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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    叶片数对无轴泵喷推进器空泡脉动辐射噪声的影响
    刘厚林, 柳飞, 皮勤, 王勇, 刘遇谱, 赵建林
    2025, 43(12): 1189-1195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0035
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    为了探究叶片数对无轴泵喷推进器空化诱导噪声的影响,基于球形空泡辐射理论,对不同叶片数下的无轴泵喷推进器内空泡体积脉动噪声进行求解计算,并基于试验结果验证了计算方法的准确性.结果表明:在相同空化数下,随着叶片数的增加,无轴泵喷推进器内空化程度降低,空泡体积脉动噪声的总声压级呈现增大的趋势;随着空化数的减小,无轴泵喷推进器的空泡体积增大,空泡脉动噪声的总声压级增幅也逐渐增大,在空化数为4.07时,较5叶片推进器,7叶片总声压级增幅为14.03%.在空化数为6.77时,7叶片总声压级增幅为12.37%.研究表明,减小叶片数有助于减小无轴泵喷推进器空泡脉动辐射噪声.
  • 泵理论与技术
    铅冷快堆轴流式核主泵转子有限元分析
    杨从新, 段嘉伟, 郭艳磊, 吕天智
    2025, 43(12): 1196-1204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0021
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    为研究轴流式核主泵在输送铅铋介质时转子系统结构静力学与动力学的变化规律,通过单向流固耦合方法计算转子系统在较大预应力条件下叶片的变形、等效应力以及预应力对转子系统的固有频率、临界转速、模态振型的影响.结果表明:转子系统在3种不同工况的预应力下叶轮变形趋势相同,从轮毂到轮缘变形量逐渐增大,最大值均出现在进口边轮缘处,且周向变形为主要变形;叶片吸力面的等效应力大于压力面,且随着流量增大,叶片的等效应力逐渐减小,相同工况下,叶片等效应力由轮缘向轮毂方向逐渐增大,最大值出现在叶片进口边轮毂侧的位置;施加较大预应力后,固有频率整体上呈下降趋势,但变化程度较小;临界转速与固有频率变化规律相似;有无预应力对转子系统的各阶模态振型及振幅影响较小.研究结果可为输送以铅铋为代表的液态重金属介质核主泵的水力及结构优化设计提供一定的参考.
  • 泵理论与技术
    基于温压计算CO2相变对泵充满程度的影响
    李丹, 曹广胜, 王月琪, 李建华, 张庆权, 李佳玮
    2025, 43(12): 1205-1213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0024
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    针对含CO2流体进入泵内降低泵效率的问题,利用已有的泵内压力分布模型并结合能量守恒方程、泵充满程度方程,建立泵的动态充满程度模型,结合数值模拟研究了CO2发生相变时的泵充满程度,并利用室内举升试验验证了文中计算的正确性及重要性.结果表明:CO2始终以气态形式存在时,泵充满程度随着柱塞的移动逐渐下降;发生气-液相、液-超临界相间的变化时,泵充满程度均先下降后上升,后2种情况计算的泵充满程度均比没有发生相变时的泵充满程度大.考虑相变时的计算结果与数值模拟的结果变化趋势相同且接近,证明了考虑CO2发生相变是有必要且正确的.修正的泵容积效率与室内试验得到的泵容积效率差值分别为0.07%~0.96%和0.27%~0.95%.研究结果证明了考虑CO2发生相变对泵充满程度的影响是有必要的,提高了泵效率计算的准确性.
  • 泵理论与技术
    半开式径流水涡轮叶顶间隙泄漏对叶片载荷及外特性的影响
    肖云程, 汤玲迪, 王赞雅, 王维, 葛泽宇
    2025, 43(12): 1214-1221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0066
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    半开式径流水涡轮叶顶间隙引起的泄漏流动严重影响水涡轮性能,为研究叶顶间隙对水涡轮外特性及叶片载荷的作用机制,基于SST k-ω湍流模型的非定常计算,分析了半开式径流水涡轮不同叶顶间隙高度下的输出功率、效率、消耗水头等外特性,以及叶顶区域流场结构和叶片载荷分布的影响.研究发现,水涡轮运行过程中,输出功率、效率及水头均呈现明显的周期性波动,主频与叶频一致;随着叶顶间隙尺寸增大,外特性参数平均值呈下降趋势,当间隙高度由0.1 mm增至2.0 mm时,输出功率平均值下降5.9%,效率下降3.25%,水头下降2.1%.主要做功叶片位于喷嘴射流前方,其叶顶泄漏流流量随间隙高度增加显著上升,导致间隙区域流速增大、压差降低,工作面压力载荷减小、背面压力载荷增大,使叶片输出扭矩下降32.8%.文中揭示的叶顶间隙影响半开式水涡轮性能的内部流动机制,为其结构优化设计提供了理论依据.
