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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    一款自主研发心室辅助泵的改进设计
    黄博, 韩欢, 陆斌, 吴清玉, 左志钢, 刘树红
    2025, 43(7): 649-655. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0256
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    改进设计了一款连续流离心式心室辅助泵(Q泵),通过水力试验验证了数值计算结果的准确性,并对其与某款市场领先产品(C泵)进行性能对比分析.结果表明:与C泵相比,Q泵设计有明显改进, Q泵减少了叶片出口处的涡流形成并优化了剪切应力分布;Q泵最大标量剪切应力从91.5 Pa降低至47.8 Pa,低于C泵的数值;血液测试结果表明,Q泵的溶血指数为0.016,略高于C泵的溶血指数0.009;Q泵的活化部分凝血活酶时间为11 s,长于C泵的9 s,这表明Q泵具有更好的抗凝血特性;在多次试验中,Q泵均未观察到血栓形成现象.
  • 泵理论与技术
    高含气率下多相混输泵内流特性
    张睿杰, 耿琳琳, 高一博, 田中杰, 张德胜
    2025, 43(7): 656-662. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0161
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    为研究不同含气率下混输泵内部流场,采用欧拉-欧拉多相流模型对三级螺旋轴流式混输泵进行数值模拟,分析高含气率下混输泵内部压力、气液两相分布以及各过流部件熵产值随含气率的变化规律.结果表明:随着含气率增大,叶轮增压效果线性降低,但每一级叶轮的相对增压比在不同含气率下几乎维持在同一水平;在混输泵内气体主要分布于叶轮叶片吸力面与导叶叶片吸力面,并由于离心力及气液两相密度差,液体在叶轮内趋向于轮缘处聚集,但液相在导叶中因密度大开始向轮毂移动,气相因密度小上浮至轮缘,气液两相再次由于密度差逐渐混合均匀;通过熵产分析发现,在含气率为0~20%时,流场中的能量损失随着含气率增大而显著增大,在含气率为20%~80%时,熵产值维持较高水平并随含气率增大而增大,流场中的能量损失主要来自叶轮内的二次流动现象.
  • 泵理论与技术
    基于双向流固耦合的竖井贯流泵叶片力学性能
    王腾伟, 郑源, 俞军锋, 宋梦斌, 郭华毅, 杨春霞
    2025, 43(7): 663-670. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0218
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    为了提升竖井贯流泵的运行稳定性,采用ANSYS Workbench进行双向流固耦合计算,分析叶片的受力与变形特性.研究结果表明:叶片的最大形变主要发生在靠近轮缘的区域,而叶片中部应力较低,高等效应力区集中在叶片中心靠近轮毂的位置;竖井贯流泵启动时会经历小流量高扬程的运行阶段,在0.2倍额定流量工况下,叶片的最大形变达到额定流量工况的4.04倍,最大等效应力达到额定流量工况的3.99倍;叶片干模态和湿模态分析的共振区均主要分布在进水侧和出水侧,这些区域在运行过程中更容易发生裂纹及共振;叶片的固有频率不会因施加载荷而变化,但会受到工作介质的影响,从而影响机械结构的振动频率.分析结果表明,该竖井贯流泵叶片符合力学强度要求,处于弹性变形范围内.
  • 泵理论与技术
    水轮机转轮叶片缺陷与近场噪声的关联分析
    潘泓江, 于凤荣, 曾云, 刘宇晨, 郭建平, 丁文华
    2025, 43(7): 671-677. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0214
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    为分析转轮叶片缺陷情况下水轮机流道内的流致噪声分布规律,以HLA855a-LJ-250水轮机模型为研究对象,建立6种不同转轮叶片缺陷数量的水轮机模型,采用Realizable k-ε湍流模型和宽频噪声源声学模型,在额定工况下对水轮机流道内近场噪声进行数值计算.结果表明:双列叶栅和转轮叶片是水轮机主要的偶极子声源;缺陷叶片数量不同的情况下,双列叶栅特征叶片与转轮特征叶片声功率级出现显著性分布差异,而活动导叶叶面噪声呈现“W”形声功率级分布规律,叶面两端声功率级较高,相对而言,进水边声功率级更高;转轮缺陷叶片数目不同对蜗壳及尾水管声功率级影响较小,而其余过流部件声功率级有增大趋势,其中双列叶栅区域影响较大;当转轮叶片全部缺损时,双列叶栅声功率级峰值变化率比转轮室大,双列叶栅声功率级峰值变化率增幅为59.1%,而转轮室的声功率级峰值增幅为24.3%.
