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• 2023年, 41卷, 第8期
  刊出日期：2023-08-25

    

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  泵理论与技术
  叶轮机械复杂内流演变与控制
  流体工程
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  2023, 41(8): 1.

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  2023, 41(8): 2.

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泵理论与技术
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  泵理论与技术

  大型泵站主电动机滑动轴承水冷却系统比较

  仇宝云*,方涛,赵文军,严天序

  2023, 41(8): 757-763. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0255

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  为比较大型泵站主电动机滑动轴承不同水冷却系统优缺点,对滑动推力轴承和导轴承发热量和传热进行计算,根据轴承温度控制条件,求得最小需要冷却水流量与进水温度的关系.介绍了传统供排水、盘管、板式热交换器和冷水机组4种水冷却系统,计算该4种水冷却系统运行能耗,并进行综合比较分析.研究结果表明:传统供排水冷却系统能耗大,泵吸水管口易堵塞,油冷却器内壁易结垢;与传统供排水冷却系统相比,盘管式水冷却系统节能22.9%,无堵塞、结垢问题;板式换热器冷却系统节能45.5%,节能率最高,但仍存在堵塞、结垢问题;冷水机组冷却系统节能39.6%,节能率次之,但具有节能、不结垢、无进水口堵塞问题和运行维护方便等综合优势.
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  泵理论与技术

  柔性纤维粒子在离心泵叶轮流道内的流动特性

  张启华,*,谢之昂,钟成成,康顺

  2023, 41(8): 764-770. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0014

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  为了探究柔性纤维粒子对离心泵外特性及其流动特性的影响,采用一台透明有机玻璃制成的模型泵进行外特性试验和PIV试验,分别观察了不同质量分数的纤维粒子对泵性能的影响.结果表明,与输送清水介质相比,离心泵在输送一定质量分数的纤维悬浮液时,其扬程没有明显变化,而效率会有一定的提升.其中,在输送质量分数为0.3%的纤维悬浮液时,效率提高了3.37%.在一定质量分数下,随着流量的增大,流道内的流速稳定增长,流速无较大波动.针对纤维悬浮液,高质量分数下叶片对于流场具有更高的可控性,流道内流动更为稳定.该研究验证了纤维减阻现象的产生,并对减阻效果进行了量化,为采用更大质量分数纤维的测试提供了参考.
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  泵理论与技术

  基于数值模拟与熵产理论的电潜泵内流特性

  张绍广,杭建伟*,施宇晖,杨阳,杜丹阳,宋相宇,周岭

  2023, 41(8): 771-778. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0009

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  为揭示电潜泵运行过程中的内流特性,采用数值模拟方法结合熵产理论研究了不同流量工况下电潜泵的能量特性与流动特征.对比分析了主要过流部件中体积平均熵产率、3种不同类型熵产及总熵产数量、涡核形态、壁面熵产分布随流量增大的变化规律与级间差异.结果表明:电潜泵在流量增大过程中,各级叶轮与导叶中的熵产存在先降后升的现象,其中导叶部分熵产最大.速度脉动熵产远高于壁面效应及时均过程引发的熵产,占据了总熵产的绝大部分,是导致能量损失的主要因素.在大流量工况下,随着级数的上升,过流部件的能量损失呈明显逐级上升的趋势.各级叶轮及导叶中,涡核数量及尺度随流量增大而先减后增,与熵产损失随流量上升的变化规律相吻合.基于熵产的量纲为一的湍流耗散系数,能够直观地确定过流部件中产生回流的位置.研究结果能够为电潜泵的节能优化设计提供一定的参考.
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  泵理论与技术

  水泵水轮机泵工况空化诱导流动失稳机理

  阮辉,*,郭鹏程,余龙,周创辉,晁文雄,李祥阳

  2023, 41(8): 779-786. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0341

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  针对水泵水轮机泵工况空化特性及其引起的流动失稳问题,采用空化流动数值模拟分析和模型空化试验相结合的方法,获得不同流量水泵工况下水泵水轮机的空化特性,探明了不同空化系数泵工况下水泵水轮机内部湍流场的结构特征,阐明了水泵水轮机内部空化与旋涡的关联特性,揭示了水泵水轮机空化流动特征及其与主流干涉失稳机理.研究结果表明,不同流量和空化系数的泵工况下,水泵水轮机空化发生的位置及剧烈程度存在明显差异.小流量工况下,叶片低压边吸力面的剧烈空化引起的流动分离干扰主流场流动,产生大面积脱流和涡流,使得水泵水轮机的效率降低;最优工况和大流量工况下,相邻叶片不同位置的空化引起的脱流一旦产生相互干扰,将在转轮叶道内形成大范围的回流和涡流,导致水泵水轮机的效率和扬程大幅度降低.
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  泵理论与技术