  • 泵理论与技术
    液环真空泵内多相流空化机理
    陈泽烽, 张人会, 郭广强, 郑直, 李仁年
    2025, 43(12): 1222-1227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0064
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    为研究液环真空泵叶轮叶片及配流盘端面空化机理,基于VOF多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对液环真空泵内部空化流场进行数值模拟,详细分析了液环泵各区域的空化流动特性.研究结果表明,数值模拟得到的空化区域与实际空化破坏结果基本一致,空化主要发生在吸气区轴向叶顶间隙处、进口叶顶近轮毂处、压缩区叶片尾缘处.在吸气区锯齿形气液交界面齿尖处,气液两相泄漏流从齿尖处间隙泄漏至叶片背面,并在叶轮轴向叶顶间隙内形成叶顶分离涡;在吸气口叶片轮毂处,过渡区部分液相向吸气口泄漏,在压力面叶顶附近因脱流形成分离涡,分离涡导致局部低压并诱发空化.压缩区因液体逐渐进入叶轮压缩气体并在叶片尾缘形成脱流涡与回流涡,从而诱发空化.叶片尾缘空化强度显著高于叶片轴向间隙处空化.
    • 流体工程
  • 流体工程
    单、双弯管森林消防水炮射流性能对比分析
    孙术发, 张冬波, 徐璨, 周子轩
    2025, 43(12): 1228-1235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0132
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    森林消防水炮射水时由于受空气阻力、重力等作用力的影响,水柱会出现扩散、散落等现象,造成流量损失.为提高消防水炮节水率,以PSKD80电控消防水炮为研究对象,对水炮射流发散原因进行研究分析,寻找优化方法,提出一种新型双弯管主体结构的解决办法.采用Fluent软件对消防水炮的2种结构(单弯管、双弯管)内部流动进行了数值模拟,对比和分析了水力损失和出口流态.通过试验验证,并对比2种结构在相同射流角度下的节水率、射流距离、出口发散状态.结果表明:相同射流角度下,双弯管形式水炮射程优于单弯管,最远射程提高了2.3 m,最远射程节水率提高了2.4%,水柱集中落点范围更大.随着射流角度的增加,2种形式弯管流柱发散程度均出现增加,因此在保证灭火需求的前提下,应尽量减小射流角度.研究结果对消防水炮流道优化设计具有积极意义,可为消防水炮设计提供新的思路.
