泵运行性能的参考;随叶轮级数增多,各级叶轮温度整体升高,且叶轮的温度变化呈中心对称分布,叶轮最高温度随流量减小整体上升;叶轮受到的主要应力来自流场与质量力载荷,且分布具有对称性;在叶片与盖板交线处有应力集中现象,在叶片尾缘处应力大幅上升至60.000 MPa以上;温度是引起叶轮变形的首要原因,随温度升高,叶轮变形量增大;转子结构的固有频率在有预应力下比无预应力时有较大程度提升,上升幅度为109%~498%,各阶振幅没有明显规律;熔盐泵临界转速值均偏离泵额定转速,避免了转子系统在运行中发生共振.研究结果可为高温熔盐泵设计开发提供一定的理论依据.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    干湿循环作用下硅粉轻骨料混凝土抗硫酸盐性能分析
    张佳豪,王海龙*,刘思盟,杨虹,马快乐
    2023, 41(1): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0136
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    为探究干湿循环条件下硅粉轻骨料混凝土的硫酸盐侵蚀机理,选取内蒙古和林格尔县浮石,以硅粉等质量取代6%的水泥,通过NMR技术,分析硅粉轻骨料混凝土在硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用下的孔隙变化规律,利用扫描电镜观察混凝土微观形貌变化,借助XRD进行物相分析.研究表明:在硫酸盐侵蚀过程中,硅粉混凝土与普通混凝土的质量损失率变化规律一致,均在60次时出现拐点;经历90次循环后,硅粉组的最大孔隙减小了56.5%,普通组的最大孔隙减小了18.8%,证明硅粉的掺入可有效细化孔隙;循环初期两组混凝土的无害孔均低于10%,循环过程中有小孔隙向大孔隙发展的趋势;在SEM扫描电镜照片中可看到孔隙中生成的石膏与钙矾石AFt,可观察到90次循环后混凝土内部的细长裂缝;2组混凝土在经历90次循环后均出现较多的CaSO4·2H2O衍射峰,生成物多为硫酸盐、碳酸盐结晶水合物.该研究成果可为在硫酸盐环境下水工构筑物的工程建设提供理论参考.
  • 水利水电工程
    扬州沿运灌区暗管排水土工布外包滤料的水力性能试验研究
    张大伟,贾忠华*,贺园春,张裕,罗纨
    2023, 41(1): 38-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0119
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    农田暗管排水系统建设是提高农业机械化作业效率的有效措施之一.土工布作为排水暗管外包滤料时,需要具有良好的透水性能和抗淤堵能力.文中以扬州段沿运灌区为例,针对当地土壤中粉粒含量较高,土工布外包滤料筛选困难等实际问题,参考相关技术准则,选用2种开孔率和厚度不同的土工布进行了水力渗透试验,并与传统的河砂反滤材料进行了对比,筛选出适合当地土壤的土工布外包材料.研究结果显示,所选用的2种土工布透水性能存在较大差异,其中厚度较大(0.41 mm)、孔径较小(180 μm)的土工布A的透水性能较好,渗透系数为初始值的54.1%,高于河砂滤层的46.1%,而厚度为0.35 mm、孔径为227 μm的土工布B渗透系数仅为初始值的30.2%.相比于土工布B,土工布A具有更好的抗淤堵能力,长期使用后淤堵率比土工布B低16%.通过对土工布表面形成的、透水性较低的滤饼分析发现,土工布B不但自身发生了较大程度淤堵,其表面形成的滤饼较为密实,是影响其渗透性能的直接原因.
    • 流体工程
  • 流体工程
    有压平直管道内交汇柱系下游流场特性分析
    鲁一凡,李永业,赵一名,宋晓腾,强懿鹏,原源,陈润
    2023, 41(1): 44-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0092
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    为研究管道车作为一种交汇圆柱系式的钝体结构在有压管道流场绕流时,在柱系下游产生的流动分离和尾迹涡现象,运用理论分析与数值模拟相结合的方法,对柱系下游的流场特性进行了研究.数值模拟采用了LES-WALE湍流模型,其结果与物理试验结果比较证明了数值模拟的可行性.对数值模拟结果进行理论分析:首先,由于流动分离柱系后流场中速度分布整体上分为低速流区与高速流区2部分,低速流区主要分布在断面中心位置,高速流区分布在断面外围,呈近似环状分布;其次,流场沿程速度幅值方面,从交汇柱系下游近端断面到远端断面,其中部分低速流区域的整体速度幅值愈高,周围高速流区的速度幅值愈低,并且两区域流场随距交汇柱系距离的增加呈现趋同变化;最后,关于流场的压强特性方面,沿程压强整体呈下降趋势,断面Z6仅与同流量时管道流场断面平均压强相差3.4%.
