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• 2024年, 42卷, 第11期
  刊出日期：2024-11-25

    

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  泵理论与技术
  流体工程
  水利水电工程
  农业水土工程
  

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  2024, 42(11): 1.

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  2024, 42(11): 2.

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泵理论与技术
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  泵理论与技术

  核主泵故障诊断研究现状与展望

  周涛1, 朱勇1, 3, 汤胜楠2, 吴卿轶1

  2024, 42(11): 1081-1090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0048

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  实施“双碳”战略是一场影响广泛而深刻的经济社会系统性变革,如期实现“碳达峰、碳中和”目标离不开电力行业重大技术突破和科技创新支撑.核电凭借高能效、清洁无碳、电量稳定等优势,具有明显的经济效益,应用前景广阔.核安全是核电发展的生命线,核主泵作为核岛一回路系统中的“心脏”,其能否在长服役寿命周期内安全、稳定、可靠运行将直接影响整个核电机组的安全性,因此开展核主泵智能故障诊断与健康管理至关重要.首先,论述了故障诊断对核主泵安全稳定、可靠运行的意义;其次,介绍了核主泵的结构组成与工作原理;再次,阐述了核主泵常见故障类型及机理;从次,综述了近年来国内外学者在核主泵故障诊断与故障预警方面的研究成果;最后,对核主泵故障诊断未来研究方向进行了分析与展望.
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  泵理论与技术

  工业用减阻剂对射流泵性能影响的试验研究

  侯凌风1, 劳星胜2, 李邦明2, 孙坤杰1, 龙新平1

  2024, 42(11): 1091-1097. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0047

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  为探究减阻剂对射流泵性能的影响,进行了添加聚氧化乙烯(PEO)与阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)2种减阻剂对射流泵性能影响的试验研究.结果表明:减阻剂的质量分数对射流泵性能的变化有决定性的作用,质量分数为(0,0.10‰］时,2种减阻剂对射流泵性能无明显影响;质量分数为(0.10‰,0.25‰］时,部分工况的射流泵性能甚至出现下降;随着质量分数提高,射流泵性能均有一定的提升,质量分数为1.00‰~1.25‰时,射流泵性能提升达到最大,效率最大可提高6.15%;质量分数进一步提高,射流泵性能提升的幅度有所下降;相同质量分数下PEO提升射流泵性能的效果要优于CPAM;减阻剂对2个不同面积比的射流泵性能在大流量工况下提升效果更为明显,但在极限工况时,剧烈空化影响了减阻剂的效果,导致提升幅度有限;PEO在面积比1.78的射流泵中的减阻效果强于在面积比4.00的射流泵中的减阻效果,而CPAM在面积比1.78的射流泵中的减阻效果弱于在面积比4.00的射流泵中的减阻效果.
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  泵理论与技术

  狭小间隙下液力变矩器搅油功率损失模型

  吕懿晨1, 孙中国1, 宫武旗1, 邹天刚2, 桂鹏2

  2024, 42(11): 1098-1103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0280

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  针对液力变矩器高速旋转产生较大搅油功率损失问题,以某液力变矩器为研究对象,基于CFD数值模拟及数据统计分析方法,提出一种搅油功率损失预测模型.该模型主要考虑液力变矩器装配间隙几何特征、运行参数、润滑油物性与润滑状态等因素影响,采用正交分解法选择25组不同运行参数下的搅油过程进行数值模拟,并结合某传动装置实际运行工况和使用要求进行了多工况验证.结果表明:随着润滑油雷诺数增大,搅油功率损失成指数型快速增长;搅油功率损失随径向间隙的增大而减小,随轴向间隙的增大而增大;当径向间隙小于9 mm时,搅油损失功率随着径向间隙减小而急剧增大;相比于轴向间隙,径向间隙对搅油功率损失值的影响程度更大;狭小间隙下液力变矩器搅油功率损失模型结果与数值计算结果总体符合较好,相对误差在10%内.研究结果可为狭小间隙液力变矩器设计及综合传动装置的优化提供一定技术支撑.
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  泵理论与技术

