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    2024, 42(2): 1.
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    2024, 42(2): 2.
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    • 泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    主动脉穿刺型轴流血泵折边结构叶轮的数值模拟及溶血分析
    荆腾*,潘爱娣,顾发东,王秀礼
    2024, 42(2): 109-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0168
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    为解决血泵因叶顶间隙泄漏而造成溶血和血栓等问题,引入了一种折边不等间距叶轮,采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)进行内部流场的数值模拟,并与非折边不等间距叶轮及折边等间距叶轮进行对比分析,研究了它们的内流场动力学特性和血液相容性.结果表明:折边叶片结构血泵避免了叶顶间隙泄漏流的产生,同时折边不等间距叶轮减少了叶轮入口和出口处的回流和涡流,流道内整体切应力低于其他2种叶轮;3种叶轮的溶血指数HI均满足血泵的溶血设计指标,其中,折边不等间距叶轮血泵壁面切应力在0~150 Pa内的占比达96.84%,曝光时间相对集中且满足人工血泵设计要求,溶血值较非折边不等间距叶轮血泵下降了3.50%,较折边等间距叶轮血泵下降了12.72%,溶血性能最优.提出的折边不等间距叶轮血泵可有效降低红细胞破损概率,减少溶血和血栓的发生,可为轴流血泵的结构设计和优化提供一定参考.
  • 泵理论与技术
    “华龙一号”核主泵泵组转子轴向窜动量有限元分析
    董富弟,李天斌*,苏舒
    2024, 42(2): 118-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0172
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    为了研究在自重、外部载荷和受热膨胀等因素下核主泵泵组相关部件对转子轴向窜动量的影响,通过建立某型号轴封型核主泵泵组的有限元分析模型,采用数值计算和试验验证相结合的方法对核主泵泵组的转子轴向窜动量进行了分析.研究结果表明:泵侧电机支座和密封室区域之间的受热膨胀有利于核主泵机械密封自由补偿间隙,而电机相关部件受外部载荷变形和受热变形较大,叠加转子自重变形和轴承设计游隙后总的轴向窜动量超过设计预期,将对核主泵泵组的正常运行产生负面影响;电机转子部件的液压顶升试验结果与数值计算结果相吻合,验证了有限元分析计算结果的准确性;为了降低核主泵泵组转子的轴向窜动量,通过增加垫片和增大部分转子零件设计高度的方法对电机推力轴承游隙和转子轴向窜动量进行了调整优化,并对调整优化后的核主泵泵组进行全流量试验验证,试验结果显示调整优化后的核主泵泵组转子轴向窜动量约为2.2 mm,试验过程中泵组各项性能指标运行稳定,符合设计预期.
  • 泵理论与技术
    不同几何形状环形槽对高速诱导轮空化性能的影响
    王晓娜,符丽,*,路兴港,程效锐,
    2024, 42(2): 124-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0198
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    为进一步探究提升航空航天用高速离心泵空化性能的方法,研究环形槽几何形状对高速诱导轮空化性能的影响,设计了矩形、单曲率、双曲率3种不同几何形状的环形槽.使用原模型泵的外特性和空化性能试验验证了数值模拟方法的有效性,对不同方案进行数值模拟,分析不同几何形状环形槽对高速诱导轮离心泵空化性能、流道内能量分布以及诱导轮入口流态的影响.结果发现:在高速诱导轮上游设置环形槽可以降低泵的必需空化余量,其中单曲率槽可以使离心泵的必需空化余量降低得更多,为27.0%,双曲率槽和矩形槽分别使必需空化余量降低14.7%和5.4%;环形槽可以减小叶顶间隙回流对上游主流的影响,诱导轮叶片上湍动能分布更加均匀,诱导轮流道内的压力明显提升;回流在单曲率槽中的过渡更为平滑而对周向旋涡的抑制作用较弱,矩形槽和双曲率槽吸收壁面旋涡的能力更强,可以削弱上游不对称涡向诱导轮流道的发展和影响.
