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    2023, 41(10): 1.
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    2023, 41(10): 2.
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    • 泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    反应堆一回路对核主泵叶轮入流特性的影响
    黎义斌*,张帆,郭艳磊,李冬浩,王秀勇,王岩,杨从新,瞿泽晖
    2023, 41(10): 973-980. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0387
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    为了研究反应堆一回路对核主泵(RCP)叶轮入流特性的影响,将蒸汽发生器(SG)、入口弯管、冷热段管道、核反应堆及RCP进行联合简化建模.基于CFD方法对其一回路进行流场计算分析,对比分析均匀入流条件下RCP数值计算结果与试验结果,可以发现,由数值模拟得到的扬程和效率误差均在5%以内,验证了数值计算方法的正确性.在反应堆一回路中采用多孔介质模型,通过泵特性曲线与管路特性曲线的动态匹配,使得闭式系统RCP流量与额定工况值相差0.998%,扬程相差3.76%,二者误差较小,从而实现了管路阻力的动静态调节.研究结果表明:入口弯管内流动的周向对称性被破坏,其压力和速度分布呈现不均匀分布,受弯管曲率的影响,在离心力作用下产生二次流动;与均匀入流工况相比,非均匀入流工况下RCP入口处形成了一对回旋方向相反的旋涡,速度和压力的对称分布特性被破坏,且沿周向和径向的轴向速度变化均大于平均速度的80%.因此,本研究建立的数值预测方法可以为研究反应堆一回路对RCP叶轮入流特性的影响提供理论依据.
  • 泵理论与技术
    Influence of impeller specific speed onhydraulic performances and pressurefluctuations in mixed-flow pumps
    FU Yanxia，JIA Qi，SHEN Yang，PACE Giovanni
    2023, 41(10): 981-987. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0085
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    A series of steady and unsteady numerical calculations of the internal flow in mixed-flow pumps with three(3)different specific speeds were carried out based on the N-S equation coupled with the standard k-ε turbulence model under different operating conditions to investigate the relationship between the impeller specific speed and the pump performance as well as pressure pulsations. Meanwhile, the pump performance and pressure pulsations inside the mixed-flow pump with three(3)different specific speeds were also analyzed and compared with the corresponding test data. From the results, the averaged deviations between the predicted and tested head among different impellers are below 5%, and with respect to the equivalent impeller specific speeds of 280 and 260, the values are 4.30% and 3.69%, respectively. For all the impeller schemes, the best efficiency point of the mixed-flow pump was found at the flow rate of 120%Qd and the higher head deviation occurs at lower flow rates. Especially, it can be found that the specific speed has a slight effect on the pressure fluctuation in the impellers. Eventually, it was determined that the pump performance curves calculated by nume-rical simulations have good agreement with the relevant experimental results, which verifies that the numerical methods used in the present study were accurate to a certain extent. Furthermore, the results also provide some references to the pressure pulsation analysis and the performance improvement of the mixed-flow pump design.
  • 泵理论与技术
    双蜗壳隔板设计参数对离心泵外特性和径向力特性的影响
    董志强*
    2023, 41(10): 988-992. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0175
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    为了阐释隔板起点位置、终点位置及二者匹配关系对离心泵外特性和径向力特性的影响,文中提出6种研究方案,借助仿真软件CFX分别对每种方案进行全流道稳态模拟,进而获得离心泵内部流动状态、机组外特性及径向力参数,并对部分方案进行水力性能测试以验证计算准确性.研究结果表明:最优隔板模型起点位置与隔舌相隔180°,终点位置与起点位置处于同一径向平面,该模型能兼顾离心泵的外特性及径向力特性;离心泵外特性对隔板起点位置不敏感,在理想隔板模型起点位置基础上,将隔板起点与隔舌之间角度额外增加30°,外特性变化最大偏差均小于2%;隔板长度随着隔板终点位置向蜗壳出口的移动而增加,这对小流量工况下离心泵内部流态具有一定整流作用,外特性曲线表现出小流量变优、大流量变差的特点,曲线形状趋于陡峭;隔板起点、终点偏于最优模型时,蜗壳平衡径向能力呈下降趋势,但均优于单蜗壳.文中研究结果可以为解决小基圆蜗壳因空间狭小难以实现双蜗壳设计提供参考.
  • 时序效应对多级侧流道泵压力脉动的影响
    宋梦斌,刘润石,陈轲,王业芳,张帆*
    2023, 41(10): 993-998. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0070
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    为了厘清多级叶轮与侧流道之间的干涉作用以及泵级间的流动形式,从而提高侧流道泵的水力性能和运行可靠性,选取一台带有前置离心叶轮并串联两级径向叶轮的多级侧流道泵作为研究对象,利用ANSYS CFX对其进行模拟计算.通过傅里叶变换和小波分解方法,研究不同时序位置对叶轮内部和出口处压力脉动的影响,发现侧流道泵最佳时序位置角度与叶轮级数成反比,而与叶片夹角成正比.经过时序位置的优化调整,可以降低侧流道泵的振动并提高出口压力的稳定性,从而提高侧流道泵的整体性能.研究结果可为多级侧流道泵的设计提供有效的参考意见.