  透平式能量回收一体机水润滑轴承四自由度动力特性

  郎涛,敬睿,李岩,潘文翊,胡敬宁,张德胜*

  2023, 41(8): 787-794. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0038

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  为研究水润滑轴承转子系统运行时转子受载不平衡导致轴颈产生倾斜的问题,针对透平式能量回收一体机转子系统以轴承在中间支撑、载荷在两端的结构特点,提出了一种通过联立转子动力学方程与雷诺方程,基于有限差分法求解滑动轴承四自由度非线性轴心轨迹的数值计算方法.采用四阶龙格库塔法迭代求解转子运动方程,系统分析了加载在轴两端的周期性载荷对转子轴心轨迹的影响.研究结果表明,叶轮受到的水力激振力产生力矩,使主轴发生倾斜,主轴两端的轴心轨迹振幅明显大于中间位置;水力激振力相位差可影响转子系统的稳定性,当激振力相位差为0°时,轴颈不发生倾斜;随着水力激振力相位差增大,轴颈倾斜角度增大,轴两端的轴心轨迹振幅增大,转子系统运行稳定性变差;在主轴两端安装叶轮时应保持叶片相位角相同,可提高转子稳定性.研究成果可为高速水润滑轴承转子系统的设计提供理论指导.
叶轮机械复杂内流演变与控制
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  叶轮机械复杂内流演变与控制

  多翼离心风机双圆弧叶片设计及其性能优势分析

  蒋博彦,施旭娜,肖千豪,李斌,王军*,司巧玲

  2023, 41(8): 795-802. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0175

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  在限定直径下对某吸油烟机用多翼离心风机的单圆弧叶片进行双圆弧改型,研究了加、减速2种双圆弧叶型对风机性能的影响,并对单双圆弧叶型各自的性能优势展开对比分析.通过计算流体力学数值预测不同叶型方案的整机风压及效率,确定单圆弧叶片进口安装角的最佳取值区间应在最小冲击损失设计的基础上预设20.0°~30.0°冲角,而综合风机压力和效率,单圆弧叶片出口安装角的最佳取值为165.0°~173.0°.对于进口安装角匹配不佳的单圆弧叶片,采用减速型双圆弧叶片可同时提高风机压力和效率;但对于已经优选过的单圆弧叶型,则反而需向加速型双圆弧改型,风机压力小幅度提高但效率稍有降低.对比同叶片进出口角的单圆弧叶片,加速型双圆弧叶片做功重心前移的同时,吸力面二次分离得到抑制;其叶道更难被蜗舌回流贯穿,有利于风机小流量工况下的气动性能.
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  叶轮机械复杂内流演变与控制

  不同导叶高度起旋器出口断面水力特性

  张港,孙西欢*,李永业,宋晓腾,鲁一凡,孙蕾

  2023, 41(8): 803-808. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0283

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  针对不同导叶高度起旋器,以出口断面的流速和动量为参量研究螺旋流的产生效果.采用数值模拟与物理试验相结合的方法,从出口断面的速度云图、断面速度分布区间、通过断面流体的动量、断面平均压强等方面,对不同导叶高度起旋器水力特性进行了研究.结果表明:随着导叶高度的增高,轴向流速相对低速区扩大,速度极值增大;径向流速影响区域扩大,径向速度值在-0.27~0.33 m/s;周向流速影响的环状区域面积沿径向扩大,极大值减小,但均值由0.13 m/s增大至0.30 m/s,速度分布更加均匀,强度更大;通过出口断面流体的周向动量与轴向动量之比η由0.07增至0.14,流量Q对η影响很小.该研究为起旋器结构参数的选择提供了参考依据.
流体工程
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  流体工程