  • 泵理论与技术
    黏度对油气混输泵内气相和泄漏涡分布的影响
    孙国栋,史广泰,文海罡,黄宗柳,
    2024, 42(2): 133-138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0191
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    为了更准确地探究油气混输泵在高黏度条件下输送介质时,其流道内常常存在的泄漏涡、分离涡等这些涡流的特性,文中选用欧拉-欧拉非均相流模型对油气混输泵内气相分布以及涡分布进行分析,并使用刚性旋转涡量表征涡旋强度.研究表明:在混输泵叶轮流道内,气相的存在较大地影响了叶片表面流线的分布规律.偏设计工况下,当黏度较小时气相主要集中分布在压力面后半段,当黏度较大时气相在压力面后段分布较少.不同工况下泄漏涡的分布规律都与气相分布吻合度较高,在偏设计工况下,其气相在流道尾部的聚集度和黏度呈正比,但是在大流量工况下流道内局部的气相聚集得到了改善.此外,由于高黏度条件下流道内湍流黏度较低以及剪切涡较多,所以在考虑刚性旋转时的涡量分布更为准确.研究结果可为油气混输泵的优化设计等提供理论参考.
    • 流体工程
  • 流体工程
    核动力系统分析中细管簇当量元件阻力
    杨从新,张文兰,*
    2024, 42(2): 139-146.
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    为研究不同工况下核动力系统主管路的参数变化,需选择合适的阻力元件当量代替部件内部细管簇的流动阻力.根据流体流动规律,设计了一种圆弧渐缩渐扩式当量阻力元件,采用标准k-ε湍流模型探究该阻力元件对圆管内部流动的影响,对比分析得到阻力系数ζ与缩径比d/D和阻力元件长度L的基本规律,最后拟合并验证所得关系式.结果表明:该阻力元件对下游管道影响相对较小,可用于当量代替复杂部件内部流动阻力;排除雷诺数Re对该元件阻力系数ζ的影响,ζ与d/D和L均呈负相关,且d/D越小,L越短,中心轴向速度和湍动能变化越大,下游恢复区长度就越长;经验证,Re>3×107,d/D=0.5~0.9时,拟合的指数函数关系式预测的ζ更准确,并且该指数函数能够实现某蒸汽发生器内部细管簇的简化.
  • 流体工程
    明渠非标准断面法测流水位流量关系的率定及影响因素分析
    梁慧真,宗全利,*,刘贞姬,谢炎,刘冬冬
    2024, 42(2): 147-153.
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    为探究明渠非标准断面法测流的水位流量关系曲线的率定问题,以新疆第三师某团场25处渠道量水断面为研究对象,利用FlowTracker2手持式声学多普勒流速仪进行了水位流量关系率定工作.根据实测结果,率定了各渠道量水断面的水位流量关系曲线,并对所率定出的曲线进行了符号检验、适线检验和偏离数值检验及误差分析,在此基础上,对流量拟合参数的影响因素进行了分析.结果表明:所率定的25处渠道量水断面中,14处具有稳定的水位流量关系,5处受回水影响、6处受渠道淤积影响为不稳定的水位流量关系;在渠道粗糙系数n、边坡系数m及坡降i相同的条件下,流量拟合参数与渠道底宽b总体上呈正相关;在渠道粗糙系数n、边坡系数m及底宽b相同的条件下,流量拟合参数与渠道坡降i总体上呈负相关.研究结果可以为灌区自动化量水设备测流准确性的校核提供参考依据.
  • 流体工程
    稳流器结构对导流式消防水炮流动特性的影响
    方正,向黎,乐党救,李浩翥,唐珏菁,沈雷虎,李栋*,赵传文
    2024, 42(2): 154-160.
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    为了探究一种新型的最佳星型稳流器结构形式,选取六肋式星型稳流器,设计了5种不同长度且交叉排列的星型稳流器.基于CFD对安装有5种不同结构形式的星型稳流器的导流式消防炮内流体的流动特性展开了数值模拟研究,分析了不同稳流器布置形式对导流式消防炮内流体速度分布均匀性、轴线速度以及湍动能的影响,并对不同布置形式下的压力降进行了分析.数值研究结果表明,稳流器可有效改善消防炮内轴线速度分布并降低消防炮的进出口湍动能差,分段叉排布置的稳流器可显著提升稳流效果.其中,数量为2、长度为40 mm且交叉布置的稳流器组合最有利于提升消防炮的综合性能.同体积条件下,通过缩短单个稳流器长度,增加稳流器叉排数量的分段错位布置提升消防炮的性能作用有限.过多数量的叉排布置会造成逆流以及较大的压力损失.研究结果对星型稳流器在消防炮内的优化设计具有一定借鉴作用.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    裂隙影响下的微润灌水分运移和分布规律
    齐伟,和玉璞,纪仁婧,麦紫君,王策,江晓星
    2024, 42(2): 161-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0196
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    为研究裂隙发育对微润灌水分运移和分布特征的影响规律,进行了室内土箱水分入渗试验.通过人造裂隙方式,设置不同裂隙间距(6,8 cm)和裂隙深度(5,10,15 cm)处理,同时以无裂隙处理(CK)为对照,测定了入渗过程中入渗量变化、湿润体形态演变和入渗结束时水分分布特征.结果表明:裂隙对微润灌水分入渗速率基本无影响,各处理之间累积入渗量随入渗时间变化趋势接近,最终累积入渗量差异不显著.裂隙改变湿润体形态演变和水分分布特征,湿润锋到达裂隙区域后,在裂隙毛管阻隔效应影响下,水分水平运动受到抑制,向上运动得到加强,最终导致湿润体上部呈近似矩形、下部呈近似椭圆,剖面水分分布呈指状特征.裂隙深度对湿润体规则度、湿润锋向上运移距离和灌后水分分布均匀度影响显著,而裂隙间距对其影响不显著.相比CK,裂隙深度15 cm时湿润体分散度约增加了34.5%,湿润锋最终向上运移距离约增加了12.9%,水分分布均匀度约降低27.5%.综合考虑,在微润灌实际应用过程中应控制田间裂隙深度发育,以降低其不利影响.