  • 流体工程
    基于TFM模型的滞留气团数值模拟方法及PIV试验研究
    罗爽,陈奇,刘霞,蒋劲*,彭宇
    2023, 41(1): 50-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0051
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    为了研究有压输水管路局部高点处滞流气团的运动特性,寻求更为有效的数值模拟方法,基于双流体模型(TFM)构建滞流气团的两相瞬时流场,并与VOF模型的预测结果进行对比分析.通过粒子图像测速系统(PIV)对滞流气团局部流场的速度分布进行测量,进一步验证前期构建数值模拟方法的合理性.结果表明:局部高点气团随水流下倾运动中,气团前端水流极大的速度梯度使区域流态紊乱导致气团表面张力无法维持气团形状而发生破碎;VOF模型无法模拟气液两相的相对运动,其预测出的气团运动速度要明显大于实际值;而TFM模型充分考虑了相间动量传递和相对速度的影响,能够更准确地预测滞流气团的流场速度分布和运动特性.
  • 流体工程
    具有导流板直线翼垂直轴风力机气动特性分析
    苏振鸾,李岩,*,佟国强,冯放,
    2023, 41(1): 56-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0041
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    为了改善直线翼垂直轴风力机的气动特性,通过在风力机外部安装平板型导流板,用以改变来流方向,改善叶片周围流动情况,从而提升风力机的气动特性.以采用NACA0018翼型的4叶片小型直线翼垂直轴风力机为对象,在风力机外部均匀安装了6枚平板型导流板,采用二次正交旋转设计方法,对导流板的宽度、角度和与风力机距离进行研究.以平均静态力矩为指标,通过数值模拟研究得到一组最优的导流板结构参数,并对静态流场进行了分析.根据数值模拟得到的最优导流板结构参数,制作了导流板及风力机模型,进行了风洞试验.结果表明:导流板的安装有效提升了直线翼垂直轴风力机的启动性能和气动性能.在10 m/s风速下,与无导流板的风力机相比,有导流板的风力机最大静力矩系数提升了35.6%,功率系数提升了39.5%.结论可为采用导流板来提升风力机性能的研究提供有益的参考.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    干旱区人工绿洲水土资源承载状态演变分析
    徐存东,胡小萌,*,刘子金,王鑫,任子豪,訾亚辉,
    2023, 41(1): 62-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0180
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    为明晰干旱区人工绿洲水土资源承载状态在时间序列上的演变过程,以甘肃省景电灌区为例,引入多级模糊分级理论建立水土资源承载状态综合评价指标体系.基于熵权法和物元分析理论构建物元分析模型,同时集成黄金分割率、组合赋权法及云理论构建综合评价云模型,对灌区1994,2002,2010及2018年的水土资源承载力状态进行综合评估.结果表明:水土协调度和地下水矿化度是灌区水土资源承载力发生变迁的主导因素;研究区各时期水土资源承载状态均处于“轻微承载-承载良好”,整体上呈良性演变趋势;水土资源承载力综合评价云的熵值(En)及超熵值(He)分别为0.027 1,0.026 3,0.024 4,0.026 7和0.006 7,0.007 8,0.006 5,0.005 7,数值较小,且He/En小于1/3,表明评估结果与实际水土资源承载状态呈现一致性.
  • 农业水土工程
    江苏地区不同参考作物蒸发蒸腾量估算模型
    王婷,刘春伟*,张佩,王让会,邱让建,周丽敏,王蒙
    2023, 41(1): 70-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0087
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    为了研究不同参考作物蒸发蒸腾量ET0估算方法在江苏地区的适用性,收集了江苏省徐州市、高邮市和昆山市1957年1月至2019年12月的气象数据,采用12种不同模型估算了各站点的ET0,其中模型Priestly-Taylor,Hansen,Jensen-Haise,Makkink是基于辐射数据的模型;MC-Cloud,1985 Hargreaves,Thornthwaite是基于温度数据的;Copais,Valiantzas 1和Valiantzas 2是综合法模型;XGBoost和SVM是机器学习模型.12种ET0的估算模型计算值分别与Penman-Monteith模型(PM)计算值进行比较,结果表明:各站点的综合评价指数GPI最高的为机器学习模型中的SVM模型;在输入参数相同的情况下,机器学习模型模拟精度优于综合法和温度法以及辐射法中的Pristley-Taylor和Makkink模型;机器学习模型随着输入参数减少,模拟精度依次降低.研究结果可以为江苏地区气象数据不完善时估算ET0提供科学依据.
