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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    轴流泵复杂空化流动研究进展与展望
    张德胜, 唐睿, 叶晓琰, 沈熙, 常丞欣
    2025, 43(8): 757-771. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0233
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    轴流泵在诸多领域应用广泛,其内部复杂空化流动对泵的性能、稳定性及寿命影响显著.文中从试验研究与数值计算2个方面回顾了轴流泵内复杂空化流动的研究进展.在试验研究中,主要介绍了高速摄影试验、激光多普勒测速等试验方法取得的进展;在数值计算中,针对多种空化、湍流模型予以详尽列举与阐述,剖析数值模拟方法的应用现状与发展脉络.综合试验和数值模拟的研究工作,围绕轴流泵内复杂空化流动,如附着片状空化、叶顶泄漏涡空化、垂直空化涡等现象,对其各自的初生、发展和溃灭过程进行了阐述,重点梳理了不同空化数、不同流量工况下,叶顶泄漏涡及其诱导的非定常空化流动特性、垂直空化涡诱导流场失稳的机理.最后,基于轴流泵内的复杂空化流动已有的相关研究成果,对未来研究进行了探讨与展望.
  • 泵理论与技术
    大颗粒固液两相流流动特性及叶轮磨损特征
    乔金宇, 徐生玮, 李明辉, 史连, 刘磊, 滕爽
    2025, 43(8): 772-778. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0168
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    在闭式循环试验台上对不同流量条件下垂直管道内大颗粒的运动特性展开研究,同时分析泵在输送固液两相流时的叶轮磨损特征.运用高速摄像技术捕捉颗粒在透明管段内的运动图像,分析颗粒的运动轨迹、轴向速度、径向速度等参数.此外,通过在叶轮表面涂上油漆并记录不同时间点的油漆脱落情况,研究了叶轮的磨损机制.研究结果表明:随着流量增大,垂直管道内颗粒的平均轴向速度和平均绝对径向速度呈上升趋势,同时颗粒与流体之间的速度差逐渐减小;叶轮磨损首先出现在叶片前缘处,并随着时间的推移逐渐扩展至叶轮的前盖板、后盖板以及叶片上,其中后盖板的磨损最为严重;在叶轮中,科氏力相较于离心力对颗粒运动特性起主导作用,这使得颗粒更倾向于紧贴叶片的压力面运动,从而导致较为显著的磨损.
  • 泵理论与技术
    基于SVR-HDMR模型的权重系数对潜水泵叶轮优化设计的影响
    张金凤, 刘佳, 俞鑫厚, 李贵东, 张文佳
    2025, 43(8): 779-785. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0210
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    为研究高维混合模型在潜水泵叶轮优化设计中的适配性及权重系数对叶轮优化设计的影响,以比转数为87的某型潜水泵为研究对象,基于构建的SVR-HDMR模型和遗传算法进行多目标优化,分析了不同扬程和效率的权重系数对泵内流特性和叶轮出口速度的影响,并对计算结果进行试验验证,试验与计算的误差在5%左右.结果表明:3种优化方案均能提升泵性能,其中扬程和效率权重系数均为0.5的方案效果最优,可使泵内流动损失显著降低,有效改善流场紊乱程度,同时提高叶轮出口绝对速度周向分量并降低湍动能,最终实现扬程提升1.20 m、效率提高1.80%的优化效果.研究结果对导叶式离心泵设计具有重要参考价值.