  • 农业水土工程
    残留地膜对粉壤土水盐氮运移与再分布的影响
    于永刚,孙池涛,*,程金杰,刘月岩,吕鹏超,张明明
    2024, 42(2): 170-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0076
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    为探究残留地膜(以下简称“残膜”)对土壤水盐氮运移与再分布的影响,设置了不同残膜含量(0,100,200,400 kg/hm2)室内一维垂直土柱入渗-蒸发试验,测定了水分再分布过程中土壤湿润锋和各土层土壤质量含水率、电导率、硝态氮及铵态氮等指标.结果表明:残膜改变了土壤的入渗性能,当土壤中残膜量低于200 kg/hm2时,土壤湿润峰运移距离与累积入渗量均有增加;当残膜量高于400 kg/hm2时,土壤湿润峰运移距离与累积入渗量比处理CK分别减少4.07%和3.59%.水分对盐分与氮肥的淋洗效果随残膜量的增加逐渐降低;残膜阻碍了盐分与硝态氮的向上运移,对铵态氮向上运移随铵态氮浓度减小由阻碍作用转变为促进作用;当残膜量高于400 kg/hm2时,土壤水分与盐分CV值比处理CK分别增加10.15%和6.51%;随残膜含量增加,硝态氮浓度CV值显著减小,不同处理土壤相同土层铵态氮浓度CV值差异较大,土壤剖面内铵态氮的变异程度无明显差异.蒸发结束时,残膜对水分蒸发的促进作用随残膜含量增加转变为阻碍作用.该研究可探明残膜污染土壤水盐氮运移与再分布规律,为含残膜农田制定合理的灌溉制度提供理论依据.
  • 农业水土工程
    顾及时空特征的参考作物蒸散量集成学习估算
    刘傲,赵东保*,魏义长,肖炼
    2024, 42(2): 179-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0061
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    为提升参考作物蒸散量(ET0)的估算精度,以四川省为研究区域,发现全省ET0的数据变化具有明显的时间和空间自相关性,继而在气象特征基础上引入时空特征构建以XGBoost,lightGBM,GBDT、随机森林和极限树为基模型的Stacking模型.将顾及时空特征的Stacking模型与其各个基模型以及经验模型彭曼公式(FAO 56 Penman-Monteith)的决定系数、平均绝对值误差和均方误差等多项指标进行了全面的精度对比验证.试验结果表明:在顾及空间特征的情况下, Stacking模型在测试集上决定系数精度提升了3%,平均绝对值误差和均方误差分别降低了51%和76%;在顾及时序特征的情况下, Stacking模型在测试集上的决定系数精度提升了4%,均方误差和平均绝对值误差分别降低了92%和72%.这表明时空特征的引入可有效提升模型估算ET0性能.在同时顾及时空特征的情况下,Stacking模型相较于彭曼公式,决定系数提升了39%,均方误差、平均绝对值误差分别降低了95%和77%,并且,在2006—2010年逐年精度验证中,Stacking模型精度始终优于其每年最优基模型精度.因此,顾及时空特征的Stacking模型可有效提升四川省ET0估算精度.
  • 农业水土工程
    不同生育期曝气滴灌对温室番茄生长品质影响
    邓云鹏,王猛猛,戴魁冠,张鹏,张倩*
    2024, 42(2): 187-193.
