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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    无轴泵喷推进器内流致噪声仿真计算
    刘厚林1, 郭成宇1, 吴贤芳2, 谈明高1, 赵杨1
    2025, 43(2): 109-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0136
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    基于Lighthill声比拟理论,采用混合数值模拟方法分析了流量变化对无轴泵喷推进器内流致噪声的声压级频域特性和总声压级等的影响及其与内流场的关系.研究结果表明:声压级主频均为轴频,并可见2倍轴频的谐频.小流量和设计流量下,主频处声压级幅值沿流向先下降后上升再下降,沿径向先上升后下降,并存在叶频及其倍频的谐频;大流量下,其沿流向下降,沿径向先下降后上升,未见叶频或其倍频的谐频分布.出口段靠近叶轮区域的主频处声压级幅值随流量增加上升,而远离该区域则先上升后下降;轴线附近区域的噪声逐渐增强.总声压级随流量增加而上升;流向上,总声压级逐渐降低,且在大流量下噪声衰减速度更为缓慢;径向上,总声压级最高值随着径向区域所在的流向距离增加而逐渐靠近轴线.影响不同流量下无轴泵喷推进器噪声分布的主要因素是出口段靠近叶轮区域的速度梯度和2个旋涡的大小和位置.
  • 泵理论与技术
    空化工况下喷水推进泵内涡结构的时空演化
    赵斌娟1, 宋英南1, 黄忠富2, 付燕霞1, 陈汇龙1
    2025, 43(2): 116-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0166
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    为揭示混流式喷水推进泵在空化工况下内部涡结构的演化情况,在空化数为0.142的工况下使用Ω涡识别方法对其内部涡结构进行识别和研究,在此基础上研究了空化对涡结构特征演化的影响,并分析了1个周期内涡量运输方程各项对涡结构演化的贡献.结果表明:空化工况下,喷水推进泵内部流动复杂,极易产生旋涡,主要的涡结构有叶顶泄漏涡、次级泄漏涡、垂直空化涡和次级泄漏衍生涡;随着三角形空化的坍缩,进口附着涡的涡结构尺度增加,但叶顶泄漏涡因为空泡逐渐增大的缘故涡量逐渐减小;1个周期内,喷水推进泵内空泡尺度较大时,涡结构数量较多,但强度较小.空泡尺度较小时,涡结构尺度较小,强度较大;通过对涡量运输方程进行分解可以发现,拉伸扭曲项的分布与涡量分布具有极高的相似性,压缩膨胀项的量级最高,对垂直空化涡和脱落涡的变化较为敏感,斜压扭矩项在垂直空化涡的发生位置量级较高.
  • 泵理论与技术
    基于流固耦合的大型立式轴流泵机组运行稳定性分析
    朱峰1, 潘强2, 张德胜2, 陈浩1, 周伟1
    2025, 43(2): 124-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0190
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    轴(贯)流泵机组在中国南水北调、“一带一路”等泵站群建设中运用广泛.为了研究大型轴流泵不同运行工况下流体激励力对机组振动的影响,采用CFX和Mechanical联合实现轴流泵叶片非定常应力的流固耦合计算模拟.流场计算基于RANS方法的N-S方程,结构计算采用弹性结构力学方程,使用任意拉格朗日-欧拉 ALE法求解,得到了轴流泵转子变形、应力分布及模态特征.研究结果表明,叶频与压力波动频率一致,叶轮旋转是造成压力脉动的主要原因;叶片的最大变形出现在叶片轮缘处,叶片最大应力出现在叶片与轮毂连接处;在叶轮0.6~1.4倍额定转速内,难以找到转子各阶固有频率与叶频及其倍频均保持一定差值的合理转速,但在忽略次要共振可能性后,存在最优转速以达到固有频率和各阶主频的合理差值.
  • 泵理论与技术
    基于Kriging-MIGA算法的离心泵叶片三元反问题优化
    王世成1, 2, 杨军虎1, 薛旺1, 王鸣帅1, 宋丹玉1
    2025, 43(2): 132-138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0105
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    针对离心泵叶轮叶片三元反问题载荷优化,提出一种优化方法.选取某一中比转数离心泵为原型泵,在不改变其轴面流道形状、叶片厚度分布等条件的基础上,利用三元反问题设计方法设计了前盖板前加载、后盖板后加载的叶轮叶片.采用拉丁超立方抽样的方法,建立了80个离心泵叶轮模型样本空间,通过Fluent软件数值模拟得到离心泵性能.以叶片载荷参数为优化对象,离心泵设计工况点水力效率为优化目标,利用Kriging代理模型建立了叶片载荷参数与水力效率的关系.在扬程满足设计要求的条件下,使用MIGA算法得到水力效率最高的离心泵载荷参数.结果表明:在载荷曲线中,对水力效率影响程度较大的参数为后盖板直线段与抛物线的两交点NDh和NCh,以及前盖板直线段与抛物线交点NCs;影响较小的参数为后盖板前缘载荷LEh和前盖板直线与抛物线交点NDs;在设计工况点,优化泵的水力效率提升了1.35%且高效区较宽;叶片表面最低压力升高了38.41%,空化性能得到了提升;另外,功率减小了2.46%,扬程稍有提升.研究结果可对离心泵叶轮叶片的高效设计提供一定的参考.