  导叶进口角度对轴流泵水力性能的影响

  陈奕宇1, 孙毅2, 乔凤权2, 石丽建1, 韩逸1, 薛木子1, 柴耀1

  2024, 42(11): 1104-1111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0067

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  为研究导叶叶片进口角度对于轴流泵性能的影响,采用CFD数值模拟与模型试验相结合的方法,对导叶叶片不同翼型断面的进口角进行非线性调节,共设计了9种不同导叶方案.同时基于熵产理论针对不同导叶进口角条件下泵段内部流动水力损失进行分析.结果表明:在大流量工况下,导叶叶片靠近轮毂侧和轮缘侧翼型断面正进口角度方向调节和水泵的效率具有统计学意义;导叶轮毂侧不同进口角方案对效率的影响更加明显,对于导叶消除环量能力的影响更加明显;增大导叶叶片轮毂侧进口角度可以有效减小导叶和出水流道内部的高熵产区域,收窄导叶片背部的低速区并且防止其延伸进入出水流道,优化导叶进水条件及出水流道的内部流态同时减小水力损失.研究结果有助于导叶水力性能的优化设计,同时可以为提高轴流泵段的效率提供一定理论参考.
流体工程
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  流体工程

  长距离泵站水锤分析及管线布置对水锤的影响

  赵斌1, 胡斌超1, 刘有亮1, 史广泰2, 王继堂3

  2024, 42(11): 1112-1119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0023

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  针对长距离供水工程中泵站事故停泵后管线后段负压成常态的问题,以甘肃某水库临库取水泵站为背景,建立了水锤基本方程、液控止回偏心半球阀和空气罐等数学模型. 采用特征线法分析了泵后工作阀关闭规律以及增设空气罐和改变管线布置形式对水锤的影响.实例分析表明:泵后工作阀的关闭规律对管线负压的影响较小;管线出现“瞬时负压”在一些情况下可以忽略其对管道的危害;空气罐能够较好地解决长距离供水工程中泵站后段管线在设置一定数量的空气阀后依然无法消除 “瞬时负压”的缺陷;改变管线布置形式对管线负压极值的影响较小,呈直线形式的水锤最大压力明显大于高低起伏形式的管线,采用先缓后陡的管线布置形式能够缩短负压发生的区域.研究结果可为长距离供水工程水锤防护设计提供一定参考.
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  流体工程

  黄河下游典型概化心滩绕流近壁面流场水力特性

  张春晋1, 2, 任小凤3, 张敏1, 丰青1, 赵崇旭1

  2024, 42(11): 1120-1127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0304

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  为了揭示黄河下游典型概化心滩绕流近壁面流场的水力特性,以下游马峪沟断面附近典型心滩作为研究对象,利用模型试验与数值模拟探究不同流量与水深条件下概化心滩绕流近壁面流场的水流流态、河床高程、水流挟沙力及床面阻力等特性,并验证平面二维水沙模型计算得到的流速分布与河床高程的正确性.结果表明:分流区断面受到滩头影响,流速变小,并且流速最大值出现在汊道.汇流区断面在滩尾影响下发生边界层分离,水槽中央流速达到最小,此后流速达到最大并趋于平均化;采用平面二维水沙模型计算得到的流速分布与河床高程的模拟值与试验值基本吻合,表明采用数值模拟探究心滩绕流近壁面流场水力特性是可行的.本研究将为揭示黄河下游典型冲积河段心滩形态特征调整过程的动力学机理提供理论基础.
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  流体工程

  表面粗糙度对潮流能涡轮机水动力性能的影响

  宋科1, 杨邦成2, 段维华1

  2024, 42(11): 1128-1134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0071

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  为探究由生物附着所引起的表面粗糙度效应对涡轮机水动力性能的影响,采用计算流体力学方法对不同粗糙度和不同局部粗糙度分布条件下的水平轴涡轮机进行了数值模拟.研究结果表明:在相同尖速比(TSR)下,随着粗糙度的增大,涡轮机的功率和推力损失逐渐增大.而在相同粗糙度下,涡轮机的功率和推力损失也随着TSR的增大而增大,其中涡轮机在TSR=6.00的功率损失是TSR=3.00的2.3倍左右.局部粗糙度分布越靠近叶尖对涡轮机功率和推力损失的影响就越明显,其中分布在叶片半径(R)为0.75R~1.00R的局部粗糙度所造成的功率损失超过整体的一半以上.叶片背流面局部粗糙度分布相比迎流面局部粗糙度分布对涡轮机功率和推力的影响更明显.同时,涡轮机的粗糙度效应并不是各局部粗糙度的简单叠加,而是综合影响的结果.涡轮机一旦被生物附着,其设计条件下的最佳TSR范围将不再适用.
水利水电工程
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  水利水电工程

