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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    光热发电用高温熔盐循环主泵结构动力学特性
    高雄发, 赵阳, 张德胜, 施卫东, 王道红, 金永鑫, 朱智彧
    2025, 43(10): 973-980. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0050
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    为了研究高温熔盐循环主泵(冷盐泵)轴系振动和变形特性,有效解决运行过程中的共振疲劳等关键问题,以新开发的某型号高温熔盐循环主泵作为研究对象,对其外特性进行数值模拟研究与试验验证,并对有无预应力作用的高温熔盐循环主泵转子系统的固有频率和振型、临界转速以及基于模态分析的谐响应分析进行了求解.结果表明:外特性数值计算结果与试验结果吻合较好,数值计算结果略高于试验结果,计算误差在5%之内;有预应力下的转子固有频率大于无预应力下转子的固有频率,增幅最高为30%,各阶振幅随阶次增加先增大后减小;计算得到的各阶模态对应的临界转速远大于转子工作转速的±10%,可知该转子系统在标准工况下运行不会发生共振;当高温熔盐循环主泵转子受到不平衡激励的作用时,第5级叶轮振幅最大,响应位移随着频率的增加先增大后减小,当频率达到第1,2阶临界转速对应的固有频率时,谐响应的响应位移达到最大值;当转子系统受到不同相位差的多个不平衡激励时,产生的响应位移幅值随着相位差的增大而减小.因此应尽量避免转子系统在第1,2阶模态对应的临界转速下工作,在转子系统安装时应使叶轮之间相位存在交错.
  • 泵理论与技术
    基于机器学习的泵喷尾部喷流非定常预测
    郭荣, 罗鑫, 杨兴, 王雪晗
    2025, 43(10): 981-989. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0004
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    针对航行条件下泵喷推进器非定常流场计算规模大、分析耗时且成本高的问题,提出基于循环神经网络(recurrent neural network, RNN)与长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)2种机器学习方法构建流场预测框架,通过数值方法获取航行速度v=2.91 kn时泵喷尾部喷流流场的时间序列数据,进行样本集制作并训练预测框架,对泵喷尾部喷流进行非定常周期性预测.结果表明:2种预测框架的决定系数R2均高于0.995 0,预测结果平均绝对误差MAE均小于0.079 0,均方根误差RMSE均小于0.089 0,RNN模型训练1个epoch耗时不超过40 s,LSTM模型不超过115 s,表明RNN与LSTM神经网络预测模型均能够准确、高效预测泵喷尾部喷流复杂的非定常流动规律及空间分布规律;2种模型在进行长、短期预测时,对不同的变量预测精度有所不同,短期预测选取RNN模型耗时更少,预测精度更高,长期预测时LSTM模型的预测能力更强.
  • 泵理论与技术
    基于活动导叶空蚀的混流式水轮机内流场分析
    于凤荣, 冉启立, 周明夫, 潘泓江, 刘宇晨, 武文俊
    2025, 43(10): 990-997. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0009
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    为分析活动导叶不同空蚀程度下混流式水轮机的内流场演变规律,基于HLA855a-LJ-250型水轮机,根据活动导叶不同空化空蚀发展时期,分别建立完好、麻点状空蚀凹坑、蜂窝状空蚀凹坑、连片状空蚀凹坑共4种模型.机组在额定工况下运行,采用Realizable k-ε湍流模型和宽频噪声模型进行稳态计算.研究结果表明:随着导叶空化空蚀程度的提升,活动导叶部件湍动能数值和范围逐渐增大,空蚀凹坑处的水流冲击、摩擦等现象是引起能量耗散的重要原因;出现空化空蚀的机组转轮负压更低,转轮更容易发生空化空蚀,尾水管流线紊乱,严重制约尾水管能量回收利用,且空蚀程度越严重,其回收效率越低;空蚀程度还与活动导叶部件的声强呈高关联性,表现为声压级的数值和分布范围与空蚀程度呈正相关.研究成果可为机组状态监测提供一定的指导与帮助.
