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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    叶轮形式对旋喷泵水力特性的影响
    赵万勇, 胡嘉俊, 王东伟, 刘来
    2025, 43(4): 325-332. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0231
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    为了研究叶轮形式对旋喷泵性能的影响,以XP300-3型旋喷泵为研究对象,基于RNG k-ε模型对闭式、半开式、全开式3种形式叶轮进行定常与非定常数值模拟,研究分析不同叶轮形式对旋喷泵内、外特性以及动力学性能的影响.研究结果表明:闭式叶轮的扬程比其余2种叶轮高约11%,而全开式与半开式叶轮的扬程相近;从内部流场压力分布看,闭式叶轮高压区相比其余2种叶轮更广,其静压占比也更高;从内部流体湍动能分布来看,半开式与全开式叶轮在集流管壁面附近区域湍动能要明显高于闭式叶轮;而通过非定常计算观察3种叶轮发现,半开式叶轮运行稳定性较差,闭式与全开式叶轮均具有较好的运行稳定性.研究结果可为旋喷泵叶轮设计及水力优化提供一定参考.
  • 泵理论与技术
    水肥一体化蠕动泵泵管帘线层结构优化
    刘俊萍, 温兴斌, 刘青松, 朱兴业
    2025, 43(4): 333-340. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0157
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    针对水肥一体化配肥注肥设备蠕动泵存在泵管疲劳损耗问题,采用数值正交的方法对蠕动泵帘线结构进行优化设计,选取帘线角度、帘线层间距与帘线层至内径距离为影响因素,选用三因素四水平设计泵管挤压性能正交试验表,根据正交表选取16组作为试验组,采用Abaqus/Explicit仿真软件对各试验组进行数值计算分析,并对仿真结果进行极差分析,获得帘线角度、帘线层间距与帘线层至内径距离各因素对应力、反力、剪切应变与应变能的影响规律及影响程度.通过对仿真结果进行灰色关联度多目标优化,得到各影响因素对泵管挤压性能的影响程度由大到小依次为帘线角度、帘线层至内径距离、帘线层间距,随后对优化前后帘线布置结构及性能进行对比,结果表明,优化后泵管的应力减小了4.99%,反力减小了10.66%,剪切应变减小了19.19%,应变能减小了19.9%,降低了泵管受压缩时的应力、反力、剪切应变以及应变能,减少了泵管损耗.研究结果可为蠕动泵泵管设计和优化提供一定的参考.
  • 泵理论与技术
    混流式水轮机启停机瞬态过程流动特性
    陈荣洲, 刘华良, 陈宣有, 张鑫鑫, 王鹏飞, 赵文胜
    2025, 43(4): 341-347. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0189
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    为了揭示混流式水轮机启停机瞬态过程流动规律,为水轮机运行故障预警提供数据支撑,以滩坑水电站水轮机为研究对象,在Matlab平台下对某混流式水轮机典型启停机工况开展一维仿真计算,并基于多相流模型开展启停工况下不同进口速度及转轮转速的数值模拟研究.研究结果表明:减小水轮机压力波动有2种方案,即启动时逐步打开导叶开度以及停机时减小导叶开度后缓慢打开;湍流强度分布随进口流速及转速变化明显,随着水轮机转轮转速增大,该现象尤为明显;由于能耗增加,水轮机出力效率逐渐减小.由于水轮机出口区域水头较高,较容易形成负压或者水流断层的现象,因此,为避免水轮机低流速下转速过高,建议机组避免在低速工况下甩负荷运行.研究结果可为混流式水轮机启停机瞬态过程故障预警提供一定理论参考.