  泵站圆弧扩散型正向进水前池泥沙浓度分布特征

  樊新建1, 李龙基1, 陆亚楠1, 王辉1, 贾广钰2, 孙江河3

  2024, 42(11): 1135-1141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0227

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  以多泥沙河流为取水水源的泵站正向进水前池存在泥沙沉积、泵站性能降低等问题.选取甘肃省景泰川电力提灌工程某泵站正向进水前池作为研究对象,设计圆弧扩散型正向进水前池体型结构,采用Fluent软件基于Realizable k-ε模型和Mixture多相流模型开展数值模拟计算,获得圆弧扩散型正向进水前池的泥沙浓度分布特征,揭示圆弧扩散型边墙收缩程度对前池内水沙运动特性的影响.结果表明:沿垂直水流方向,圆弧扩散型正向进水前池内泥沙体积浓度分布中间低、两侧高;沿水深方向,前池内泥沙体积浓度分布由表层至底层逐渐升高.相较直线扩散型正向进水前池,圆心角为44°的圆弧扩散型正向进水前池内高含沙区面积降低41.77%,泥沙淤积减少43.60%.研究成果可为同类型泵站前池优化设计提供指导与参考,有效促进泵站工程提质增效.
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  水利水电工程

  1 000 MW水轮机多工况运行水力损失及熵产特性分析

  张泽泉1卢永刚1朱荣生1王正伟2李贤梁

  2024, 42(11): 1142-1149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0209

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  为研究1 000 MW混流式水轮机组多工况运行时产生的水力损失,使用SST k-ω湍流模型进行数值模拟计算.根据热力学第二定律,基于熵产理论对3种常见出力工况下的水轮机进行水力损失研究,主要是对流动过程中的熵产分布和流场进行分析,从而得到水力损失的具体空间分布情况.研究结果表明:湍流熵产和壁面熵产占水轮机系统总熵产的99%以上,时均速度引起的直接熵产几乎可以忽略不计.熵产主要集中在导叶、转轮和尾水管3个部件,导叶无叶区的高速流动造成较大速度梯度,使得高局部熵产(LEPR)出现在无叶区.转轮内的回流、流动分离等不稳定流动,使得高LEPR区出现在转轮叶片的前缘和尾缘处.尾水管在额定出力下流态最好,偏额定出力工况会在直锥段出现螺旋状涡带或直柱状涡带,且在靠近入口的直锥段中心出现局部回流,导致高LEPR区出现在此处.导叶和转轮在超出力工况产生较大的水力损失,尾水管则在低出力工况下的水力损失较大.
  
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  水利水电工程

  基于改进自适应遗传算法的渠系优化配水分析

  李佳阳1, 2, 3, 王振华1, 2, 3, 张继红1, 2, 3, 张金珠1, 2, 3, 刘宁宁1, 2, 3, 李淼1, 2, 3, 胡贵荣1, 2, 3

  2024, 42(11): 1150-1156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0114

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  为减少渠系在输水过程中的渗漏损失,提高渠系水利用系数,以两级渠系渗漏损失、水流波动最小为目标函数,以下级渠道配水流量、配水开始和结束时间为决策变量,构建配水模型,并采用改进的自适应遗传算法(SIGGA)进行实例求解.提出了一种基于Sigmoid函数的自适应交叉、变异算子,并通过引入信息熵和新种群来减少种群多样性的损失.与人工制定、向量评估遗传算法(VEGA)、多目标粒子群算法(MOPSO)、粒子群混合模拟退火遗传算法(GSPSO)的配水结果进行对比分析,SIGGA求解的配水时长由25.00,15.00,11.00,11.55 d缩短为10.00 d,渗漏损失由130.50,71.76,70.36,32.63万m³减少到31.58万m³,渠系水利用系数由0.556,0.706,0.745,0.828提高到0.833.SIGGA能够克服传统遗传算法(SGA),VEGA易陷入局部最优的缺点,可实现高效、精确地按需配水,为水资源的集约节约化利用提供理论参考.
农业水土工程
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  农业水土工程