  • 泵理论与技术
    基于几何与载荷参数耦合的轴流泵优化设计
    李馨雨, 李小川, 王梦成, 袁建平, 庞熙, 尹世杰, 陈松山
    2025, 43(10): 998-1006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0016
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    为提高轴流泵综合性能,在试验验证数值计算准确性的基础上,采用反问题设计方法,以设计工况处效率和扬程作为优化目标,结合正交试验设计法,对某一比转数为1 321的立式轴流泵进行多目标优化.结果表明:几何参数叶片数B、叶片前缘轮缘位置Ls、叶片尾缘轮缘位置Ts与载荷参数轮缘处叶片前缘载荷值LEs、轮毂处叶片前缘载荷值LEh、轮毂处中间直线的斜率Kh均对轴流泵能量特性有较大影响;优化后轴流泵模型设计工况下水力效率和扬程分别为85.58%和4.356 m,效率和扬程相比于原始模型分别提高了1.36%和0.877 m;优化后模型叶轮内更为均匀的流场是其性能提升的根本原因.研究结果可为同类型轴流泵的设计优化提供一定指导.
    • 流体工程
  • 流体工程
    重力流高起伏输水工程关阀规律与空气罐结构优化
    王义淞, 张小莹, 边少康
    2025, 43(10): 1007-1015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0141
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    针对长距离重力流高起伏输水系统因末端阀门关闭引起的关阀水锤问题,以新疆某重力流输水工程为例,通过数值模拟方法研究了无防护措施下的关阀规律以及布置空气罐后其参数对水锤压力的影响,并通过正交试验和极差分析的方法对比了空气罐的连通管直径、体积、水体体积占比三因素对最大压力水头的影响程度.结果表明:在不采取防护措施时,两阶段关阀优于线性关阀,其中快关时间占总关时间的30%,快关角度85%,为最优关阀方式,在总关时间为100,200 s时,两阶段关阀比线性关阀下最大压力水头分别降低35.7%,38.4%,但是全线负压严重;空气罐降低最大压力水头的影响因素顺序由大到小为连通管直径、空气罐体积、水体占比,选取最优空气罐参数后最大压力水头减小了31.6%,最小压力水头升高了91.0%,满足了防护标准.
  • 流体工程
    基于SSA-XGBoost算法的停泵水锤防护优化
    葛冠江, 侯庆志, 杨旭亮, TWIZEYIMANA Abdulsalaam, 黄锦林, 马维成
    2025, 43(10): 1016-1022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0037
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    针对长距离输水系统中的水锤防护问题,提出了一种基于麻雀搜索算法优化的XGBoost模型(SSA-XGBoost),并结合遗传算法(GA)构建单目标优化框架.通过优化气压水罐容积与空气阀孔径等关键防护参数,削减了负压并提升了系统安全性.在SSA优化的XGBoost模型中,预测相关系数最高可达0.989,误差控制在0.3%以内,预测性能优于传统模型.经GA全局优化后,最小水锤压力由-18.1 kPa 提升至-4.7 kPa,改善幅度达74%.与传统建模方式相比,建模时间由780 s缩短至320 s,效率提升约59%.该方法可有效降低水锤风险,提升系统运行稳定性,为类似输水工程中防护装置参数的优化设计提供可推广的策略参考.