    • 流体工程
  • 流体工程
    含砂天然气套筒式节流阀内部两相流动特性分析
    史鸿博1, 2, 3, 王少聪1, 张行1, 赵新宇1, 叶际涵3
    2025, 43(2): 139-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0212
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    为了提高节流阀在高含硫工况下的节流性能,以某套筒式节流阀为研究对象,采用欧拉-欧拉双流体模型,结合颗粒动力学理论和标准k-ε湍流模型,对阀门内部气固两相流场进行三维数值模拟研究,对比分析不同阀门开度、节流孔结构和尺寸、入口颗粒固含率下的速度场分布、湍流黏性场分布、流量特性与流阻特性等,并与试验结果进行对比.结果表明:阀门开度的增大可有效降低节流孔内部流速,缓解砂粒对节流孔内壁的冲蚀磨损,进而有利于阀门内部流体的流通;正三角形节流孔处存在明显的流速和压力梯度突变,且位于节流孔出口下游的对冲射流核心区域长度较长,导致严重冲蚀区域呈现出靠近节流阀出口侧的特征;砂粒冲击频次随着入口颗粒固含率的增加而增强,且节流孔入口区域存在的涡旋流动强度略有减弱,从而对节流阀整体的流通性能和冲蚀磨损程度产生影响.
  • 流体工程
    振动混合器内上浮颗粒悬浮特性数值模拟
    李良超1, 赵国柱2, 马国鹭1, 张磊2, 徐斌1
    2025, 43(2): 147-154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0091
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    对振动混合器内颗粒悬浮特性的深入了解,可为该类混合器的结构设计和优化提供依据.借助计算流体力学技术(computational fluid dynamics, CFD),应用欧拉-欧拉双流体模型对上浮颗粒在振动混合器内的悬浮特性进行了数值模拟研究.振动盘的往复运动采用动网格技术进行处理.通过模拟得到了混合器内的流场和颗粒的动态悬浮特性,并将模拟结果与文献试验数据对比验证模型准确性.结果表明,振动混合器内流场的典型特征为在振动盘的上方和下方各形成一循环涡流,涡流强弱随振动盘往复运动周期变化,但涡流方向保持不变,颗粒在混合器内悬浮分别经历均匀性快速变好、略微变好和动态稳定悬浮3个阶段.提高频率和增大振幅均可以使颗粒更快达到稳定悬浮,且悬浮的均匀性更好,但增大振幅会使悬浮的均匀波动性有所变大.增大固含量可使颗粒悬浮的均匀性增加,波动性减小.
  • 流体工程
    导、隔板倾斜对竖缝式鱼道水力特性的影响
    严孝明1, 2, 郑铁刚1, 2, 金瑾2, 孙双科1, 温静雅3, 石凯1, 周荣攀4, 黄忠玉4
    2025, 43(2): 155-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0220
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    为了明晰鱼道在建造以及组装时产生的误差对其内部水力特性的影响,针对导、隔板倾斜类误差展开研究.当前国内外竖缝式鱼道应用广泛,但在前期的鱼道工程现场勘测中,施工误差普遍存在于鱼道中,针对导、隔板倾斜类型的误差并依据现场对该误差情况的统计,采用三维数值模拟的方法,并通过物理模型试验对数学模型计算参数进行修正,在倾斜角度±15°的范围内每隔5°共测试了7种计算工况.结果表明:导、隔板倾斜(倾斜角度±15°内)后,鱼道池室内水流结构的二维特性所受影响有限且不足以造成不同规律;主流轨迹线范围增大,主流流速的衰减效果更加明显;目标导、隔板竖缝处的紊动能整体高于鱼类偏好紊动能上限,高总水力应变的分布范围明显增大,且有随着导、隔板倾斜幅度增大而增大的趋势;目标导、隔板下游竖缝平均流速有所升高.