  • 泵理论与技术
    混流式水轮机内泥沙分布及其水力损失
    郑仁胜, 靳婷, 钱晶, 曾云
    2025, 43(7): 678-685. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0167
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    为预防过流泥沙对水轮机部件的损害并减小水轮机水力损失,以某型号混流式水轮机为研究对象,采用Mixture多相流模型对不同粒径(0.26,0.20,0.12 mm)泥沙工况进行数值模拟,分析泥沙在水轮机全流道内的堆积特性以及所引起的水力损失.研究结果表明:水轮机蜗壳舌部、尾水管底部以及叶片与轮毂夹角部位等区域的泥沙体积分数相对较高,其中大粒径(0.26,0.20 mm)泥沙在上述位置的体积分数分别为入口初始泥沙体积分数的10倍、5倍、5倍,易形成堆积;加入泥沙颗粒后,压降在蜗壳的增长幅度达60%以上,在转轮叶片的增长幅度超过46%;水轮机内的泥沙体积分数和液固相对速度与粒径呈正相关,大粒径泥沙导致的更大液固相对速度使得两相间的拖曳力增大,造成流体域内压降升高,水轮机效率降低.研究结果可为混流式水轮机水力特性优化以及过流部件涂层保护提供一定理论依据.
  • 泵理论与技术
    运行参数对全金属螺杆泵空化现象的影响分析
    周婧, 谢杰, 卢林, 李亚
    2025, 43(7): 686-694. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0084
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    为了探究不同温度、压差、转子转速、油液黏度和间隙值对全金属螺杆泵泵内空化现象的影响,基于PUMPLINX软件进行了空化流场的数值模拟,对不同因素条件下的气相体积分数、空化流场分布规律、湍流动能规律展开研究.结果表明:空化对高温变化极为敏感,温度升高易于空化的产生且温度达到一定程度后,空化程度保持稳定;压差的增大、黏度的降低、间隙值的减小会使螺杆泵空化强度减弱,转速对空化强度作用不明显,但会增加达到稳定状态的时间,1 000 r/min比200 r/min所需时间增加了约0.2 s;压差的提高、黏度的增大、间隙值的增加会使湍流动能加强,且频率保持不变,均值和最大脉动幅度增大,转速增大会迟缓(约0.18 s)达到相对稳定湍流状态的时间.运行参数对空化现象的影响分析可以为全金属螺杆泵的优化设计提供参考.
    • 流体工程
  • 流体工程
    轴径向桨搅拌槽内层流流场的数值模拟
    高殿荣, 罗耀东, 郝亚婷, 毛璐凯
    2025, 43(7): 695-700. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0083
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    针对搅拌槽内流体层流流动状态下介质混合效率较低的现象,设计了一种轴径向桨(pitched blade-Rushton turbine paddle,PB-RT桨).首先通过Fluent软件,利用层流模型(laminar)、多重参考系法(multiple reference frame,MRF)与示踪剂浓度法对搅拌槽内层流流场与混合时间进行数值模拟.得出相关模拟结果后,通过示踪粒子试验与酸碱变色试验对真实搅拌情况下搅拌槽内的流场与混合时间进行验证.研究结果表明:PB-RT桨的内部流场整体呈现一种特殊的四涡环流型,打破了涡环之间的隔离现象,提升了混合效率.当搅拌槽内搅拌桨转速为200 r/min时,PB-RT桨的混合时间与单位体积混合能相较于直叶圆盘涡轮桨(Rushton paddle,RT桨)与六斜叶涡轮桨(6-pitched blade turbine paddle,6PBT桨)均有明显提升;此外,通过搅拌槽内层流混合试验验证了仿真模拟的正确性,为层流搅拌混合效率的提升提供了理论依据.