  光学遥感在区域灌溉监测中应用的研究进展

  李伟1, 2, 宋睿1, 刘明江1, 李硕1

  2024, 42(11): 1157-1165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0041

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  农业干旱、灌溉用水效率低等问题严重制约着中国农业生产的发展.及时准确地获取田间水分信息是建立区域灌溉管理系统的前提和基础,传统的水分信息监测方法应用范围小、效率低,无法满足现代农业的需求,而遥感技术提供了一个相对高效精准的技术方法.分别介绍了作物需水量的计算方法和灌溉面积监测技术,其中作物需水量的计算介绍了土壤水分系数估算法和植被指数反演法,这2种方法都利用作物系数法对作物需水量进行计算,主要区别在于计算参数的获取方式;灌溉面积监测总结了基于光谱特征空间反演、冠层温度反演、蒸散发模型反演和植被指数反演4种方法,通过蒸散发模型和植被干旱指数反演灌溉面积是目前应用较为广泛的方法.在此基础上,构建基于田间水分信息的区域灌溉管理体系,以达到精准灌溉、科学决策的目的.
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  农业水土工程

  气流扰动对黄瓜幼苗叶茎根解剖结构的影响

  倪纪恒, 侯敏

  2024, 42(11): 1166-1174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0059

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  为了探索人工施加气流扰动对黄瓜幼苗促壮的机理,以“津优1号”黄瓜幼苗为研究对象,于2021年5—7月在江苏大学温室进行了不同气流速度和气流温度对温室黄瓜幼苗叶茎根解剖结构的试验.试验采用裂区设计,以气流温度为主因素,设计2个温度水平:25±5和35±5 ℃;以气流速度为副因素,设计4个速度水平:1,3,6,9 m/s;以不进行气流扰动处理为对照,研究不同处理对黄瓜幼苗叶片、茎秆和根解剖结构的影响.结果表明:气流扰动显著影响了黄瓜幼苗的株高,增加了叶片厚度、茎粗和根径.高温气流能够增加温室黄瓜幼苗株高,而低温气流则降低温室黄瓜幼苗株高.气流速度对温室黄瓜幼苗微结构的影响各不相同.6和9 m/s的凉风扰动时,作物抑制徒长效果最为明显,但9 m/s气流扰动易使作物弯折损伤.综上,以6 m/s凉风扰动最佳,可有效抑制高温高湿环境下黄瓜幼苗的徒长,是培育黄瓜壮苗的有效调控措施.
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  农业水土工程

  基于SBM模型的额敏灌区农业用水效率时空特征分析

  王世威1, 范文波1, 马军勇2, 杨海梅1, 任聪哲1, 李顺顺1, 刘雨1

  2024, 42(11): 1175-1180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0223

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  基于新疆额敏灌区2009—2021年各项数据指标,利用SBM模型、Malmquist指数、多元线性回归分析等方法,综合分析全要素生产率、农业用水效率及其影响因素.研究发现:2009—2021年农业用水效率均值为0.938,处于较高利用状态;灌区全要素生产率年均值均大于1,农业用水效率总体呈现较好的发展趋势,技术进步起重要作用;空间上,农业用水效率按地区排序由大到小表现为东北部、西部、中部,具体为东北部农业用水效率均值为1.499,中部与西部农业用水效率均值分别为0.495和0.540;种植构成、产值构成、与年平均气温是影响额敏灌区农业用水效率的主要因素.
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  农业水土工程

  基于Attention-GRU模型的酿酒葡萄蒸腾量预测

  李英豪1, 施爱平2, 范欣竹1

  2024, 42(11): 1181-1188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0307

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  针对酿酒葡萄蒸腾量影响因素的复杂性、各影响因子间的非线性等问题,提出主成分分析、注意力机制(Attention)以及门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)相结合的模型来预测酿酒葡萄蒸腾量,采用宁夏立兰酒庄连续时间段内传感器监测数据作为样本进行分析,同时建立长短时记忆神经网络(LSTM)和未引入Attention机制的GRU神经网络进行对比分析.结果表明,Attention-GRU模型的均方根误差、均方误差和平均绝对误差分别为0.423 mm,0.179和0.355 mm,与LSTM模型相比,其各项误差分别降低了0.122 mm,0.118和0.083 mm;与未引入Attention机制的GRU模型相比,其各项误差分别降低了0.259 mm,0.286和0.161 mm.该模型具有较高的预测精度和泛化能力,可以为酿酒葡萄需水量研究提供依据.