  • 流体工程
    潜水搅拌机环形池流速试验及CFD模拟研究
    陈斌1, 许智1, 杨陈2, 罗燕3, 张帅1, 杜沁熹1
    2025, 43(2): 163-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0225
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    根据国标《潜水推流式搅拌机》(GB/T 33566—2017)的相关要求,潜水搅拌机检测需在环形检测水池中进行,而环形检测水池造价昂贵,且水体测速难度较高,导致现阶段潜水搅拌机的流场特性研究缺乏有力的试验支撑.为此,以QJB7.5/12-620/3-480/S型潜水搅拌机作为研究对象,依托绍兴质检院现有的环形检测池进行流速试验,对比CFD软件进行的全流场数值模拟,得到结论:在潜水搅拌机的标准池流场范围内,试验与计算的流动特性具有高度的相似性,此型号潜水搅拌机在有效推流段内,流道中心区域流速随着推进距离的增加先增大后减小,并在推进距离5.0 m处附近,流速出现极大值约为0.600 m/s;受不均匀来流的影响,潜水搅拌机轴向推流存在一定偏差,导致外墙壁一侧水体流速低于内挡板侧;试验中,当推进距离达到15.0 m时,所有测速点流速均低于0.300 m/s;结合数值计算结果,此型号潜水搅拌机当量有效推流长度为13.64 m,当量有效容积为218.24 m3,比功率为32,环形池内平均流速约为0.153 m/s.研究推动了潜水搅拌机有关标准的执行和不断完善,对潜水搅拌机的性能认知和应用发展具有重要意义.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    木质素磺酸钙对分散土水力-力学特性影响
    张晓飞1, 李佳超1, 陈新炜2, 邓红艳3, 周红波4
    2025, 43(2): 170-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0282
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    传统的土壤改性剂(如石灰、水泥、石膏和粉煤灰等)对土壤水力-力学特性有一定的改善,但对环境有一定的破坏作用.以一种生物环境友好型材料—木质素磺酸钙(以下简称木素)作为改性剂,开展了针孔试验、碎块试验、钠离子交换百分比试验、界限含水率试验、无侧限抗压强度试验、直接剪切试验、渗透试验和核磁孔隙度试验,研究了木素掺量、干密度、含水率对天然分散土的分散性和水力-力学特性的影响.结果表明:木素掺量为3%和4%时,改性土样呈非分散性,且干密度越大,分散性越差;随着木素的掺入,土样的液限、塑限、塑性指数降低;木素掺量为2%,对土样的无侧限抗压强度、抗剪强度及渗透性改善效果最好,而木素掺量过大时,土样的水力-力学特性变差;T2谱呈现双峰结构,随着木素掺量的增加,主峰逐渐向右移动,土样的小孔隙孔径变大,大孔径孔隙数量增多.
  • 水利水电工程
    基于集成因子优选算法的面板堆石坝变形预测模型
    郑好1, 李登华2, 3, 丁勇1
    2025, 43(2): 178-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0262
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    面板堆石坝变形主要受外部荷载和内部材料蠕变影响,而影响因子过多会造成特征冗余,引起预测精度过拟合问题;因子过少导致信息表达不全,造成预测效果差,模型泛化能力不足等问题.因此构建涵盖面广,可解释性强的因子集并从中优选格外重要.针对上述问题,文中提出基于集成因子优选算法的面板堆石坝变形预测模型,使用ReliefF与沙普利加性解释(SHAP)算法通过权重集成获得因子贡献值排序,再分析因子累计贡献率差量阈值剔除非关键因子,获得关键因子.以新疆某混凝土面板堆石坝为例,以特征缩减率FRR、归一化平均绝对百分比误差nMAPE、平均绝对误差MAE、均方误差MSE以及决定系数R2为评价指标,试验结果表明文中提出的算法面对不同的预测模型都可准确地获得最佳因子,有效地提升了预测精度.相对于传统因子优选算法适应性更强,预测能力提升最显著,解决了影响因子冗余或者欠缺带来的预测能力较低的问题,提高了模型的泛化能力,为大坝安全监测研究提供了行之有效的因子优选方法.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    高温胁迫下CO2浓度升高对番茄光化学效率的影响
    梁少威1, 闫浩芳1, 2, 张川3, 张建云2, 王国庆2, 蒋建辉1, 邓帅帅1, 周裕栋1
    2025, 43(2): 187-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0088
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    为了研究高温胁迫下作物光合和叶绿素荧光参数对CO2浓度升高的响应机理,文中对C3作物番茄生长环境设置不同CO2浓度(1 000±50 μmol/mol,700±30 μmol/mol和环境浓度416 μmol/mol)和不同温度(日均24 ℃和38 ℃),分析作物光合和叶绿素荧光参数(ChlF)的日均变化趋势,以及光系统Ⅱ(PSⅡ)对CO2浓度和高温交互影响的响应机制.结果表明,高温胁迫显著降低了作物光合速率(An)、最大羧化速率(Vc,max)、最大再生速率(Jmax)、最大量子产率(Fv/Fm)、实际量子产率(ФPSⅡ)和最大相对电子传递速率(ETRmax),而适当地升高大气CO2浓度(700±30 μmol/mol)可以通过改变核酮糖1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)羧化速率和非调节能量耗散的量子产率Y(NO)来有效改善高温胁迫对作物光合作用带来的负面影响.高温胁迫下,相比于CO2浓度维持在1 000±50 μmol/mol和环境CO2浓度416 μmol/mol,CO2浓度维持在700±30 μmol/mol时最大羧化速率(Vc,max)分别提升了15.11%和47.66%,最大再生速率(Jmax)分别提升了8.83%和41.82%,而非调节能量耗散的量子产率Y(NO)则分别下降了12.27%和9.97%.研究为番茄植株应对高温胁迫下产生的热应激提供了新思路.