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    为探究不同生育期循环曝气地下滴灌对温室番茄生长及品质的影响规律,设置不同生育期以及全生育期循环曝气处理,以全生育期不曝气处理作为对照组,研究不同生育期循环曝气处理对温室番茄株高、茎粗、叶绿素含量、根系活力及品质的影响.结果表明:开花坐果期循环曝气处理有利于温室番茄株高的增长,果实膨大期循环曝气处理有利于温室番茄茎粗的增长,多生育期连续循环曝气较单一生育期曝气优势不明显;相较于对照组处理,果实膨大期曝气处理温室番茄果实单果质量提高36.12%,果实横纵径分别提高11.52%,20.24%,可溶性固形物含量提高29.25%,有机酸含量降低20.41%,糖酸比提高47.53%,维生素C含量提高40.58%,可溶性糖含量提高12.65%,可溶性蛋白含量提升38.62%,果实膨大期曝气处理有利于温室番茄单果质量的增加和品质的优化.因此,综合果实品质和作物生长各指标,开花坐果期循环曝气处理更有利于温室番茄株高的生长,果实膨大期曝气处理更有利于温室番茄茎粗、单果质量及果实品质的提升.
  • 农业水土工程
    大型水利工程梯级泵站短期优化调度方案
    杜梦盈,张召*,李谷涵,雷晓辉
    2024, 42(2): 194-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0049
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    针对泵站高能耗难题,采用粒子群优化算法对南水北调东线徐洪河段的短期经济性调度方案进行研究.基于水量平衡方法,耦合流量、水位、蓄量及水力损失函数关系式,动态模拟渠道水情变化过程.将泵站扬程动态调整过程中产生的电费纳入考虑范围,以调度期内梯级输水系统产生的总电费和调控后水位与目标偏差最小为优化目标,其中目标水位为适应短期内调节的梯级扬程优化分配结果.基于实际运行数据对模型结果进行分析和验证,结果表明:渠道水情模拟方法的模拟精度较高,水位模拟值与实测值平均误差在10 cm左右;梯级短期优化调度模型引入水位目标增强了优化效果,进一步减少4.7元/万m3用电费用,优化方案的单位运行成本相比实际调度可有效降低6.7%.
  • 农业水土工程
    泵站-水库原水调水系统经济运行方式优化
    高中阳,张召,司乔瑞,薛萍,雷晓辉*,李月强,杜梦盈,
    2024, 42(2): 201-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0110
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    为提高泵站-水库原水调水系统中泵站的运行效益,最大限度降低输水系统的运行成本.通过分析该类输水系统特性以及供水方式,基于遗传算法构建泵站机组流量分配模型,优化分配泵站运行流量.在此基础上,考虑泵站时间维度上的运行方式,结合亳州加压泵站的工程状况和区域分时电价,以单位提水费用最小为优化目标,构建经济运行模型.将该方法应用于亳州供水工程,结果表明模型效果显著,并对历史运行区间内周期输水量进行离散计算,拟合得出周期内单位提水费用最低工况,进而对拟合结果进行分析.结果表明:所构建经济运行模型具有较好的适用性,可降低工程运行费用,为工程优化调度提供指导;受到泵站运行效率和分时电价的影响,泵站单位提水费用随调水量增加先降低后升高.
  • 农业水土工程
    基于二层规划的玛纳斯河灌区山区-平原水库群联合调度
    黄何骄龙,刘兵,*,杨广,孙莹琳,王婷,
    2024, 42(2): 209-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0131
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    在水资源总量约束情况下,为缓解玛纳斯河灌区水资源供需矛盾,充分发挥流域内水库群的节水潜力,利用二层规划模型对山区-平原水库群进行联合优化调度.上层优化目标为水库群联调过程中的蒸发渗漏损失最小,模型对平原水库的引水规则和山区水库的调水规则进行优化,增加山区水库的蓄水机会;下层优化目标为灌区缺水指数最小,通过对各水库供水规则的优化,提高各子灌区的供水保证率.结果显示:山区-平原水库群联合调度减少了流域水库群的水量损失.采用优化引调水规则后,水库群多年平均蒸发渗漏损失水量可减少0.22×108 m3,与现状水库群运行调度相比减少12.24%;山区-平原水库群联合调度提高了灌区供水保证率.优化供水规则的实行,在现状年和规划年水资源总量控制模拟中,各子灌区灌溉保证率分别提高了6.70%,7.37%,13.00%和17.02%,13.49%,12.97%.利用山区水库和平原水库的蒸发渗漏差异进行水库群联合调度可以达到发挥研究区域水库群节水效益的目的,基于二层规划的玛纳斯河灌区山区-平原水库群联合调度对发挥该研究区域水库群节水效益和提高水资源利用效率具有正向作用.