  • 舰船自流式循环水系统低流阻混流泵模拟优化及试验
    艾阳*,毛远帆,刘钰,谭鑫,苏舒
    2023, 41(10): 999-1006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0317
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    为降低舰船循环水系统中混流泵的流阻系数,改进其自流特性,提高舰船“自流”循环能力,基于CFD仿真,对低流阻水力部件开展模拟优化及试验研究.首先,通过仿真分析确定初步设计方案,其水力性能可满足设计要求;然后,为进一步降低水力损失和流阻系数,利用随机有限元分析方法确定了影响流阻的主要因素,并针对叶轮、导叶、蜗壳和出口管等主要部件进行优化和改进;最后,基于优化方案开展了样机生产制造及验证试验.结果表明:叶片总包角和导叶总包角是影响混流泵水力部件流阻大小的最主要因素.仿真预测结果与样机试验结果相符,优化后的混流泵内部流动光顺,压力分布、速度分布合理,没有明显的脱流、旋涡,整体流阻系数下降明显,水力性能满足设计要求.因此,提出的低流阻水力部件模拟优化方法是可行的.
  • 立式轴流泵装置流道内流及水力噪声的数值与试验分析
    蒋东进,杨帆*,陆美凝,汤方平,吕玉婷
    2023, 41(10): 1007-1014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0053
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    为探究立式轴流泵装置流道内部流动及水力噪声的分布特性,采用计算流体力学(CFD)和计算声学(CA)相结合的方法对泵装置内流场及内声场进行数值求解,并通过物理模型试验对数值计算结果的有效性给予了验证.结果表明:肘形进水流道内部流态较为平顺,流速分布较为均匀,受导叶体剩余环量的影响,水流在90°弯管内流速分布不均匀,流线呈螺旋状运动进入直管式出水流道,导致内部流态紊乱;流道内声压级和声压强峰值主要出现在叶频及其倍频处,表明叶轮的旋转是诱导流道噪声的重要原因,其中肘形进水流道总声源强度最大值位于出口处,为254.8 dB,直管式出水流道总声源强度最大值位于结构渐变段,为248.8 dB;流道内部过流断面面积的变化对流速的分量变幅有重要影响,流速的分量变幅越大,总声源强度就越大,直管式出水流道结构渐变段总声源强度相对于进口处增大了2.6%,因此在立式轴流泵装置流道优化设计时,应减少流道结构的变化.
  • 冰磨损作用下天然浮石混凝土的寿命可靠性评估
    王萧萧,高宇涛,荆磊,*,刘曙光,闫长旺,姜琳
    2023, 41(10): 1015-1022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0195
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    为探究流凌期天然浮石混凝土的服役寿命,设计了多种试验工况的冰-天然浮石混凝土往复滑动磨损加速试验,在不同磨损路径下测试天然浮石混凝土的累计磨损量,并基于Weibull分布开展寿命可靠性建模,采用最佳线性无偏估计法与最小二乘法2种估计方法分别进行参数估计.试验结果表明:基于Weibull分布的可靠度曲线有效描述了天然浮石混凝土在冰磨损作用下的加速失效过程,其中,天然浮石混凝土可靠度曲线为单调减小的三阶段分布,其耐磨性在加速损伤阶段的衰减现象最为明显;在2类方法中,形状参数值受方法的影响波动最大,在可靠度下降初期最小二乘法计算的可靠性寿命小于最佳线性无偏估计法求得的可靠性寿命;在0.5可靠度下,选择最小二乘法计算的寿命作为冰磨损作用下天然浮石混凝土极限寿命,研究结果为提升天然浮石混凝土耐磨性与安全性提供了理论参考.
  • 基于BES-ELM的风电机组故障诊断
    王俊,席芳,周川,蔡彦枫,王洁,王金城,许昌
    2023, 41(10): 1023-1029. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0234
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    针对极限学习机相关参数的选取不当导致其诊断结果与准确率受影响的问题,提出利用秃鹰搜索算法对极限学习机的权值和偏置的选取进行优化,构建秃鹰搜索优化算法和极限学习机组合的风力发电机组故障诊断模型(BES-ELM).对风电场某一台风力发电机组在发电机过热(S1)、馈电故障(S2)、变流器冷却系统故障(S3)和正常(S4)等四种状态下的相关SCADA数据进行清晰、补充等相关预处理和特征选取后构成故障样本集,其中样本集的80%作为训练集,20%作为测试集.分别采用标准极限学习机、基于遗传优化算法和粒子群优化算法的极限学习机模型对这些故障样本进行分类.结果显示,与标准极限学习机、遗传算法和粒子群算法优化的极限学习机模型相比,BES-ELM模型的诊断准确率达到98.75%,有效提高了风电机组故障诊断的准确率.