  • 流体工程
    恒定压力波作用下气泡振荡现象的理论分析
    杜萱, 张宇宁
    2025, 43(7): 701-707. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0234
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    为了研究恒定压力波作用下气泡的振荡现象,基于小扰动法对在恒定压力波作用下的描述气泡壁面基本运动的Rayleigh-Plesset方程进行了解析求解,并依据该解析解分别从初始条件、压力波压力值以及耗散3个方面分析了压力波作用下气泡的振荡特点,并给出了黏弹性流体中气泡振荡的表达式.此外,对比研究了黏弹性流体与水中气泡振荡的差异.结果表明:在恒定压力波作用下,气泡半径将呈现振荡变化,耗散存在时,气泡的振荡幅值逐渐减小,最终趋向于一个稳定状态.气泡量纲为一半径的振荡幅值受气泡的初始位置、初始速度及压力波幅值影响.耗散越大时,气泡量纲为一半径的振荡幅值越小,振荡频率越小.相比在水中的气泡,黏弹性流体中气泡的振荡幅值更小,振荡频率更大.这是由于气泡在黏弹性流体中的耗散大于在水中的耗散.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    不同边墙布置形式消力池水力特性对比
    杜振康, 尹进步, 阳洲, 吴西杰, 张曜
    2025, 43(7): 708-715. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.22.0286
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    消力池边墙几何形状直接影响消力池内水力特性,为探究其影响规律,基于CFD数值模拟软件,采用RNG k-ε紊流模型和TruVOF 法,对单侧渐扩、突扩、双侧渐扩和等宽消力池4种体型共12组参数进行模拟计算.将单侧渐扩消力池推荐体型试验结果与其数值模拟结果对比,两者基本吻合,进一步研究表明:单侧渐扩消力池与突扩消力池内旋涡特性相同,当单侧渐扩消力池扩散角大于4.77°后,旋涡强度突然增大,不利于流态稳定,但扩散角大于6°后,旋涡强度大小基本保持不变;与等宽消力池相比较,突扩和双侧渐扩消力池均能缩短水跃长度,而单侧渐扩消力池与等宽消力池水跃长度相等,且长度受扩散角变化影响较小;紊动能及消能率受边墙形状影响显著,其中突扩和单侧渐扩消力池消能效果最优,但随扩散角增大和突扩比减小,消能率增大不再明显.
  • 水利水电工程
    高比例水电机组调频关键参数测试及自适应优化
    何常胜, 曾丕江, 曾云, 王浩, 万雄彪, 韩冬冬, 冯丽娟, 何建宇
    2025, 43(7): 716-723. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0229
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    云南电网由于水电比例高,频率稳定问题突出,与水锤效应相关的水电机组固有弱阻尼特性是主要原因之一.目前对调速器PID参数设置的主要依据是最大安全域的水流惯性时间系数Tw参数设计值,调频时间大幅度增加,未发挥在电网负荷变化时调频支援能力.为解决这一问题,文章研究了Tw参数特征内涵以及工程实测方法,阐述了不同水头、不同工况时Tw参数的变化规律,并依据实测结果,设计了调速器PID参数优化策略以及程序实现方法,以机组频率阻尼比0.05为目标,用灵敏度分析的参数寻优方法,分负荷段进行参数自适应优化,使得机组频率在为系统提供正阻尼的前提下,能够最大发挥调频能力.不仅解决了当前调频参数及控制模式设计的局限性,而且在部分负荷段显著提高了调频速率及调频需求容量,对当前新型电力系统建设和新能源消纳有重要意义.