  • 泵理论与技术
    基于RIME-VMD-LSTM法的流固耦合作用下叶片裂纹特征
    朱敏, 段娟Symbolj@@, 钱晶Symbolj@@, 曾云, 单蓉
    2025, 43(8): 786-794. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0270
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    为及时检测水轮机转轮叶片的裂纹,监测机组健康状况并保障机组安全,提出了利用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)软件来模拟获得流固耦合振动信号,采用霜冰优化算法(RIME)、变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和长短时记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络的智能故障诊断方法,实现对水轮机转轮叶片裂纹的高效检测和预测.首先,使用CFD计算流场信息,并通过流固耦合将其结果导入有限元分析(finite element analysis, FEA)软件中,从而获得健康和含裂纹叶片转轮的时域振动信号;接着,运用RIME对VMD的模态分量K值和惩罚因子α进行参数优化.优化后的VMD用于处理振动信号并分解为多个模态分量;最后,将这些模态分量作为输入,通过LSTM神经网络进行特征学习和识别.研究结果显示,此方法避免了获取叶片裂纹样本的经济损耗,大幅缩短了研发周期,并成功实现了精确的叶片裂纹故障识别.对于径向和轴向振动信号的裂纹故障诊断,总体识别准确率分别达到了93.033 0%和92.893 9%.〓
    • 流体工程
  • 流体工程
    多翼离心浴室暖风机气动声学特性分析和优化
    袁建平, 高荃林, 王龙滟, 王子路
    2025, 43(8): 795-802. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0283
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    通过结合计算流体力学(CFD)方法和FW-H方程建立了一种多翼离心浴室暖风机噪声的数值计算方法,并用该方法分析了多翼离心浴室暖风机的气动性能、压力脉动特性和气动噪声特性.以改善风机气动性能和降低噪声为目的优化了暖风机结构,在叶轮方面通过改进叶轮叶片的进口角、出口角和叶片的总数目优化叶轮流道结构;在静止域方面消除了蜗壳及出口段的弯折段,增加了出口段内部隔板的长度,并增大了蜗舌间隙.研究结果表明,优化模型无论是流场特性还是叶轮做功范围都表现出更优异的性能,同时降低了全频段的噪声声压级.试验证实,优化模型相较原始模型在远场噪声的平均声压级降低了3.11 dB,这进一步证明了优化方案的可靠性.
  • 流体工程
    高含沙侧向进水前池水力特性及泥沙淤积改善措施
    樊新建, 姚薇, 董春海, 李龙基, 贾广钰, 孙江河
    2025, 43(8): 803-811. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0005
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    为改善从多沙河流取水的大型泵站进水前池内不良水流流态,以甘肃省景泰川电力提灌工程典型泵站的某侧向进水前池为研究对象,构建不同边墙收缩角体型结构的侧向进水前池三维模型,采用FLUENT软件基于Realizable k-ε模型和Mixture多相流模型开展数值模拟计算,获得了侧向进水前池流场结构和水流流速随边墙收缩角的变化规律.结果表明:水流由渠道进入前池后,受机组吸水的影响,水流迅速转向,在侧向进水前池形成划分明显的流场结构区域,进水前池中央形成高流速主流区,主流区两侧产生大小不一的旋涡,并形成低流速回流区.随着侧向进水前池边墙收缩角的增大,水流直线运动距离增大,偏转角度减小,入池水流沿流程发展和扩散效果增强,主流区面积明显增加,回流区面积和旋涡尺度显著削减,边墙收缩角α=5°时的综合均匀度较工程原型泵站提高了5.58%,有效改善了多泥沙河流引水泵站前池的泥沙淤积问题,研究成果可为同类泵站的设计和更新改造提供指导和参考.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    驼峰特性对抽水蓄能机组抽水断电过渡过程的影响
    黄伟, 陈祥即, 李火坤, 黄锦林, 张建伟
    2025, 43(8): 812-818. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0254
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    为了评估水泵区的驼峰特性对抽水蓄能电站抽水断电过程的影响,指导抽水蓄能机组选型,提出了驼峰偏角指标,用于直观定量评定水泵水轮机驼峰特性的强弱程度.通过改变驼峰偏角调整水泵水轮机全特性曲线,利用特征线法模拟分析了不同驼峰偏角对蜗壳最大压力和尾水管进口最小压力的影响.结果表明:驼峰偏角越小,发生抽水断电事故时机组蜗壳最大压力越小,尾水管进口最小压力越大,调保参数极值指标越有利;而随着驼峰偏角的增大,驼峰区的斜率变陡,当单位转速发生较小变化时,亦会引起机组流量和力矩的快速变化,引发强烈的压力脉动.因此,在进行机组选型时应尽可能选择驼峰偏角较小的水泵水轮机,可有助于降低抽水断电过程中的压力脉动幅值,保障电站抽水工况的运行安全.研究成果可为抽水蓄能电站的机组选型和水泵水轮机优化设计提供参考.
