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    2024, 42(9): 1.
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    2024, 42(9): 2.
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    • 泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    离心泵轴承疲劳寿命仿真分析及试验验证
    汪家琼,胡波,黄倩,朱荣生,付强,*
    2024, 42(9): 865-871. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0216
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    针对工程中常出现的离心泵轴承实际寿命低于其设计寿命问题,以IS 100-80-160型离心泵为研究对象,对其进行数值仿真,将多个工况下的仿真结果与工程中校核泵轴承寿命的Steponff经验公式进行对比,发现Steponff公式计算出的径向力值偏小.为分析Steponff公式计算的轴承寿命校核误差,将径向力加载至轴承内圈进行有限元疲劳寿命仿真分析,并搭建离心泵径向力及轴承寿命试验台进行试验验证.结果表明:径向力计算误差以及工况变化将产生较大的轴承寿命偏差,该偏差在额定工况下最大,且随着径向力变大而逐步减小;与ISO寿命计算结果对比,数值仿真疲劳寿命安全系数更高;Steponff公式的计算值不够准确,将导致轴承实际寿命与其设计寿命相差极大;在大型低比转数离心泵轴承选用中,需考量Steponff公式的适用范围,同时可应用数值仿真校核其额定寿命.研究结果可为大型泵轴承寿命校核提供一定的依据.
  • 泵理论与技术
    基于改进层次样本熵和极限学习机的离心泵故障诊断方法
    王卫玉,赵训新,魏加达,陈飞*,王斌,陈帝伊
    2024, 42(9): 872-880. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0211
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    为了提高离心泵早期故障诊断模型的准确性,提出一种改进层次样本熵(improved hierarchical sample entropy,IHSE)和极限学习机(extreme learning machine,ELM)相结合的离心泵故障诊断方法.首先,针对传统分层样本熵在高层次下算法稳定性弱的问题,利用移动平均和移动差分过程代替传统的分层模式,提出一种新的评估时序信号复杂性工具——IHSE.然后,利用IHSE提取离心泵振动信号的故障特征.最后,将故障特征输入ELM模型,实现离心泵不同运行状态的有效识别.研究结果表明:所提方法在2个不同类型离心泵故障数据集上的诊断率分别为99.58%和99.68%,在所有诊断模型中表现最佳,表明该方法具有良好的诊断性能.研究结果为离心泵故障诊断提供了一种新的方法,具有良好的参考价值与应用前景.
  • 泵理论与技术
    入口来流对离心泵内部流动的影响
    张洪涛,田晨彪,龙云*
    2024, 42(9): 881-887. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0167
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    为研究入口来流对离心泵内部流动的影响,选取某型号离心泵作为研究对象,通过在泵入口布置直管和4种不同入流方向(0°,90°,180°,270°)的三通管,设计了5种离心泵的入口来流方案.采用SST k-ω湍流模型,通过数值计算方法对离心泵内部流动进行模拟和分析,研究不同入流管道对泵内部流动的影响.结果表明:不同入口来流角度对离心泵内部流动特性具有显著影响,入口来流的扰动导致叶轮内的分离涡分布沿三通转动方向发生变化,同时,叶轮所承受的径向力大小和方向也发生变化;不同进口管道类型对泵的性能和效率有一定影响,在三通管90°工况下,对平衡叶轮径向力最有利.研究结果对理解不同入口来流对离心泵内部流动不稳定性的影响机制具有重要意义,有助于解决因入流不均匀引起的流动振动问题,并进一步为流动控制策略和设计优化方法提供一定参考.
  • 泵理论与技术
    泵前和泵后组合型网式过滤器的过滤性能
    杨昊,刘贞姬*,雷辰宇,陆辰,龙洋娟,李曼
    2024, 42(9): 888-894. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0040
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    为探究泵前和泵后组合型网式过滤器的过滤性能,将泵前和泵后网式过滤器串联,通过室内原型试验,开展不同进水流量、含沙质量浓度和滤网目数对组合型过滤器水头损失和除沙率的影响规律试验研究,并与单一网式过滤器的水头损失和除沙率进行对比.研究结果表明:清水条件下组合型过滤器的水头损失与进水流量具有统计学意义;浑水条件下水头损失随进水流量和滤网目数增大而增大,在进水流量为130 m3/h工况下,进水含沙质量浓度对初始水头损失和总水头损失峰值影响较小;通过极差分析得到各因素对除沙率的影响程度由大到小依次为滤网目数、进水含沙质量浓度和进水流量,确定了最优参数组合为泵前60目滤网、泵后100目滤网、进水流量130 m3/h、进水含沙质量浓度0.18 g/L;当流量为110 ~150 m3/h时,组合型网式过滤器最大水头损失峰值较单一泵前或泵后过滤器分别高41.51%和39.58%.研究结果可为组合型网式过滤器的设计和应用提供一定参考.