  • 水利水电工程
    水电站监控系统有功功率调节多目标优化策略
    鲍海艳, 黄运彪, 付亮, 陈傲
    2025, 43(7): 724-731. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0269
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    水电机组参与功率调节出现的功率反调不利于调节品质和电网安全稳定,且自动发电控制(AGC)调节性能与功率反调存在一定的矛盾,因此提出一种兼顾AGC调节性能和功率反调的多目标优化策略.首先进行水电机组功率控制系统反调特性分析,推导机组本地控制单元(LCU)指令输入到水轮机出力输出的开环传递函数,分析机组功率反调影响因素;然后建立水电机组监控系统功率控制模型,构建了协调水电机组功率反调与AGC调节性能的多目标函数,利用多目标优化算法进行调速器参数及监控系统参数优化,得出水电机组参与功率调节最优运行参数;最后仿真结果表明:皂市水电厂运用优化后参数,减负荷工况调节时间减小近10.0 s,超调量由6.39 MW降为0 MW,反调量降低最大幅度为2.64 MW;增负荷工况响应时间减小5.8 s,调节时间减小近24.0 s,反调量减小近1.30 MW;由此可见采用优化策略所得到的优解,可在保证AGC调节性能满足电网要求的前提下,明显降低功率反调,提高机组有功功率调节品质.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    基于改进Jaya算法的规模化自压管网优化设计
    陈新明, 陈嘉诚, 杨阳
    2025, 43(7): 732-739. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0244
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    为了解决遗传算法(GA)在解决规模化自压管网管径优化中所面临的参数较多导致算法实现困难,以及收敛条件不确定等问题,引入Jaya算法解决管径优化组合问题,并改进了原始算法,使改进后的Jaya算法适用于整数编码的变量优化.在以管网造价为目标函数、标准管径为决策变量,满足自压灌溉水量、水压、流速等约束条件的树状灌溉管网优化数学模型的基础上,使用改进的Jaya算法优化管径;用模拟退火罚函数法处理约束条件,将模拟退火的良好局部寻优能力和Jaya算法的全局搜索能力有机地结合在一起,使管网投资更小、可靠性更高.实例表明:优化结果与经济流速法和遗传算法的计算结果相比较,管网投资分别减少了34.8%和10.3%,管段水头利用率由19.51%提高到了73.07%,路径水头利用率从21.22%提高到了66.91%.
  • 排灌装备制造技术
    激光熔覆AlCoCrFeNi2.1-YHf高熵合金涂层组织及抗高温氧化性能
    缪立圆, 李向成, 钱伟, 花银群, 蔡杰
    2025, 43(7): 740-748. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0232
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    分别采用普通激光熔覆和高速激光熔覆工艺在镍基高温合金基体表面制备AlCoCrFeNi2.1-YHf高熵合金涂层,研究了不同激光熔覆工艺下高熵涂层微观组织与成分演变,及其在1 150 ℃时抗高温氧化机理.分别采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及透射电子显微镜对制备得到的2种涂层进行晶体结构、微观组织及元素组成表征,随后将试样置于在1 150 ℃下进行100 h恒温氧化,期间记录不同时间点涂层重量增加情况并对截面微观组织及成分进行表征.试验结果表明,2种涂层均由FCC相组成,普通熔覆涂层存在明显的Nb,Y和Hf元素偏析,高速熔覆涂层组织结构更加细密均匀.氧化100 h后2类熔覆涂层氧化增重分别为1.76与0.91 mg/cm2,氧化膜增厚分别为7.568与3.535 μm.此外,高速熔覆涂层拥有更加平直且完整的氧化膜及极少量的尖晶石生成,表现出优异的抗高温氧化性能.
  • 排灌装备制造技术
    Investigation of clogging mechanism and hydrodynamic behavior of sediment movement in patch-type drip irrigation emitters
    ZHU Ximao, YU Liming, LI Na, WANG Dan
    2025, 43(7): 749-756. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0200
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    Sediment particles, as one of the key components of drip irrigation technology, significantly affect the service life of emitters and restrict the popularization of drip irrigation technology. Hence, two types of patch drip irrigation emitters, focusing on the anti-clogging performance through the experiment, were investigated. The dynamic variations in the clogging characteristics of emitters, specifically were subjected to statistical analysis. The movement mechanism of emitter clogging and discharging sediment was studied. The effects of emitter structure and position factors on emitter clogging were analyzed. The results show that the pressure-compensated emitter exhibits superior anti-clogging perfor-mance, with a service life that is 227.8% greater than that of the labyrinth channel emitter. A single structural factor cannot completely evaluate the anti-clogging performance of emitters. All factors causing emitter clogging should be considered comprehensively. Emitters contain sensitive sediment prone to clogging, however, significant blockage occurs primarily when the sediment content is elevated. The discharge of sediment, denoted as V90, from the emitter is affected by the accumulative effect of clogged sediment. These results may offer valuable insights for the application and advancement of drip irrigation technology.