  • 流体工程
    不同风廓线下风力机的尾流特性
    吴雨晴, 赵振宙, 李文锋, 王丁丁, 郭鹏, 徐志轩
    2025, 43(12): 1236-1244. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0274
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    风电场发电量受风力机尾流影响明显,为了更加准确地计算风电场的尾流风速的分布,探讨了风电机组尾流效应对风电场设计和运行的重要影响.采用大涡模拟和致动线模型的CFD方法,分析不同风廓线条件下风力机尾流的特性.研究重点考虑了塔架的影响,并针对不同粗糙度对风力机尾流分布及速度亏损的变化规律进行了深入分析.结果表明,塔架促进了叶根涡和叶尖涡的混合及破裂,导致近尾流区在水平和垂直方向上的风速分布出现显著的不对称性.此外,随着尾流向下游延伸,这种不对称性更为明显.研究还发现,随着粗糙度的增加,横向和纵向的速度亏损加剧,尾流恢复速度减慢.这项研究为风电场的设计和运行提供了重要的理论依据和技术参考,有助于优化风电机组的布局和提高风电场的整体效率.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    锂渣水泥土无侧限抗压强度及抗剪强度特性
    周恩全, 周旭鑫, 王龙
    2025, 43(12): 1245-1253. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0101
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    通过无侧限抗压强度试验、直接剪切试验研究了锂渣取代率、养护龄期对水泥土强度的影响,并利用扫描电镜(SEM)测试分析了锂渣水泥土的强度发展机理.试验结果表明:锂渣水泥土的无侧限抗压强度及抗剪强度均随着锂渣取代率的增加先升高后降低,最优取代率为18.75%;在养护龄期7 d时,相比纯水泥土,取代率为18.75%的锂渣水泥土的无侧限抗压强度及抗剪强度分别提升37.76%和9.26%(法向应力为400 kPa);养护龄期对锂渣水泥土的无侧限抗压强度和抗剪强度有显著影响,在18.75%取代率下,28 d相较于7 d的无侧限抗压强度和抗剪强度分别提高了80.26%和34.22%(法向应力为400 kPa);黏聚力随着锂渣取代率的增加呈现出显著的先升高后降低的规律,而内摩擦角随着锂渣取代率的增加变化不大.SEM测试从微观层面较好地解释了强度试验结果,在适当的锂渣取代率下,一次水化产物Ca(OH)2和C-A-H凝胶发生的二次水化反应增加了胶凝物质和钙矾石,使得锂渣水泥土的微观结构得到了优化和改善.研究结果可为锂渣水泥土在公路工程中的应用提供参考.
  • 水利水电工程
    考虑体积变化影响的武汉粉质红黏土土水特征曲线
    黄发星, 袁维, 万勇, 陈之祥
    2025, 43(12): 1254-1261. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0107
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    为分析土壤脱湿过程中水分含量变化与收缩体变之间的关系,综合考虑体积变化对土水特征曲线的影响,采用轴平移方法测定了武汉粉质红黏土的土水特征曲线;同时,基于土样变形图像测量平台,测定了脱湿过程中土样体积变化、质量含水率变化及体积含水率变化.在此基础上,以轴平移和干燥收缩试验这2种试验工况下的土样质量含水率为纽带,将体积变化与基质吸力测试结果进行整合,给出了孔隙比修正后的红黏土土水特征曲线.研究表明:土的体积变化对土水特征曲线有显著影响,初始干密度为1.45 g/cm3的黏土土样最终脱湿后的实际干密度已达到1.60 g/cm3,土样孔隙结构更紧凑;考虑收缩变形修正的基质吸力,在相同饱和度0.442下基质吸力的数值比原始数值的最大值增大了397 kPa,土样持水特性更强.研究结论对指导农业灌溉及农业可持续发展具有参考价值.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    基于DSSAT模型黑龙江庆安不同降水年型水稻灌溉制度
    刘少东, 张晨曦, 衣淑娟, 鲁家杰, 韩钊
    2025, 43(12): 1262-1271. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0189
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    为探究黑龙江地区不同降水年型下的水稻最优灌溉制度,通过收集黑龙江省庆安县2018和2019两年水稻大田实测数据对DSSAT-CROPGRO-Rice模型进行参数校正和验证,在此基础上设计了包括5个灌水定额(每次15.0,20.0,25.0,30.0,35.0 mm)和3个灌溉次数(8次、10次和12次)的模拟试验.利用验证后的模型对不同灌溉组合在3种降水年型下的水稻产量进行了模拟,并进一步计算了水分利用效率,从而优选出适宜的水稻灌溉制度.结果表明:模型对水稻品种“绥粳18”的物候期、叶面积指数及产量均表现出较好的模拟效果.在灌溉定额相同条件下,采用较高灌溉频率并降低单次灌水定额的方式有助于提高水稻产量.3种降水年型下,水稻产量和水分生产率均随灌溉定额的增加呈先上升后下降的趋势,而灌溉水利用效率随灌溉定额的增加持续降低.采用频次较高、单次水量较低的灌溉模式有利于增产.3种降水年型最优灌溉制度分别为丰水年灌溉10次,灌水定额29.0 mm;平水年灌溉12次,灌水定额25.3 mm;枯水年灌溉10次,灌水定额35.2 mm.