    • 流体工程
  • 流体工程
    基于CFD的传感器体积对旋进旋涡流量计的影响
    沈春根,金昆*,朱云明,胡尊豪,郭二廓
    2024, 42(9): 895-899. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.
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    针对旋进旋涡流量计的精确测量,使用CFD数值模拟软件,以DN20口径的旋进旋涡流量计作为研究对象,得到了类似于钝体涡街旋涡脱落的现象,并对仿真的可行性进行了深入分析,验证了仿真工作的可靠性.分析比较低流量下不同取压点的压差,得到内流场压差变化规律,确定了DN20流体域的最佳取压点.将压电传感器置于最佳取压点后,使用音速喷嘴装置进行试验.将试验数据与仿真数据进行对比,发现两者之间存在一定的误差.分析其中原因,以小口径壳体内压电传感器自身体积较大为切入点,去除流体域内压电传感器体积,将去除压电传感器体积前后的流体域进行仿真,对结果比较分析,发现去除压电传感器体积后的流体域仿真得到的K值系数与试验值误差较小,说明压电传感器体积对内流场有一定影响,并且压电传感器的探针放置于流量计中会一定程度地增加旋进旋涡流量计的压力损失.
  • 流体工程
    基于CFD-DPM模型的T型网式过滤器冲蚀特性模拟与分析
    项旭东,张钟莉莉,曾揭峰,郑强,杨培岭*
    2024, 42(9): 900-906. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0313
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    为分析滤网冲蚀情况,采用多孔阶跃模型和滤网缩尺模型,结合CFD-DPM两相流模型通过主因素分析方法对滤网冲蚀速率规律进行数值模拟分析与预测,探求整体不同区域滤网的冲蚀效应情况;通过基于正交试验的多因素主效应分析得出各因素对最大冲蚀速率的影响显著性大小.结果表明:在一定范围内最大冲蚀速率与粒径呈负相关而与质量流率、流速正相关;滤网表面中滤孔面普遍比迎水面更易受冲蚀破坏,背水面几乎不受冲蚀影响;粒径、质量流率对冲蚀高发区域范围大小影响较小(面积增幅为15.0%~16.7%),而流速对其影响较明显(面积增幅为50.0%);显著性检验中流速、质量流率、颗粒粒径对最大冲蚀速率的P值分别为0.012 80,0.002 69和3.712×10-9,均呈显著性相关.
  • 流体工程
    自平衡多级泵节流密封的泄漏流动特性分析
    王延锋,闫军沛,胡二华,冯立杰*
    2024, 42(9): 907-913. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0232
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    针对高扬程大流量自平衡多级泵出水段节流密封的流体介质泄漏特性以及流动机理,建立了三类节流密封的三维数值模型,计算分析了5种径向节流间隙(0.5,0.8,1.0,1.2和1.5 mm)下三类节流密封的泄漏流动、湍动能耗散以及密封流体力等流动特征.研究结果表明:出水段节流密封的泄漏流动特性是密封流体径向缩流比和轴向湍动能耗散率共同作用的结果,径向节流间隙直接影响着径向节流间隙进口处的流体压力和径向缩流比,对节流密封的降压与减速作用显著,而迷宫齿对密封流体的湍动能耗散率的影响较大,膨胀腔体内流体的湍动能耗散率均接近于0,径向节流间隙内流体压力沿轴向方向大致呈现阶梯式下降规律,密封齿能够有效地降低密封流体的压力;转子面密封齿与密封流体的接触以及径向节流间隙增大,是导致第二、三类密封转子面的轴向力显著大于第一类密封的主要原因.
  • 流体工程
    基于沙粒运动特性的分流对冲式滴头抗堵优化
    秦程,吕德生,*,王振华,刘宁宁,张栋楠,李佳阳,
    2024, 42(9): 914-920. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0233
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    针对灌溉水源泥沙含量高导致灌水器易堵塞的难题,对分流对冲式滴灌灌水器开展抗堵塞优化研究.通过短周期浑水试验确定出易造成灌水器堵塞的沙粒敏感粒径区间,应用CFD模拟分析流道的流场分布和敏感粒径区间沙粒的运移特性,最后根据数值模拟结果划分出流道边壁中的敏感区域并据此开展结构优化.结果表明:沙粒粒径越大,跟随性越差,造成灌水器堵塞的进程越快,0.10 mm以上的沙粒极易造成灌水器的堵塞.流道边壁上存在敏感区域,沙粒与敏感区域发生碰撞后其运动方向会发生改变并进入旋涡区聚集,导致流道被堵塞的风险显著增加.针对流道边壁敏感区域开展结构优化可显著改善沙粒的运移特性,使沙粒能够顺畅通过灌水器内部的流道单元,优化后灌水器的水力性能降低1.5%,但其抗堵塞性能大幅提高30.0%~60.0%.基于沙粒运动特性提出的结构优化方案可为灌水器流道的抗堵优化设计提供参考.