  绕水翼空化流固耦合特性研究现状与展望

  许彬,王浩,沈熙,刘克洋,张德胜*

  2023, 41(8): 809-817. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0350

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  针对绕水翼空化流固耦合特性,从试验和数值模拟等方面进行了总结.详细评述了侵入式局部探针测量技术和非侵入式全场光学测量技术的优缺点,并且从空化形态、流场结构等方面对绕水翼非定常空化流动相关试验研究进行了较为详细的评述和讨论.总结了不同空化模型和湍流模型对模拟绕水翼空化初生、发展和脱落过程的影响.在绕水翼空化流固耦合的试验研究方面,详细从测量结构的固有频率、振动特性、应变以及结构位移等方面对相关研究进行了分析,指出空穴形态的捕捉和结构动力学特性参数的测量是绕水翼空化流固耦合试验研究的关键.在绕水翼空化流固耦合的数值模拟方面,详细讨论了整体求解法和分步求解法,指出附加质量效应是求解绕水翼空化流固耦合的重要关注点.最后,从多物理场同步观测与分析、空化-涡-湍流三者相互作用机制、考虑热力学效应的绕水翼空化流固耦合和建立考虑多物理尺度变化的空化模型等方面展望了绕水翼空化流固耦合未来发展方向.
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  流体工程

  离心式曝气机排出管对曝气性能的影响

  张震,郑源,冯方,李可欣,李倩

  2023, 41(8): 818-824. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0183

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  为了设计一种高效充氧的离心式曝气机,采用 NX 建立三维模型,使用FLUENT 19.2 对离心式曝气机过流部件进行多相流VOF数值模拟;选用标准k-ε湍流计算模型和SIMPLE算法,并提出曝气机混合盘相对面积比 ð的概念,即离心式曝气机混合盘面积与其排出口面积之比.计算结果表明:离心式曝气机布置排出管曝气性能较未布置有明显提升,在混合盘内含气量提升了47%,验证了布置排出管的必要性.进一步研究了曝气机混合盘相对面积比对曝气性能的影响.以曝气机混合盘内气体体积分数及转轮表面压力差作为衡量曝气机性能的指标.结果表明,离心式曝气机的出口流量随着混合盘相对面积比先增大后减小,在其比值为8.377时最大,出口流量达到16.617 kg/s,该结果可对离心式曝气机的结构优化设计与充氧性能的提升起到指导作用.
农业水土工程
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  农业水土工程

  稻田水肥管理研究进展及思考

  李圆圆*,何平,茅桁

  2023, 41(8): 825-832. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0135

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  从稻田环境和温室气体排放、水稻生理生长及产量3个方面总结了稻田水肥管理的研究现状:合理的水肥管理技术能够促进水稻根系结构发展和养分吸收,促进水稻生理生长,提高水稻产量,同时还可减少稻田氮素流失和温室气体排放.通过对水稻节水灌溉与优化施肥的水肥管理模式的归纳总结,旨在提高稻田水肥利用率,对建立高产、节水、减排的高效水稻种植模式具有重要意义.结合前人研究结果,提出了现阶段稻田水肥管理模式下存在的问题:较少考虑环境因子的影响;水肥耦合试验处理少,结果差异大;高产和减排之间存在矛盾.同时强调将最新最前沿的农业科技成果(例如污水再生灌溉技术、水肥一体化技术)运用到农业生产实践中的重要性,对中国农业高效、绿色发展有指导意义.
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  农业水土工程

  一种地下滴灌灌水器水力性能及入渗特性

  王海涛,何青海,王建东*,仇学峰,王传娟,孟宪武

  2023, 41(8): 833-841. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0095

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  针对一种地下滴灌灌水器(3种流量规格),探究了其在不同工作压力下(0.02~0.14 MPa)自由出流的水力性能和在额定工况下(0.1 MPa)不同埋深(25, 40 cm)时的入渗特性.结果表明:该地下滴灌灌水器压力与流量的关系符合指数型函数,类属非压力补偿式灌水器类型.该地下滴灌灌水器制造偏差在特定压力下的表征值随工作压力增加有降低趋势,而对于低压工况下滴灌系统灌水均匀度的影响更为明显;当埋入地下时,其湿润体形状呈现椭球体或近似球体,在相同埋深下,灌水器流量规格越小,在等时间内形成的湿润体也就越小;当灌水完成达到相同灌水量时,小流量规格灌水器的湿润体反而越大.在相同流量规格下,灌水器埋深越深,越不利于湿润锋运移,等时间内形成的湿润体越小;其水分运移在多个方向上的扩散距离与时间均呈幂函数,水分在水平方向运移最快;随着灌水器流量规格增大,水分运移方向随时间增长逐渐由向下占优转为向上占优.
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  农业水土工程