  • 流体工程
    基于差异化边界的狭窄冠脉血流动力学
    王芳群, 朱凤莲, 周钰, 刘艳蕊, 何辰杨, 徐凡
    2025, 43(10): 1023-1030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0276
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    通过建立差异化边界条件,研究左冠第一分支发生单支或双支病变时血流动力学变化以及对分叉部位的影响.当冠脉发生多分支高度狭窄时,在CFD模拟中采用传统的理想边界条件会导致血管局部血流动力学信息误差.因此,采用集中参数模型获取左主干流量作为局部有限元分析的差异化边界条件,来探索左冠第一分支非对称狭窄模型的血液动力学行为.研究结果表明:单支病变中,狭窄区域出现反向压力差,且随着狭窄程度增加,下游区域紊乱程度增大;双支病变中,LM-LCX病变会导致回旋支侧支长期处于低切应力环境,斑块发生风险上升.结合单双支病变,主干病变相比于分支病变对分叉部位影响更加显著.基于差异化边界条件对左冠单双支病变进行了血流动力学分析,有助于深入了解斑块的发展机制和风险,为导管泵辅助下经皮冠状动脉介入治疗提供基础.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    基于改进沙猫群算法的时滞水轮机调节系统控制参数整定
    王利英, 党博涛, 张佳乐, 杨文其
    2025, 43(10): 1031-1039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0078
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    针对含时滞环节的水轮机调节系统PID控制参数难以整定问题,提出了一种基于改进沙猫群算法的PID控制策略.首先,考虑液压伺服系统的机械时延特性,建立了含时滞环节的水轮机调节系统模型.其次,将非线性收敛因子、Levy飞行策略和纵横交叉策略用于改进沙猫群算法,并采用了6种不同测试函数对其算法性能进行检验.最后,设计了基于粒子群算法(PSO)、沙猫群算法(SCSO)、原子搜索算法(ASO)和改进沙猫群算法(ISCSO)的PID控制器,并对不同时滞条件下的水轮机调节系统进行仿真分析,为了进一步验证所设计的控制器控制性能,在负荷扰动的工况下,对含时滞环节的水轮机调节系统进行仿真试验,结果表明,采用ISCSO算法整定PID控制器参数,对含时滞环节的水轮机调节系统具有较好的控制效果.
  • 水利水电工程
    基于Stacking集成学习的水电机组负荷分配
    郑晓楠, 于洋, 潘虹, 郑源, 杭晨阳, 杨杰, 马晓瑶, 陈致远
    2025, 43(10): 1040-1048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0104
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    在水电机组大型化、运行工况复杂化背景下,针对传统水电机组负荷分配中存在的寻优时间长、易陷入局部最优、结果不稳定等问题,提出一种基于Stacking集成学习模型和约束修正的水电机组负荷分配方法.首先,将历史数据输入至Stacking集成学习模型进行训练,采用K折交叉验证方法缓解重复学习造成的过拟合,得到机组负荷分配初始方案;其次,对初始方案进行负荷平衡、出力限制、机组组合等约束修正,不断逼近历史决策,形成最终决策方案.以某电站为例,采用耗水量、出力波动率等指标评价分配结果并与传统动态规划法进行对比,通过集成,模型训练完成后在线进行负荷分配,所需时间仅为2.04 s,决策时间大幅缩短,预测精度和鲁棒性显著提高,可为机组负荷分配提供一定参考.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    盐碱地滴灌青贮瓜尔豆生理生长与耐盐指标
    任孔聚, 王振华, 尹飞虎, 朱艳, 裴冬杰
    2025, 43(10): 1049-1056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0105
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    为探究土壤盐分胁迫对青贮瓜尔豆生长生理及产量的影响,设置4个盐分梯度处理:非盐化土(CK,2.00 g/kg)、轻度盐化土(S1,5.00 g/kg)、中度盐化土(S2,9.00 g/kg)和重度盐化土(S3,15.00 g/kg),通过桶栽试验系统分析了不同盐分水平对青贮瓜尔豆株高、茎粗、光合特性参数(净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度)及产量的影响,同时,借助线性回归计算耐盐指标.研究结果显示,在重度盐化土处理下,青贮瓜尔豆的株高、茎粗、叶片净光合速率、蒸腾速率及气孔导度均明显减少.盐化土程度越重,青贮瓜尔豆产量降低程度越大,相较于非盐化土处理,轻度、中度和重度盐化土处理下产量分别降低5.22%,15.31%和48.83%.产量和土壤盐分含量的线性回归方程表明,在青贮瓜尔豆的0~50 cm土层中,耐盐临界值为3.17 g/kg,耐盐极限值为29.56 g/kg,减产10%的耐盐阈值为5.81 g/kg.根据初步研究结果,在滴灌条件下青贮瓜尔豆可在非盐化和轻度盐化土壤中种植.