  • 农业水土工程
    基于集对分析的新疆喀什地区水资源可持续利用评价
    刘爽1, 2, 陈伏龙1, 2 , 姜波3, 高源1, 2, 王统霞1, 2
    2025, 43(2): 194-201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0191
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    为了分析新疆喀什地区水资源可持续利用现状及其影响因素,基于“驱动力-压力-状态-影响-响应”(driving-pressure-state-impact-response,DPSIR)模型选取17项评价指标构建水资源可持续利用评价指标体系,分别采用能够较好揭示不确定性系统内在规律的集对分析法与偏联系数法建立切实适用于本区域的可持续评价模型,对新疆喀什地区2010—2019年水资源可持续利用状况进行了综合评价,并结合三元半偏减法集对势诊断该区域发展态势,识别影响其可持续发展的脆弱性指标.结果表明:新疆喀什地区各年水资源可持续利用状况不一,其中,2010—2013年与2017年水资源可持续利用情况较好,区域内水资源得到了较好的开发与利用,2014—2016年、2018—2019年区域内政策规划基本合理,水资源综合可持续能力一般;集对分析法对喀什地区水资源可持续评价具有较好的适用性;影响喀什地区水资源可持续利用发展较为脆弱的指标包括人口密度、人均GDP、生活用水量与生态用水量.研究结果可为促进新疆喀什地区水资源可持续利用发展提供一定的科学依据.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    丘陵坡地自走式喷洒装置通过性能分析与试验
    王岳斌, 刘俊萍, 张涵, 袁寿其
    2025, 43(2): 202-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0160
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    针对目前丘陵坡地中缺少适用灌溉机械现状,结合茶园种植特点及丘陵坡地的地形特征,设计了一种适用于丘陵坡地的自走式喷洒装置.对喷洒装置直线行驶、纵向爬坡及横向坡行走等常见喷洒行驶工况进行力学理论分析.采用RecurDyn多体动力学软件对装置进行建模,对常见喷洒行驶工况的装置行驶状态进行仿真分析,仿真结果表明,装置具有良好的直线行驶及爬坡性能,能顺利通过最大15°横向斜坡、最大15°纵向斜坡.研制出样机并进行了真机试验,实测样机平均行驶速度1.94 km/h,具有良好的直线行驶性能,行驶偏移率2.88%;且平稳通过坡角为13°纵向坡,并在坡度范围为8°~13°的横向坡安全稳定行驶,与仿真结果相符,满足自行走喷洒装置的坡地作业要求,为后续丘陵灌溉装备的设计提供了参考.
  • 排灌装备制造技术
    基于非旋转折射式喷头的射流三通结构优化
    袁巍巍, 王新坤, 颜海兰, 赵擎, 陈亚奇, 贾宗瑾
    2025, 43(2): 209-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0094
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    为了提高适用于非旋转折射式喷头的射流三通的脉冲特性,采用正交设计方法,选取喷嘴宽度、位差、劈距和侧壁倾角4个因素,每个因素取5个水平参数,设计了共25组不同结构的射流三通模型.采用CFX数值模拟软件,对25组模型进行CFD数值模拟计算,以水头振幅和水头损失为性能评价指标,确定各因素对射流三通的影响性能指标主次顺序和最优结构尺寸模型.对比优化模型与普通模型的脉冲特性,模拟结果表明优化模型的水头振幅提高了0~16.73 kPa,水头损失降低了0~3.34 kPa.通过水力性能试验发现,与普通三通相比,在工作压力0.10,0.15和0.20 MPa下,射流三通条件下折射式喷头喷灌强度峰值降低了41.50~69.07 mm/h,同时改善了其近处水量分布.通过Surfer软件对单喷头水量进行叠加来计算喷头组合喷灌均匀性系数,发现与普通三通相比,在喷头安装间距2.0,2.5,3.0 m下,射流三通条件下折射式喷头组合喷灌均匀性系数提高了1.7%~23.1%.