  水稻生育期智能间歇灌溉系统研发及应用

  邓海龙*,谢亨旺,付桃秀,王子荣

  2023, 41(8): 842-848. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0128

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  介绍了结合运用数理统计学、机械工程学及信息控制技术，成功研发的水稻生育期智能间歇灌溉系统.通过现场试验，对自动测量数据和人工测量数据进行的对比分析证明，灌水量、田间水位测量精度满足要求.由水稻灌溉试验数据研究表明：与间歇灌溉相比，智能间歇灌溉灌排水量、灌排次数明显减少.在灌水量方面：智能间歇灌溉模式比间歇灌溉减少51.60~208.90 mm，减少幅度为24.00%~30.40%，减少灌水次数1.5次；在降雨有效利用率方面：智能间歇灌溉模式的降雨利用率较间歇灌溉模式提高了7%；在排水量方面，智能间歇灌溉模式下的田间排水量比间歇灌溉减少18.40 mm，减少幅度为17.9%.在产量方面：在肥料运筹及其他管理措施相同的条件下，早晚稻产量均呈现出智能间歇灌溉模式大于间歇灌溉模式，增产率分别为4.2%和8.9%.水稻生育期智能灌溉系统应用后具有明显的节水、增产效果，对提高中国作物需水量研究测定的科技水平具有重要意义.
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  农业水土工程

  基于改进的双作物系数模型与Priestley-Taylor模型估算温室黄瓜蒸散量

  赵爽,闫浩芳*,张川,李迷,邓帅帅,梁少威,蒋建辉

  2023, 41(8): 849-857. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0046

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  为估算温室黄瓜植株蒸腾(T_r)与土面蒸发(E_g),基于2018年春夏茬和秋冬茬温室内实测微气象数据、黄瓜作物叶面积指数(LAI)及根区土壤水分数据,对FAO-56推荐的双作物系数模型(Dual-K_c)及Priestley-Taylor(P-T)模型中参数进行修正,应用修正后的Dual-K_c和P-T模型(M-PT)估算温室黄瓜蒸散量(ET_c),利用2019年春夏茬和秋冬茬实测数据对模型精度进行验证.结果表明:改进后的Dual-K_c和M-PT模型估算的温室黄瓜ET_c和T_r与实测值有较好的一致性,但M-PT模型的估算误差高于Dual-K_c模型,Dual-K_c模型估算春夏茬与秋冬茬黄瓜ET_c与实测值的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、偏离率(Bias)和相关系数(R²)分别为0.36 mm/d,0.28 mm/d,-0.10和0.98(春夏茬)及0.28 mm/d,0.22 mm/d,-0.11和0.97(秋冬茬);M-PT模型的RMSE,MAE,Bias和R²分别为0.48 mm/d,0.42 mm/d,-0.17和0.97(春夏茬)及0.41 mm/d,0.31 mm/d,-0.24和0.95(秋冬茬).尽管M-PT模型估算误差较Dual-K_c略高,但其结构简单、所需参数较少,在温室作物蒸散量估算中更值得推广.
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  农业水土工程

  穴盘规格与灌溉量协同对西葫芦育苗的影响

  王研,郭文忠*,李灵芝,秦黎,王若莹,陈菲,范凤翠

  2023, 41(8): 858-864. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0350

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  为探明西葫芦育苗选用穴盘的最适灌溉量,以“农园1号”为试验材料,设置穴盘3个处理(32孔、50孔和72孔),分别结合3种灌溉水平(补充灌溉蒸腾蒸发量ET的100%(I1),75%(I2)和50%(I3)),研究不同穴盘孔数和灌溉量协同对西葫芦幼苗生长和水分利用的影响.结果表明,50孔穴盘处理幼苗在100%ET灌溉下的茎粗和叶面积显著高于其余灌溉条件,75% ET条件下幼苗根系形态优于其他条件,72孔穴盘培育的幼苗在50%ET灌溉下水分利用率最大为5.93 g/L,不同规格穴盘处理在I2和I3灌溉下幼苗的水分利用率大于I1,单株幼苗日耗水量和播后天数可用线性函数关系表示,穴盘孔数和灌溉量的交互作用显著影响幼苗的生长.在本试验研究范围内,适宜西葫芦高效育苗的条件为50孔或32孔穴盘,结合75% ET灌溉方法可提高幼苗水分利用率,达到节水的目的.