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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    非均匀来流条件下多相混输泵气液两相分离激化
    权辉,王智胜,冯冰,王子源,李嘉仪,史广泰
    2025, 43(6): 541-546. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0245
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    为探究螺旋轴流式多相混输泵在非均匀来流条件下的气液两相分离机理,揭示高含气率工况下泵性能急剧下降至失效的流动机理,提升泵在复杂来流条件下的多相混输稳定性和效率,通过Fluent中的UDF(user-defined functions,UDF)功能对泵的进口边界条件进行非线性控制,选取线型和抛物型这2种非均匀来流边界条件,联合可视化试验,对不同来流情况下泵的外特性和流场结构进行对比分析.研究结果表明,不同非均匀来流均会使多相混输泵的性能下降,对流道内气液分离都有激化作用,并且线型来流的影响更严重.转速的增加会进一步激励泵的气液分离现象,在整个流域的轴向距离上,不同来流对气液分离激化从叶轮入口处开始,线型来流的气相从0.15L处开始充斥流道,抛物型来流的气相在0.75L分布最广.在叶片通道上,不同非均匀来流的湍动能在叶轮里分布是一致的,峰值相差1.00 m/s,在导叶里线型来流的湍动能在空间上畸变严重.非均匀来流对多相混输泵气液分离现象有激化作用,影响泵的稳定运行,研究结论为多相混输泵工程实际应用和性能优化提供理论基础.
  • 泵理论与技术
    海洋柔性立管的涡激振动发生机理及其振动响应研究综述
    许彬,谷风,沈熙,张德胜
    2025, 43(6): 547-557. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0044
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    针对海洋柔性立管的涡激振动发生机理及其振动响应,从理论、试验和数值计算等方面进行了相关总结.在海洋柔性立管涡激振动的基本特征方面,详细评述了深水平台的立管系统、涡激振动的主要特征及影响参数;在海洋柔性立管涡激振动的研究进展方面,详细阐述了涡激振动数值分析方法以及试验分析方法; 在海洋柔性立管涡激振动的热点研究问题方面,详细分析了水上浮体、动力设备与水下柔性立管的耦合、管内颗粒流与水下柔性立管的耦合、海洋柔性立管内外流的耦合作用以及涡激振动的抑制方法和优化方案这4大研究热点;最后,基于海洋柔性立管的涡激振动研究的发展趋势,指出立管外部风浪联合作用、上部浮体运动作用、内外流共同作用以及多立管耦合作用是未来的研究方向.
  • 泵理论与技术
    矿浆输送中隔膜泵动态特性及阀滞后性
    韩世昌,申哲,李妍,解天华
    2025, 43(6): 558-564. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0240
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    为了分析隔膜泵的动态特性,在矿浆管道输送背景下,以GEHO TZPM 1600隔膜泵为研究对象,建立了隔膜泵机械-液压联合仿真模型,并分析了不同转速对隔膜泵动态特性的影响.同时,针对曲柄转速、曲柄长度和泵入口压力等参数对吸、排液阀启闭滞后时间进行了分析.分析表明,排液阀动态特性受曲柄转速变化的影响更大,曲柄转速从10 r/min增加到30 r/min时,排液阀开启速度最大增加了9.449 m/s,关闭速度最大增加了0.945 m/s,阀口流量脉冲增加的最大值为17 220.0 L/min,回流流量增加的最大值为1 071.5 L/min.吸、排液阀启闭滞后时间主要与曲柄转速、曲柄长度和泵入口压力有关.吸液阀开启滞后时间受转速影响更大,增加转速后开启滞后时间降低了0.117 s,关闭滞后时间更易受曲柄长度和泵入口压力的影响,随曲柄长度增加滞后时间增加了0.261 s.曲柄转速、曲柄长度、泵入口压力改变主要影响排液阀开启滞后时间.研究结果为矿浆输送中隔膜泵的技术改进提供了方向.