  • 农业水土工程
    低压喷灌调节干热风效果及冬小麦生长响应
    任煜辉, 李伦, 冯许钰, 刘荣豪, 刘海军
    2025, 43(10): 1057-1063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0061
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    为了解决干热风灾害在华北平原地区发生频率的增加对冬小麦的生长及产量造成的严重影响.通过开展大田试验,设置冬小麦灌浆期进行低压喷灌(LS)和不进行灌溉(CK)处理,研究了低压喷灌对干热风的调节作用,其中CK为对照.试验结果显示,低压喷灌在灌水期间可以有效改善干热风条件下的农田小气候,喷灌2 mm水量使冬小麦冠层温度下降4.0~10.0 ℃;冠层上方80 cm处空气温度下降2.0~4.0 ℃;冠层上方80 cm处相对湿度提高6%~11%,一次喷灌对小气候的影响持续时间约为1 h.低压喷灌后,冬小麦净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)分别较CK处理提高约95%~201%,54%~104%和70%~97%,细胞间隙CO2浓度(Ci)降低约4%~14%;LS处理可以提高籽粒灌浆过程中籽粒质量约2.4 mg,提高千粒质量约2.7%.研究结果为华北地区缓解干热风对冬小麦的影响提供了技术和数据支撑.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    EGFET pH传感器及栽培基质pH值在线检测系统
    张西良, 张家祺, 谢飞洋, 谷加辉, 胡帅, 徐云峰
    2025, 43(10): 1064-1071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0068
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    针对农业生产中栽培基质pH值在线检测准确性差的问题,采用化学腐蚀法制备TiO2电极作为pH传感器的工作电极,设计并制作了一种基于延伸式栅极场效应晶体管(extended-gate field-effect transistor,EGFET)的pH传感器及栽培基质pH值在线检测系统.该系统硬件主要包括电源电路、EGFET传感器电路、信号处理电路、电压跟随电路、主控电路等.主控电路以 STM32芯片为核心,ESP8266模块作为辅助,包括UART、ⅡC等接口电路.系统软件主要包括主控程序、物联网平台与用户端APP程序等.系统依托阿里云物联网平台与手机端APP进行远程异地交互,实现对栽培基质pH值异地在线检测.对基于EGFET与传统电位法的pH传感器响应性能对比测试得到:基于EGFET的pH传感器响应时间、漂移、迟滞和线性度等性能均有不同程度的提升.通过对相对质量含水率71.4%的栽培基质应用试验得到:基于EGFET传感器在线检测系统pH值在线检测相对误差最大约为2.63%,相较于传统电位法传感器,相对误差降低16.51%,其应用有助于促进栽培基质pH值在线检测与调控.
  • 排灌装备制造技术
    基于射流脉冲的微喷带喷洒性能
    武文婧, 王新坤, 赵擎, 贾宗瑾, 杨凡
    2025, 43(10): 1072-1081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0148
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    为解决微喷带灌水均匀度低于一般喷灌设备等问题,文中设计了一种适用于微喷带的脉冲三通,旨在提高其灌水均匀性及用水效率.以3种管径分别为28,32和40的微喷带流量压力关系为基础,确定脉冲三通结构参数的取值范围,设计32组正交试验进行计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟,确定最优脉冲三通结构参数.基于最优脉冲三通样机进行脉冲性能试验,压力损失、脉冲振幅和脉冲频率3项参数的试验结果与CFD数值模拟结果偏差小于10%,证明最优脉冲三通在实际应用中的可靠性及CFD数值模拟在脉冲三通选择过程中的可行性.进行微喷带单条和组合脉冲喷洒性能试验,并设置普通三通对照组,以准确评估脉冲三通对微喷带喷洒性能的影响.在20~40 kPa压力下,相较于普通三通微喷带,脉冲三通微喷带流量降低0.004~0.011 m3/h,湿润宽度增加0~0.25 m,列平均喷洒强度峰值降低8.6%~18.8%,灌水均匀性变化幅度为-0.50%~11.10%.40 kPa压力下,3种管径的微喷带组合脉冲喷洒试验结果显示,脉冲微喷带的组合喷洒强度峰值降低,灌水均匀性提高8.40%~10.20%,说明脉冲三通能有效改善微喷带的喷洒效率,从而提高灌水质量.