  • 高预旋下刷式密封泄漏和转子动力特性
    刘美红,许嘉辉,康宇驰*,肖富仁
    2023, 41(10): 1030-1036. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0046
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    为了揭示高进口预旋下刷式密封的封严性能和转子稳定性,基于涡动转子法和非线性Darcian多孔介质模型,建立刷式密封数值分析模型,研究高进口预旋下(预旋比λ>0.8)压比以及转子自旋速度对刷式密封泄漏特性和转子动力特性的影响规律,同时对比分析低进口预旋条件下的计算结果.数值计算5种压比(2.0,3.0,3.5,4.5,5.5)和5种转子自旋速度(3 000,6 000,7 500,9 000,12 000 r/min)下刷式密封的泄漏特性和转子动力学特性.研究发现:高预旋条件下刷式密封泄漏量小于低预旋条件下;高预旋条件下刷式密封直接刚度和交叉刚度均大于低预旋条件下,且随压比增大而增大;高预旋条件下的交叉刚度始终为较大的正值;转子自旋速度对低预旋条件下刷式密封直接刚度的影响较小,而高预旋条件下的直接刚度随转子自旋速度增加以较缓慢的趋势下降;转子自旋速度增加,高预旋条件下的交叉刚度增加幅度大于低预旋条件下,进而导致有效阻尼下降.
  • 基于MIAB摩阻模型的有压管道水锤数值模拟
    刘光,吴国鸿*,吴如坤
    2023, 41(10): 1037-1042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0081
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    为提高1D水锤模型对有压管道瞬变流预测精度,在传统1D恒定摩阻模型中引入额外的瞬时附加摩阻项,建立了改进的非恒定摩阻模型.利用2个模型分别对3种不同初始流速工况的水库-管道-阀门系统压力瞬变特性进行数值模拟,并对比了不同模型的预测精度.结果表明:恒定摩阻模型和非恒定摩阻模型的压力波在第1个周期内的压力变化预测值均与试验值较为接近.而在第1个压力波周期以后,二者在低流速工况预测的压力峰值与试验值误差分别为4.4%和14.7%,改进的非恒定摩阻模型预测精度大幅提高.对压力波传播特性的研究表明,压力波在系统内不同位置处的传播和反射特性存在明显不同:在1个水锤波周期内,压力波在水箱处受到压强差作用产生全负反射,而在阀门处由于微流段的速度变化为0,仅改变了方向.研究结果能够为有压管道的安全稳定运行和优化设计提供一定的参考.
  • 琴键阶消能工消能特性
    赵一名,朱李英,李永业*
    2023, 41(10): 1043-1050. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0324
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    为了研究台阶形状改变对台阶溢洪道消能特性的影响,提出一种琴键阶消能工,采取数值模拟与模型验证相结合的方法对琴键阶消能工与传统的台阶消能工在不同流量下的水面线与流态特征、压强特性、流速矢量特性以及消能率进行了分析.研究结果表明:在Q=40 m3/h时,琴键阶消能工的流动形态尚为跌落水流时台阶消能工已为过渡水流,此时琴键阶消能工流动形态较为稳定;不同流量时琴键阶消能工表面的压强分布显示:极大压强区域与负压强区域并没有分布在台阶凸角的两侧且分布较为分散,对台阶凸角的安全影响较小,比较有利于维护;同时在琴键阶附近的三维旋滚比较多,消耗水流动能的效果较好;而且琴键阶消能工在不同流量下的消能率比台阶消能工更为稳定,当流量从40 m3/h增大到60 m3/h时,琴键阶和台阶消能率最大下降幅度分别为3.22%与24.33%.总体上琴键阶消能工的消能效果较好且较为稳定,可以为实际消能工程提供一种新的思路.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    不同时间尺度下温室西瓜蒸腾与环境因子关系
    原桂霞,张涛,温江丽*
    2023, 41(10): 1051-1057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0027
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    为了研究温室无土栽培西瓜在不同时间尺度不同灌水量条件下的蒸腾量(ET)及变化规律,从而实现水分精准化管理,文中以小型西瓜为试材,研究了不同时间尺度下灌水上限占基质持水量的95%~100%(T1),75%~80%(T2)和55%~60%(T3)3种灌水处理西瓜ET的变化规律及其与环境因子的关系.结果表明:不同灌水处理温室西瓜典型日ET峰值从大到小依次为T1,T2,T3.不同时间尺度下,影响不同灌水处理的西瓜ET的主要因素不完全相同,影响程度也不同,但是太阳辐射(RS)始终是影响不同灌水处理西瓜ET的主要环境因子.随时间尺度的增大,影响西瓜ET的主要因素逐渐减少,而不同灌水处理西瓜ET回归模型显著性逐渐增大.用环境因子估算温室西瓜ET时,小时尺度下还需结合采用直接测定的方法;而在较大尺度下,可以通过对温室少量环境因子直接监测从而进行估算.