    • 流体工程
  • 流体工程
    挡流板数量和搅拌转速对垂直轴风力致热装置性能影响
    赵鹏宇,程浩哲,杨胜兵,佟国强,冯放,李岩
    2025, 43(6): 565-571. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0219
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    为了探究垂直轴风力致热装置内挡流板数量和搅拌转速对搅拌致热性能的影响,设计了5种挡流板数量和3种搅拌转速进行了搅拌致热试验.分析了15种不同工况下致热的变化趋势并结合垂直轴风力致热装置内部流场情况,获得了挡流板数量和搅拌转速对垂直轴风力致热装置性能影响规律.研究结果表明:安装挡流板可以显著提升垂直轴风力致热装置的致热性能.当搅拌转速保持不变时,增加挡流板数量会提升垂直轴风力致热装置的致热性能,但当挡流板数量为4和6时,致热性能几乎不再提升.在挡流板数量一定时提高搅拌转速会有效地提升垂直轴风力致热装置的致热性能.挡流板主要通过改善垂直轴风力致热装置内部流动情况影响致热性能,而搅拌转速主要通过增加垂直轴风力致热装置内流体流动剧烈程度进而影响致热性能.研究成果可为垂直轴风力致热装置设计与性能改进提供参考.
  • 流体工程
    基于量纲分析下浮筒网式旋转过滤器的水头损失预测模型
    陶洪飞,靳桢,喜炜,李巧,马合木江·艾合买提,姜有为,杨文新,魏建群
    2025, 43(6): 572-579. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0148
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    以泵前网式过滤器—浮筒网式旋转过滤器为研究对象,开展了清水条件下15组流量(768~1 068 L/h)和3种滤网孔径(0.180,0.150,0.125 mm)的物理模型试验,采用方差分析法、量纲分析法结合多元线性回归法对物理试验结果进行分析.结果表明:流量对浮筒网式旋转过滤器的水头损失影响显著,其次是滤网孔径,且水头损失随流量的升高而升高;建立了浮筒网式旋转过滤器清水条件下的水头损失预测模型,决定系数R为0.978,均方根误差RMSE为0.047 1.经验证,其预测值的最大相对误差为2.292%,最小相对误差为0.264%,平均相对误差为1.330%,表明该模型可对清水条件下浮筒网式旋转过滤器的水头损失进行准确的预测.研究成果可为浮筒网式旋转过滤器的进一步优化和应用提供参考,同时丰富了泵前过滤器的水力性能成果.
  • 流体工程
    声场驱动下双空化泡相互作用泡壁运动方程求解及分析
    李浩,张宇宁
    2025, 43(6): 580-587. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0235
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    为了深入理解超声空化在流体工程领域中的应用原理,探究了声场驱动下双空化泡的相互作用规律及影响机理.首先,基于描述单空化泡泡壁运动的Keller-Miksis方程,理论研究了在声场驱动下可压缩流体中双空化泡相互作用的泡壁运动方程组,并采用小扰动法得到了其二阶近似解.其次,通过对比二阶近似解和一阶近似解,揭示了二阶项对空化泡瞬时半径的影响规律.最后,分析了等大双空化泡情况下声场频率和空化泡量纲一距离对二阶解的影响规律.结果表明,随着空化泡平衡半径的增大,二阶项振幅出现了2个峰值,分别是由于空化泡的自然频率接近声场频率的2倍和1倍产生的.该双峰值能够真实反映双空化泡在声场中相互吸引的作用情况,且声场频率的改变使双峰值发生了明显偏移,并使峰值略微增加.随着空化泡量纲一距离的增加,峰值略微增大且左移,并在第2个峰值点后振幅下降的速率增大.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    多策略改进的SSA-VMD和BiLSTM的水泵机组特征识别
    张兼博,曾云,李想
    2025, 43(6): 588-594. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0280
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    提出一种ISSA结合VMD与多维统计指标的水泵机组特征提取方法,并将ISSA应用于BiLSTM,以提升后续水泵机组故障特征分类的准确率.首先利用ISSA确定VMD的最佳分解参数,提取高质量的模态分量.随后计算模态分量的多维统计指标,基于此构建综合特征向量.最终,将多维特征向量输入故障诊断模型进行特征分类.试验结果表明,在给定数据集下,所提故障诊断方法准确率高达98.75%.同时,为探究所提模型的良好效果,引入SSA,WOA,GTO进行对比分析,结果显示在相同模型条件下,ISSA算法效果明显优于其他优化算法.并且,采用多维统计指标构建特征向量的效果也明显优于利用单一指标作为故障特征.研究成果为处理实际振动信号提供了一种有效解决方案.