  • 泵理论与技术
    基于参数分析与智能优化的导叶式混流泵多工况优化
    丁征, 袁建平, 陈颖俊, 戴秋萍, 陈松山, 王梦成
    2025, 43(4): 348-356. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0110
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    为进一步研究混流泵的多工况优化,以一中比转数导叶式混流泵叶轮为研究对象,以反问题设计方法为基础,以轮毂及轮缘处载荷控制参数NCh,NDh,Kh,NCs,NDs和Ks为设计参数,以0.8Qdes和1.1Qdes(Qdes为设计流量)处效率为优化目标,以1.0Qdes处扬程为约束条件,结合正交试验设计、最优拉丁超立方抽样法、径向基神经网络和非支配排序遗传算法,在参数分析的基础上对其开展多工况优化研究.结果表明:参数NDh,Kh,NCs,NDs和Ks对0.8Qdes和1.1Qdes工况处效率均具有显著影响,在优化设计中应该被重点考虑;轮毂及轮缘处后加载有利于小流量工况下效率的提升,而两者前加载则有利于大流量工况下效率的提升;优化后模型在0.8Qdes,1.0Qdes和1.1Qdes处效率分别为82.32%,88.13%和86.50%,较原始模型分别提升了0.73%,0.99%和1.55%.内流分析表明,叶轮进口处二次流的改善及导叶内湍动强度的降低是优化后模型效率提升的根本原因.
    • 流体工程
  • 流体工程
    背水面齿角度对齿形迷宫流道灌水器水力特性及抗堵性能的影响
    郑健, 陈娅, 赵雨露, 张国维, 王燕
    2025, 43(4): 357-363. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0217
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    为优化齿形迷宫流道灌水器的流道结构,应用CFD数值模拟方法,对背水面齿角度分别为0°,10°,19°,30°和45°的齿形迷宫流道灌水器进行固液两相流数值模拟计算,研究不同背水面齿角度流道内流速、湍动能、涡旋分布规律及颗粒运动轨迹等.结果表明:齿形迷宫流道灌水器流态指数和流量系数均与背水面齿角度呈正相关关系,背水面齿角度为0°时,水力性能最佳;随着背水面齿角度的增大,灌水器流道内流速整体呈减小趋势;流道内湍动能随背水面齿角度的增大而增强;通过Ω涡识别法发现随着背水面齿角度的增大,流道内涡旋运动区域面积减小且强度减弱;颗粒在5种背水面齿角度流道内最长停留时间分别为1.92,3.77,4.37,0.87,0.82 s,背水面齿角度为45° 时,灌水器抗堵塞性能相对较优.模拟结果证明适当改变背水面齿角度,采用不对称流道形式,有利于提高灌水器的性能.
  • 流体工程
    倒伞曝气机不同叶片偏角对充氧性能的影响
    陈立爱, 勾全增, 侯红勋, 陈松, 王大桂
    2025, 43(4): 364-370. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0092
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    为了研究不同叶片偏角协同影响下倒伞曝气机的充氧性能,制作了叶片数量、形状等相同,但具有不同径向偏角和轴向偏角(迎水角)的曝气机叶轮,并对这4种不同型号的倒伞曝气机叶轮充氧性能进行了对比试验.结果表明:测试工况下,曝气机的电动机功率、标准充氧量SOC、动力效率ES与叶轮转速呈正相关关系.不同叶轮径向偏角和迎水角的倒伞曝气机叶轮标准充氧量和动力效率不同,在75 r/min电动机负荷较低时,无径向偏角和迎水角的1#叶轮标准充氧量和动力效率最大,分别为3.81 kgO2/h和1.51 kgO2/(kW·h).电动机几乎满负荷运行的情况下,带有一定径向偏角的2#叶轮标准充氧量和动力效率最佳,分别为5.27 kgO2/h和1.82 kgO2/(kW·h).实际污水厂一般配置1台恒速和数台变频调速曝气机,为实现节能降耗的目标建议恒速曝气机选用具有一定径向偏角的2#类型叶轮,变频调速曝气机选用不设置径向偏角和迎水角的1#直叶片叶轮.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    1 000 MW水轮发电机转子轴偏折对不平衡磁拉力和磁力矩的影响
    康永林, 张继文, 王文亮, 黄星星, 刘兴民, 王正伟
    2025, 43(4): 371-378. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0038
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    1 000 MW水轮发电机组容量和体积巨大,其性能和可靠性对电力供应及电网稳定性至关重要.在发电机安装和运行过程中,转子轴偏折是面临的核心问题之一,它会带来不平衡磁拉力和磁力矩,进而引起机组不良振动和发热.文中通过瞬态有限元方法来计算发电机内部磁场,结合理论分析与计算结果,揭示发电机转子轴偏折对机组不平衡磁拉力和磁力矩的影响.结果显示,以转子中心作为中心点的轴偏折会对磁拉力的圆周分布和转矩的大小产生影响.此外,还将产生额外的磁力矩用于抵抗偏折的变化,磁力矩的变化与偏折角度呈现线性关系.研究揭示了磁拉力和磁力矩与偏折角度之间的关系,为安装偏差的高精度控制提供理论基础.