  • 农业水土工程
    基于AquaCrop模型的北疆玉米亏水滴灌水肥管理制度优化与模拟
    张科, 李小龙, 何新林, 秦达, 李鹏飞
    2025, 43(12): 1272-1282. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0180
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    为探究水旱胁迫下滴灌玉米稳产增产最优水肥配施方案,设计亏水灌溉随水施肥大田试验,并构建AquaCrop模型,寻求适宜北疆滴灌玉米生长的模型参数和稳产增产的最优灌溉制度.研究结果表明:中肥高水(CK1W1)处理能够提高水肥利用效率,使玉米植株的株高、茎粗、叶面积等生长指标显著提高,籽粒产量较均值提高12.46%,较对照组提高7.38%,生物产量较均值提高14.63%;AquaCrop模型在模拟北疆玉米的冠层覆盖度及产量等方面展现出良好的性能,冠层覆盖度的一致性指数高达0.904 7,决定系数在0.810 0以上,均方根误差在6.50%左右;籽粒产量与生物产量的决定系数均超过0.950 0,模型性能指数接近0.900 0,一致性指数分别为0.920 8和0.967 5,表明模型可以有效模拟北疆玉米生育期内的生长状况.AquaCrop模型优化亏水滴灌的最优灌溉方案为M3(苗期灌水1次共30 mm,拔节期灌水4次共179 mm,吐丝期灌水5次共239 mm),其生物产量和籽粒产量分别为36 850 kg/hm2和19 570 kg/hm2.研究可为干旱缺水地区的玉米稳产增产及农业可持续发展提供科学参考.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    丘陵山区自走式小型喷灌机喷灌性能
    朱兴业, 高朝晖, 刘俊萍, 王智, 赵莹
    2025, 43(12): 1283-1290. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0155
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    通过理论分析与试验研究相结合的方法研究了各因素对喷灌机水力性能的影响,得到了不同影响因素对喷灌机性能的影响程度.研究通过构建正交表,设计正交试验获得了丘陵山区自走式移动喷灌机不同移动速度、喷头安装间距、喷头工作高度和工作压力组合下的试验数据,使用Box-Behnken响应面法,利用Design-Expert软件分析试验数据,得到喷灌机喷灌强度和喷灌均匀度的数学模型并进行优化,从而选取最佳工作参数.通过进一步试验验证模型准确性,揭示了喷灌间距、喷灌高度、工作压力和行走速度及其交互作用对喷灌机性能的影响规律,探究其对喷灌均匀性和喷灌强度的影响,得到最佳组合方式.结果表明各影响因素对喷灌强度影响的显著程度由大到小依次为喷头安装间距、喷头工作压力、喷头工作高度;对喷灌均匀度影响的显著程度由大到小依次为喷头工作高度、喷头安装间距、喷头工作压力;喷灌机的运行速度不会对喷灌强度和喷灌均匀度有影响.确定喷灌机的最佳工作参数为喷头安装间距0.75 m,工作高度0.5 m,工作压力160.00 kPa.
  • 排灌装备制造技术
    喷头转速和工作压力对旋转式喷头水力性能的影响
    周轩, 李红, 潘绪伟, 刘俊萍
    2025, 43(12): 1291-1296. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0165
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    为探究喷头转速与工作压力对旋转式喷头水力性能的影响规律,通过自主研发的喷头转速调控试验装置研究了工作压力和喷头转速对喷头水力性能的影响,该试验装置能够精准调节转速,且在喷头运行时转速不受工作压力的影响.试验结果表明:喷头射程与喷头转速之间符合单指数关系,决定系数R2均为0.970以上;在喷头转速大于20.00 r/min时,喷头转速对喷头射程影响减小.在喷头转速小于4.00 r/min时,喷头近端出现无水量分布的情况;在没有额外散水机构且喷头转速超过4.00 r/min时可满足全圆湿润喷洒.喷灌均匀性随喷头转速增大而得到改善,在不同工作压力下各喷头转速下的喷灌均匀系数CU均低于80%,因此不建议主要通过提升喷头转速来提高喷灌均匀性.研究结果能够为旋转式喷头的优化设计提供理论依据,对于改善旋转式喷头在不同工况下的水力性能具有重要理论价值和实用意义.