  • 水利水电工程
    挟沙水源泵站侧向进水结构逆向建模方法及在流场分析中的应用
    田俊姣,徐存东,王国霞,连海东,胡小萌
    2025, 43(6): 595-603. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0265
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    几何形态复杂的底部淤积对侧向泵站进水结构的水-沙流场产生特殊影响,为了准确构建淤积状态下侧向进水结构的精细化三维计算域模型,尽可能还原带淤结构的几何特征信息,并进一步探究淤积状态下进水结构的水沙流场特性和流态变化,基于逆向工程技术提出了一种针对具有复杂边界条件的带淤进水结构的逆向建模方法,构建了可用于流体力学计算的完整三维计算域模型,并开展了淤积状态下侧向进水结构的水力特性分析.研究表明:提出的三维逆向重构方法最大建模偏差仅为1.598 1 mm,能够准确反映进水结构的实际几何边界和淤积形态,数值模拟结果与现场测验相吻合;泥沙淤积虽然对局部流场结构有所改善,但造成了结构整体水力性能的损失.该方法可为轮廓边界复杂的建筑物结构的几何建模和优化提供新思路.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    基于FLUS-Markov模型的宝鸡峡灌区土地利用变化预测
    魏婷婷,张尧,马其浩,侯健哲,降亚楠
    2025, 43(6): 604-611. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0267
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    为了明确灌区土地利用类型的变化趋势,文中利用1985—2022年逐年30 m分辨率的土地利用数据,基于土地利用转移矩阵、土地利用动态度以及土地利用综合指数对宝鸡峡灌区的土地利用类型变化进行了分析,并结合FLUS-Markov模型预测了2035年的土地利用类型变化趋势.结果表明:宝鸡峡灌区的多年土地利用类型以耕地为主,建设用地次之,1985年到2022年耕地面积减少407.776 km,建设用地面积增加428.462 km;利用FLUS-Markov模型模拟2015年的土地利用数据,与2015年现状结果对比,得Kappa系数为85.98%,表明该模型可用于宝鸡峡灌区土地利用类型的预测;预测2035年耕地面积将缩小至1 785.720 km,建设用地面积则增加到844.160 km.该模型的模拟结果可为宝鸡峡灌区的水资源管理以及灌溉水资源的最佳配置提供有力的参考依据,从而推进灌区可持续发展的实现.
  • 农业水土工程
    红旗农场地下水对土壤盐分分布影响预测研究
    靳华,刘洪光,王潭刚,李鹏飞,孙铭岳
    2025, 43(6): 612-619. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0253
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    为探究地下水埋深和矿化度变化对土壤盐分空间运移的影响,文中以新疆生产建设兵团第三师红旗农场为例,基于2021—2023年田间监测地下水和土壤盐分数据,构建GMS-HYDRUS-2D(groundwater modeling system,GMS)模型,模拟预测了2023年至2035年研究区3个特征点地下水与土壤盐分变化情况.研究结果表明:地下水变化具有周期性,地下水埋深呈现减小的趋势,地下水矿化度和土壤含盐量呈现增加的趋势;GMS-HYDRUS-2D耦合模型的均方根误差小于0.250 0,纳什效率系数不小于0.700 0,决定系数大于0.660 0,模型具有较好的拟合效果,能够呈现土壤含盐量在地下水作用下的变化趋势;2035年模拟期末井1,4,5地下水埋深较2023年同时期分别减小0.44,0.63,0.52 m,采样点3,8,9处土壤表层盐分分别增加0.27,0.87,0.36 g/kg,地下水埋深的减小量与土壤表层盐分累积量呈正相关关系.研究结果可为改善南疆红旗农场土壤盐渍化方案的制定和应用提供理论支撑和科学指导.