  • 农业水土工程
    基于VCI的内蒙古生长季干旱变化及对气候响应
    曲学斌,金林雪*,红梅,越昆,赵子威
    2023, 41(10): 1058-1064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0146
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    为有效开展内蒙古干旱监测及抗旱减灾工作,基于2000—2021年5—9月逐月MODIS植被长势产品,计算植被状态指数(vegetation condition index,VCI),结合内蒙古118个气象站的生长季气温、降水数据,利用Sen趋势分析法、偏相关系数法等分析内蒙古生长季干旱时空变化及其与气象要素的关系.分析结果表明,研究期内内蒙古生长季的VCI整体呈上升趋势,主要上升区位于内蒙古的东南部农牧交错带和西部草原与荒漠过渡区,在人类的正向干扰下这些地区的植被抗旱能力明显提升.变异系数分析可知春末夏初内蒙古东部地区的干旱风险相对较高、随着夏季到来干旱高风险区向西移动至内蒙古中部地区,秋季干旱风险范围增大但强度相对减小.降水偏少是内蒙古干旱发生的决定性气象因素,而高温主要与草原干旱的发生密切相关.基于VCI的干旱分析可有效反映区域抗旱能力的提升,为干旱的精细化管理提供科学参考.
  • 农业水土工程
    水资源总量约束条件下玛纳斯河灌区水资源优化配置
    潘月,杨广,*,田浩,赵丽,李毅,李小龙,刘兵,黄洲,古力生木·安甫丁,
    2023, 41(10): 1065-1072. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0239
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    针对干旱绿洲灌区水资源系统中存在的水资源供需矛盾问题,采用Lasso算法预测玛纳斯河灌区不同规划水平年需水量,开展绿洲灌区水资源供需平衡分析;构建干旱绿洲灌区水资源优化配置模型,采用LINGO语言对模型求解,通过模糊综合评价模型对灌区水资源配置结果进行和谐度评价.研究结果表明:2025年和2030年玛纳斯河灌区需水量分别超出用水总量控制指标0.43亿m3和1.04亿m3,水资源供需矛盾突出;基于LINGO语言求解多目标规划模型最优解得到灌区规划发展最优方案,优化后灌区2025年和2030年用水总量分别降低5.88%和11.04%,水资源供需矛盾得到一定程度缓解;构建和谐性模糊综合评价模型,以判断灌区和谐水平并得出评价结果.研究结果可以为干旱绿洲灌区水资源优化配置提供基础依据.
  • 农业水土工程
    Root distribution and influencing factors of dry-sowing and wet-growing cotton plants under different water conditions
    DING Yu,ZHANG Jianghui,BAI Yungang,LIU Hongbo,ZHENG Ming,ZHAO Jinghua%XIAO Jun
    2023, 41(10): 1073-1080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0268
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    To study the effect of soil water and salt environment factors on the root growth of cotton under different moisture control, three different emergence water volumes(60, 105, and 150 m3/hm2), two different frequencies(high frequency and low frequency)and one double film cover winter irrigation control treatment(CK: 2 250 m3/hm2)were set up to analyze the spatial distribution patterns of soil water and salt environment and root density in dry sown and wet emerged cotton fields under diffe-rent moisture control conditions. The results show that the soil water content and water infiltration range gradually become larger with the increase of seedling water quantity, and the larger the seedling water quantity, the higher the soil water content; with the same seedling water quantity, the soil water content of the high-frequency(HF)treatment becomes obviously larger. The soil conductivity of each treatment tends to decrease gradually with the increase of seedling water and drip frequency, among which the distribution of soil conductivity of S6 treatment is closest to that of CK; with the increase in soil depth, the soil conductivity tends to increase first and then decrease and compared with the low-frequency(LF)treatment, the high-frequency treatment shows a significantly deeper soil salt accumulation layer. The root length density(RLD)of cotton gradually increases with the amount of seedling water and the frequency of dripping; the soil layer of root distribution gradually deepens with the amount of seedling water in the vertical direction, and the RLD value in the horizontal direction is significantly greater in the mulched area than in the bare area between films. This research can serve as a solid scientific foundation for the use of dry sowing and wet emergence techniques in cotton fields in southern Xinjiang.