  • 流体工程
    不同表面结构叶片叶轮对搅拌流场特性影响分析
    常少华,陈斌*,杨陈,徐云峰
    2024, 42(9): 921-927. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0006
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    为了提高流体介质的湍流强度和混合效率,将搅拌机的叶片表面设计为台阶状,将常规叶片叶轮和台阶式叶片叶轮置于圆柱直筒内,通过速度场分布、冷热水混合以及固液混合分析,进行初步的模型对比验证,再将2种形式的叶片叶轮应用至实际高效沉淀池,通过1∶1仿真得到如下结论: 台阶式叶片的表面边界层区域能够产生更为剧烈的湍流结构,在每级台阶的迎水面前方均存在回流旋涡,其流态特性极为复杂,有利于促进局部的混合反应;伴随着大量能量输入,各相介质受到台阶面的冲击挤压作用,使得冷热水和固液两相的混合效果更为均匀,这一效应在低转速(60 r/min)的模拟中表现得尤为显著;在实际高效沉淀池的仿真中,56 r/min转速下,采用台阶式叶片时,絮凝区流场的平均流速为0.152 m/s,采用常规叶片时平均流速为0.137 m/s,且台阶叶片的湍流动能耗散要明显高于后者.因此,在转速较低的应用场景中,台阶式叶片的混合搅拌效果要明显优于常规叶片,研究结果对优化混凝工艺具有积极的意义,为新式搅拌叶轮的开发,特供了一种设计思路.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    云贵地区参考作物蒸散量模型适用性评价
    范梦颖,吴宗俊,崔宁博*,王智慧,毛华艳,胡静仪
    2024, 42(9): 928-937. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0178
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    依地貌特征及行政区划将云贵两省分为5个区域,使用当地15个气象站点共56 a的逐日气象资料计算了18种参考作物蒸散量模型的模拟值,并以FAO56 Penman-Monteith法为标准对各模型模拟值进行了精度对比及误差成因分析.结果表明:同一模型在不同云贵分区间的模拟效果差异不大,R2的平均变异系数为8.81%,模型精度主要影响因素为辐射能量项,次要因素为空气动力项;综合法模型模拟精度最高,R2为0.81~0.99,辐射法次之,R2为0.84~0.98,温度法和水汽压法较差,R2为0.24~0.83;这4种方法中,各类型最优模型分别为FAO 24 Penman(全区整体评价指标GPI为0.506,排位1),Inmark(GPI为0.142,排位4),Hargreaves-Samani(GPI为-0.022,排位12)和Romanenko(GPI为-0.072,排位13).综上,经验模型FAO 24 Penman和Inmark模型适用于亚热带季风气候云贵地区参考作物蒸散量的简化计算.
  • 农业水土工程
    水稻品质及产量对灌浆期旱涝急转的响应
    龙泓锦,王辉*,欧阳赞,黎小东,贺翠华
    2024, 42(9): 938-947. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.
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    为探究灌浆期旱涝急转对水稻品质及产量的影响,以湘早籼6号为研究对象,基于桶栽试验,采用四因素三水平正交试验设计,设置干旱水平(田间持水量的65±5%,50±5%,35±5%)、干旱历时(5,7,9 d)、淹涝水平(淹没株高的50%,75%,100%)、淹涝历时(5,7,9 d),共计9个旱涝急转处理,以及对照处理(CK),探究灌浆期旱涝急转下各水稻品质指标及产量的响应规律,并在主成分分析基础上,通过理想点法技术(TOPSIS)对产量及品质的综合质量进行评价.结果表明:灌浆期旱涝急转会导致米粒偏短、偏窄,透明度与黄粒米率显著提高,垩白度与垩白粒率分别较CK提高了13.42%~69.16%和6.14%~48.72%;直链淀粉质量分数在灌浆期旱涝急转下较CK提高12.39%~34.46%,而胶稠度的降低幅度为25.26%~36.84%;除碱消值外,灌浆期旱涝急转下的水稻品质受干旱和淹涝的共同影响,淹涝水平是大部分品质指标的主要影响因素;与对照相比,灌浆期旱涝急转导致水稻减产67.32%~98.71%,大部分品质指标与产量呈负相关,长宽比与产量的负相关性最强(r为-0.78***),胶稠度与产量呈正相关(r为0.68***);灌浆期旱涝急转下水稻产量及品质的综合质量最优的处理为轻旱轻涝急转,综合质量最差的处理为重旱重涝急转.研究结果可为应对旱涝急转的水稻品质改良以及减灾策略的制定提供理论依据.