  • 水利水电工程
    基于EMD-小波阈值-LSTM模型的混凝土坝变形预测
    欧斌, 张才溢, 陈德辉, 王子轩, 杨石勇, 杨霖, 傅蜀燕
    2025, 43(4): 379-386. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0215
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    变形是混凝土坝结构性态演化的综合表征,是大坝安全监控的核心指标,但其量级微小且包含噪声.为提高混凝土坝变形预测的精度,首先采用经验模态法(EMD)对大坝变形监测数据进行预处理,将复杂的信号分解成若干个由高到低的固有模态函数(IMF)分量,从而挖掘数据的规律与特征.对高频IMF分量运用小波阈值进行分解降噪,以消除噪声干扰.最后,将降噪后的IMF分量进行组合重构,实现原始变形数据的降噪提质.在此基础上,将重构后数据再运用长短期记忆神经网络(LSTM)进行预测.实例验证表明,改进EMD-LSTM模型在预测能力和精度上均显著优于传统的EMD-LSTM和小波-LSTM模型,为大坝的安全监测和运维提供了新的有效工具,有助于精准掌握大坝的结构性态,确保其安全稳定运行.
  • 水利水电工程
    基于LabVIEW的大型立式水泵机组智能监测系统
    吕顺利, 张兼博, 唐跨纪, 曾云, 汪洋, 杜昭睿
    2025, 43(4): 387-394. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0152
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    针对大型立式水泵机组主监控界面功能不全、可视化程度低的问题,基于机组运行时的信号特征,研发了一款立式水泵机组智能监测系统.该系统采用LabVIEW作为软件部分开发平台,硬件部分选用IDAQ-801和IDAQ-817快速采集卡,并首次将声音振动信号加入其中,形成具备轴系状态、声音状态和温度状态的多通道耦合监测系统.该系统具有多种高速数据记录功能,能够全方位实时监测和捕捉关键数据.这些功能包括异常状况记录、实时性能监测、趋势分析等,确保系统在运行过程中的每个细微变化都能被及时识别和保存,并支持多通道并行采集,能够同时监测多个设备或传感器的状态,形成全面的数据视图,使得后续的数据分析更加深入和全面,从而实现更加智能化的设备管理.通过实际机组运行检验,可以实现上述功能,最终实现对大型立式水泵机组智能监测系统的应用.
  • 水利水电工程
    矿物掺合料对混凝土抗压强度的影响及模型预测
    李越, 姚占全, 李昊, 维利思, 云振军
    2025, 43(4): 395-403. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0179
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    为探究矿物掺合料对混凝土性能的影响,采用沸石粉(ZP)、硅灰(SF)和粉煤灰(FA)分别等质量取代水泥制备沸石粉混凝土、硅灰混凝土及粉煤灰混凝土,并进行抗压强度、核磁共振(NMR)及电镜(SEM)试验;随后利用灰熵关联度结合ANN-MEA模型对混凝土抗压强度进行预测.结果表明:掺入ZP,SF及FA对混凝土的微观结构有较强的改善作用,当三者掺量分别为10%,5%,20%时,各类混凝土的孔隙结构与水化结构改善最明显,各种混凝土大孔占比分别为11%,13%,15%,其中又以ZP掺量为10%时混凝土对应的大孔占比最少,水化结构的改善效果最为优越,因此其中ZP掺入时强度最高.通过微观试验分析可知ZP对混凝土微观水化结构改善效果优于SF及FA;该模型利用微观性质预测混凝土抗压强度,其测试集结果的均方误差只有2.7%,拟合优度为0.960,具有较高的拟合优度,这说明了微观性能预测宏观性能的可行性及有效性.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    不同施氮水平下旱后复水对冬小麦叶片光合特性和产量的影响
    李彦彬, 王晓猛, 高世凯, 王潜, 程智超