  • 农业水土工程
    秸秆可降解地膜覆盖下节水灌溉稻田杂草发生规律与控草效应
    肖向阳,刘笑吟,程衡,朱莉莉,姚兆洋,蔡钰欣
    2025, 43(6): 620-627. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0162
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    为了研究秸秆可降解地膜覆盖下节水灌溉稻田杂草的防治效果,设置地膜覆盖和除草剂施用2个因素,其中地膜覆盖层数设置4个水平:F0(无覆盖)、F1(1层覆盖)、F2(2层覆盖)和F3(3层覆盖),除草剂施用量设置3个水平:H0(不施用)、H0.5(全剂量的50%)、H1(全剂量),共12个处理.每个试验小区对应的地膜厚度处理分别设置3个重复以监测杂草数量及种类、杂草生物量、杂草总鲜重等指标.结果表明:覆膜处理能够有效延缓杂草的出现,降低了杂草密度峰值,同时显著减少了杂草鲜重.此外,覆膜还可以减少杂草种类,改变其生存空间和群落分布,进而有效控制杂草特别是优势种杂草的密度.考虑到成本等因素,无除草剂的单层覆盖(F1H0处理)被选为最佳措施.与不覆膜相比,F1H0处理在2次杂草数量峰值的防效分别为75%和78%,累计鲜重防效为77%,在地膜降解前具有100%的杂草防除效果,并显著降低优势种杂草的发生密度.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    方形微孔的容积交变空化抛光方法
    李富柱,申坤伦,王匀,张博,许江琦,胡龙飞,郭玉琴
    2025, 43(6): 628-634. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0020
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    针对结构稳定、流阻低、便于安装的方形微孔内表面抛光技术难题,提出了容积交变空化方形微孔内表面抛光的新方法,并以电火花加工的Al 1060方形微孔为研究对象,运用仿真与试验相结合的手段,构建了容积交变空泡溃灭数学模型,系统研究了时间、频率和容积交变量等工艺参数对方形微孔空化流场及表面粗糙度的影响.结果显示,方形微孔内的容积交变空化流场含气率、湍流强度呈现周期性变化,且随频率、容积变化量的增加而不断增大;方形微孔内表面粗糙度随加工时间、频率、容积变化量的增加而不断降低,当加工时间为15.0 h、频率为70 Hz、容积变化量为20 mm时,方形微孔内表面的突起被有效去除,表面粗糙度Ra由2.356 μm下降至0.767 μm,粗糙度降低率达到了67%.结果表明,文中提出的容积交变空化发生方法通过动态调整含气率与湍流强度的方式,实现了对电火花加工表面微突起的有效去除,解决了传统空化抛光在方形微孔内抛光效果差的难题.
  • 排灌装备制造技术
    喷灌系统压力调节装置结构参数优化
    赵余霞,刘俊萍,赵艳艳,朱兴业
    2025, 43(6): 635-641. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0278
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    为解决丘陵地区固定式喷灌系统因地形起伏、远距离输送造成的喷头进口压力差异较大等问题,设计了一种适用于丘陵地区固定式喷灌系统的压力调节装置,主要通过弹性膜片形变及侧流道改变过流截面积,达到稳定喷灌压力及调节喷灌流量的目的.通过数值模拟获得了压力调节装置内部流场分布及变化规律.以弹性膜片厚度、补偿腔高度、流道挡板角度、副流道高度及副流道角度为关键结构参数,以未起调阶段性能曲线斜率、预置压力及流态指数为评价指标,分别进行单因素试验和正交试验,获得压力调节装置关键结构参数及其交互作用对压力调节装置性能的影响规律.结果表明:弹性膜片厚度、副流道高度及流道挡板角度对压力调节装置性能影响较为显著,通过灰色关联度计算方法获得压力调节装置最优结构参数组合,其中弹性膜片厚度为1 mm,补偿腔高度为6 mm,流道挡板角度为80°,副流道高度为5 mm,副流道角度为45°;压力调节性能参数中流态指数为0.315 2,预置压力为225 kPa,未起调阶段性能曲线斜率为0.580.
  • 排灌装备制造技术
    射流三通对压力补偿式滴头水力和抗堵塞性能的影响
    陈亚奇,王新坤,黄建翔,袁巍巍,赵擎,贾宗瑾
    2025, 43(6): 642-648. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0188
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    为了探究射流三通产生的脉冲水流对压力补偿式滴头的水力性能和抗堵塞性能的影响,采用计算流体动力学CFD流固耦合数值模拟与水力试验相结合的方法,借助Fluent等软件分析滴头内部压力分布,发现压力周期性变化时提升了水流对滴头内泥沙的裹挟能力,从而提升了滴头的抗堵性能.模拟和试验结果表明:滴头流态指数在压力条件下分别为0.154 9和0.183 8,在脉冲条件下分别为0.121 7和0.132 6,流态指数分别下降了21.4%和27.9%,脉冲水压改善了滴头的出流均匀性.在脉冲水压条件下,滴头的补偿区间为50~300 kPa,相较于定水压条件下的100~250 kPa,拓宽了100 kPa,有效提升了补偿能力;滴头的起调压力在定水压条件下为100 kPa,在脉冲水压条件下为50 kPa,脉冲水压下的起调压力降低了50 kPa,拓宽了滴头的适用范围.研究发现射流三通可显著提升压力补偿式滴头的水力性能和抗堵塞性能.