  • 农业水土工程
    水肥调控模式对滨海盐碱地水肥盐迁移及春玉米水肥利用率的影响
    李奕含,周蓓蓓*,任培琦,单鱼洋,薛文强
    2023, 41(1): 80-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0095
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    为了探明滨海盐碱地不同灌溉方式及氮肥施用量对水肥盐迁移过程及作物生长的影响,基于大田试验,研究不同灌溉方式及灌水量(F:漫灌,360 mm;D1:滴灌,360 mm;D2:滴灌,288 mm;D3:滴灌,216 mm)、氮肥处理(N1:280 kg/hm2;N2:196 kg/hm2;N3:112 kg/hm2)对盐碱地土壤水肥盐分布含量及对春玉米各生长指标的影响.结果表明,在滴灌模式下,同一灌水量,N1的剖面平均含水量最低,D1,D2出现洗盐点,存在适合作物生长的浅盐区;灌水后D1N1的硝态氮含量增加最显著且含量最高,滴灌处理对应的低氮处理无明显硝态氮积累点,相同灌水量下,漫灌的有效氮含量均高于滴灌,但其有效氮利用率低于滴灌处理;不同施氮对春玉米干物质的差异随灌水量增加而增加.各处理水分利用效率与肥料偏生产力之间产生明显差异,高水低氮肥料偏生产力明显提高,但其水分利用效率低下,D1N1产量最高;在考虑作物产量及水肥利用效率时,采用滴灌方式,则灌水量288~360 mm、施氮量196 kg/hm2为推荐水肥措施.
  • 农业水土工程
    黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征
    于超,孙池涛*,张倩,孙玉霞,朱自果,李勃,吕鹏超,于少利
    2023, 41(1): 89-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0097
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    为了探明黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征,采用矿化度分别为5,10,30,50,70,90 g/L的咸水灌溉黄河三角洲0~40 cm土壤,获得不同盐分梯度的盐渍土处理,依次标记为处理T1—T6,并测定各处理的土壤含水率和电导率、蒸发强度和累积蒸发量等指标.结果表明,蒸发过程中表层土壤含水率和电导率均随土壤含盐量增加呈逐渐增加趋势;蒸发结束时,处理T1—T6的土壤表层平均含水率比试验初期降低了80.0%~95.8%,表层含水率的降低幅度随着含盐量增加而逐渐降低;土壤表层电导率分别增加135%~330%,且蒸发前期表层电导率增加幅度明显高于蒸发后期.土壤含盐量对土壤剖面含水率及电导率分布影响差异具有统计学意义,蒸发结束时,处理T1—T6表层0~2 cm比3~6 cm土壤含水率低了8.3%~30.5%,土壤电导率则高了82%~196%,且随着土壤含盐量增加,盐分对土壤剖面盐分分布的影响逐渐增强,表层与深层土壤含盐量差异逐渐增大.蒸发过程中,土壤平均蒸发强度和累积蒸发量随土壤含盐量增加呈降低趋势,处理T1—T6的平均蒸发强度为3.5×10-4,3.5×10-4,3.4×10-4,3.2×10-4,3.0×10-4和2.7×10-4 mm/d,土壤累积蒸发量分别为26.13,26.20,25.50,24.26,22.50和20.58 mm,且蒸发前期各处理的土壤平均蒸发强度及累积蒸发量均高于蒸发后期,土壤含盐量对土壤蒸发的抑制作用主要在蒸发前期.研究表明土壤含盐量可影响土壤剖面含水率与电导率分布以及土壤蒸发强度和累积蒸发量.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    动态水压坡地喷灌系统多目标技术参数优化
    付博阳,张林*,黄煜
    2023, 41(1): 96-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0021
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    动态水压供水能够有效提高坡地喷灌水量分布均匀性.为优选出满足喷灌质量要求且经济投入较少双重目标的动态水压坡地喷灌技术参数,以喷头间距、布置方式和动压参数(基础水压、振幅)等需要优化的技术参数为投入指标,以喷灌强度、喷灌均匀度、初始投资和年运行费为产出指标,应用数据包络分析法(DEA)评价决策单元(DMU)有效性,并对非有效DMU进行改进;结合对抗型交叉评价对技术参数做优劣排序,构建了动态水压坡地喷灌技术参数的优化方法.以雨鸟R5000喷头为研究对象,在苜蓿种植面积为1 hm2的坡地上(坡度为10%)进行喷灌系统田间工程设计,最终优选出交叉评价效率最大的动态水压坡地喷灌技术参数:喷头宜采用间距为8 m的正方形布置,基础水压为300 kPa,振幅为50 kPa.
  • 排灌装备制造技术
    Emitter discharge characteristics of verticaltube irrigation affected by various factors
    WANG Cheng,BAI Dan*,LI Yibo,BAI Xueli
    2023, 41(1): 102-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0082
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    To examine the working principle of vertical tube irrigation, variations in vertical tube emitter discharge and their causes were analyzed in the laboratory experiment. The effects of the pressure head, initial soil water content, and tube diameter on the emitter discharge of the vertical tube were studied. The quantitative relationship between the time and cumulative infiltration and emitter discharge of the vertical tube was obtained, and R2 was more than 0.98. Emitter discharge exhibits a positive and negative correlation with the pressure head and soil water content, respectively. Tube diameter has a nonsignificant effect on the emitter discharge. Changes in the soil water content around the emitter water outlet are the main causes of emitter discharge variations. In the experiments, the range of vertical tube emitter discharge was 0.056-1.102 L/h. The emitter of vertical tube irrigation automatically adjusts the soil water content and maintains the root zone soil water content within an appropriate range, thus achieving continuous irrigation, in order to achieve the effect of water-saving.