    2025, 43(4): 404-413. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0055
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    为了阐明不同施氮水平下旱后复水对小麦叶片光合特性和产量的影响机制,开展测坑试验研究充分灌水(W0,灌水下限为田间持水率的75%)和旱后复水(W1,灌水下限为田间持水率的55%)下,3种施氮量(N1:100 kg/hm2,N2:200 kg/hm2,N3:300 kg/hm2)对冬小麦净光合速率、光响应特性参数及产量的影响.结果表明:充分灌水条件下,净光合速率Pn、光响应曲线及相关光响应特性参数均随施氮水平的上升而上升;旱后复水条件下,Pn、光响应曲线及相关光响应特性参数均随着施氮水平的上升而呈先上升后下降的趋势,其中拔节期旱后复水处理产量在N2氮素水平下较充分灌水处理提升了5%,表明拔节期旱后复水耦合200 kg/hm2氮肥处理可以较快地恢复叶片光合系统并提升冬小麦叶片光合潜力.因此,施氮量200 kg/hm2时,拔节期旱后复水对冬小麦叶片光合特性和产量的影响较小,研究可为干旱半干旱地区实现冬小麦水氮优化管理策略提供理论依据和技术支撑.
  • 农业水土工程
    河西走廊典型绿洲灌区多目标水土资源优化配置——以丰乐河灌区为例
    邓建伟, 张新民, 侯健哲, 降亚楠
    2025, 43(4): 414-426. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0134
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    以农业灌溉用水量最小、粮食作物产量最大、作物经济效益最大和区域分水差异最小为目标,根据灌区未来不同节水措施程度,在支渠尺度上分别构建现状水平、渠道防渗、管道输水、节水灌溉4种灌溉情景的农业水土资源多目标优化配置模型,采用NSGA-Ⅲ算法对河西走廊典型绿洲灌区—丰乐河灌区的作物种植面积和灌溉水量进行联合优化配置.研究结果表明:支渠层次上的农业水土资源优化配置包含更多的地域特征和时空约束,可以为决策过程提供基于Pareto解集不同偏好的精细化配水和种植结构调整方案;农业灌溉用水量与粮食作物产量和作物经济效益呈正相关关系,灌溉水量每增加10 000 m3,优化筛选过程中倾向于粮食产量平均增加6 954 kg或经济收益平均提高27 400元;随着不同程度节水措施的实行,管道输水和节水灌溉分别节省7.8×106 m3和1.1×107 m3的农业灌溉用水,每年节水收益分别可达135元/hm2和190元/hm2,同时在粮食作物产量目标上均呈现约8.1%的增长,区域分水差异减少了1 500 m3/hm2以上.研究结果可为优化干旱绿洲灌区种植结构、提高水土资源利用效率和效益等提供理论依据和技术支撑.
  • 农业水土工程
    滴灌沙棘果实主要品质与灌溉水量关系
    李顺顺, 范文波, 梅华, 潘赤海, 许燕, 任聪哲, 王世威, 刘雨
    2025, 43(4): 427-432. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0259
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    为探究不同灌溉水量对沙棘品质的影响,在新疆生产建设兵团第九师170团进行大田试验.试验以当地主栽品种为研究对象,设置5个水分梯度.通过测定果实品质指标,结合主成分分析法探究灌溉水量对沙棘品质的影响,并且构建综合评价模型,从而筛选最优灌溉方案.结果表明:5个水分梯度下10项品质指标中,灌溉水量对沙棘维生素C影响显著;开花期、结果期增加灌水量显著提高了百果质量及果实纵横径;果实膨大期、果实成熟期适当减少灌水量并未对沙棘营养品质造成负面影响;随着灌水量的减小,总糖、维生素C及可溶性固形物增加,而总酸降低;主成分分析提取的3个主成分的累计贡献率达98.573%;综合评价模型计算得分表明,处理W3(灌溉定额450 mm)为最优水分处理.研究结果可为规模化种植沙棘提供参考依据.