  • 农业水土工程
    三环追压非等灌对枸杞根系湿润体盐分的影响
    董文明,何金春,穆哈西,*,杨培岭
    2024, 42(9): 948-956. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0291
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    针对新疆降水稀少、蒸发量大,土壤盐碱化面积不断蔓延,改良盐碱地用水量居高不下等问题,提出一种以作物为圆心滞后滴水的3环灌溉模式,探究其节水排盐效果.将枸杞作为研究对象,根据土壤湿润体内盐分运移规律,试验确定第1环、第2环、第3环的半径分别为5,10,15 cm.在滴水器流量为3 L/h的条件下,第1环(最内环)先开始滴水,2 h之后,其滴水产生的土壤湿润体脱盐范围超出第2环位置时,打开第2环滴水阀门;以此类推,2 h之后打开第3环滴水阀门,各环滞后滴水将根系发育范围内的盐分逐步追压至根系发育范围之外,从而达到节水排盐的效果.对晾干后土体采用剖面法取样测定不同位置的盐分含量,结果表明:环心附近的盐分少,离环心越远盐分含量越多;环心水平方向40 cm处不同深度取土检测盐分质量比:在(0,10］,(10,20］,(20,30］,(30,40］和(40,50］ cm分别为61.550,57.640,53.470,50.690和129.650 g/kg,表明土壤盐分积累在湿润体边缘,排盐效果良好;同时,试验的灌水定额为31.5 mm(315 m3/hm2),年总灌水量为1 890 m3/hm2,较常规滴灌条件下枸杞的年灌水量3450 m3/hm2节约了1560 m3/hm2,节水效果显著.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    大直径偏心型文丘里施肥器优化设计与试验
    贺向丽*,唐中,王鹏
    2024, 42(9): 957-964. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0057
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    为改善现有大直径文丘里施肥器的吸肥性能,对其进行结构优化设计.基于大直径对称型文丘里施肥器(M型),对其改造设计为偏心型文丘里施肥器(P型).采用正交设计方法,应用数值模拟技术,以吸肥效率为评价指标确定P型文丘里施肥器最优结构参数组合,并对2种施肥器进行试验测试和数值模拟对比分析.结果表明最优结构参数组合为喉管进口直径17 mm、扩散角3°、喉管出口直径20 mm、喉管凹槽宽度4 mm、喉管直线段长度16.6 mm、喉管凹槽直径27 mm、收缩角23.5°.通过试验测试对比分析,经结构优化后的P型施肥器较M型施肥器的最大吸肥流量提高了21.4%;在进口压力为0.25 MPa时,最大吸肥浓度提升了约30.7%,最大吸肥效率提升了约13.9%.流场分析表明,相较于M型施肥器,在相同的压差条件下,P型施肥器更不容易产生空化,并且P型文丘里施肥器流态更加稳定,能量损失更小.可见优化后的偏心型文丘里施肥器能提高吸肥性能.
  • 排灌装备制造技术
    中国丘陵山区农业机械专利技术发展态势
    潘颖,孔宝红,袁寿其*,朱兴业
    2024, 42(9): 965-972. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0015
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    基于incoPat专利数据库,从专利视角对我国丘陵山区农业机械技术的成果产出、研发主题、创新主体、成果应用等现状开展分析.结果表明:中国丘陵山区农业机械专利技术在经过近30年的缓慢发展,于2015年进入快速增长期,近5年的年均申请量超700件;相较于国外注重农机智能化和精细化研究,中国更侧重山区适用小型机械和园艺机械研究,近年来逐渐重视智能农机和微地形改造探索;高校是该领域的创新主体,其专利申请量占比32.43%;在研发模式方面,合作研发模式占比7.17%,其中企业参与的研发仅占1.10%;科研成果转化应用程度较低,专利转让率为4.78%,许可率为0.58%,质押率为0.54%.针对目前技术发展现状,从深化“政企校”创新模式、聚焦智能农机领域研发、“前+终”两端共同推动专利技术转化等3个方面提出建议.