  • 水利水电工程
    基于多元回归模型的钢-玄武岩纤维混凝土抗冻寿命
    张紫键, 姚占全, 马快乐
    2025, 43(8): 819-825. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0048
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    为探究钢-玄武岩纤维混凝土(basalt fiber reinforced concrete, BFRC)的劈裂抗拉性能以及在盐冻条件下的劣化规律,制备了3种类型的钢纤维(端钩型、波浪型、镀铜型)BFRC,钢纤维体积掺量分别为0.8%,1.0%,1.2%.通过比较试块的劈裂抗拉强度,筛选出较优组进行盐冻条件下的冻融循环试验;结合质量损失率、相对动弹性模量以及核磁共振试验分析混凝土冻融劣化机理;通过多元回归分析方程建立钢-玄武岩纤维混凝土的冻融损伤模型.结果表明:钢纤维的掺入会提高混凝土劈裂抗拉强度和抗冻寿命.其中体积掺量1%的端钩型钢-玄武岩纤维混凝土劈裂抗拉强度和抗冻寿命均最高,较基准组分别提高66%和40%.通过多元线性回归建立劈裂抗拉强度、有害孔比例、束缚流体饱和度与冻融循环次数的拟合方程,预测精度较高,平均相对误差仅为2.88%.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    水分胁迫对茶树幼苗光合特性与叶绿素荧光参数的影响
    胡永光, 郑家椋, 潘庆民, 金矿, 李友勇
    2025, 43(8): 826-832. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0077
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    为实现温室茶苗的节水灌溉及水分胁迫的有效评估,以一年生“苏茶早”为试验材料,设置无水分胁迫的对照(NS)和轻度(LS)、中度(MS)、重度(SS)水分胁迫处理,系统研究了不同水分条件下茶树幼苗气体交换参数、叶绿素荧光参数、水势(ψw)及叶片相对含水量(RWC)的变化规律及相关性.研究结果表明:随着水分胁迫加剧,茶树幼苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均显著下降,而胞间CO2浓度(Ci)变化不显著.水势(ψw)随胁迫程度加重呈显著降低趋势.PSⅡ实际量子产量(YII)在NS与LS处理间无显著差异,但在MS与SS处理下显著下降.PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)随胁迫程度加深逐渐降低,除LS与MS处理间差异不显著外,其余处理间均存在显著差异.光化学淬灭系数(qP)和非调节性能量耗散的量子产量Y(NO)随胁迫加剧呈现先升高后降低的趋势;而非光化学淬灭系数(qN)和调节性能量耗散的量子产量Y(NPQ)则表现为先降低后升高的变化特征.除Y(NO)和Ci外,其余指标均与水分因子呈显著正相关.在不同程度水分胁迫下,水势(ψw)是最敏感的指标.其他指标的敏感性随胁迫程度而异:Pn,Y(NPQ)和qN对轻度胁迫响应最敏感;Tr,Pn和Gs对中度胁迫更敏感;而Tr和Gs在重度胁迫下表现出最强的敏感性.这些指标可作为不同水分胁迫程度的诊断依据.
  • 农业水土工程
    咸淡水轮灌对土壤水盐和番茄生长品质的影响
    何平如, 李金刚, 陈菁, 陈丹, 代小平, 褚琳琳
    2025, 43(8): 833-842. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0041
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    为探究咸淡水轮灌对干旱农业区番茄生长发育、土壤养分和盐分离子特性的影响,结合番茄关键生育期设置“淡淡淡淡”(T1)、“咸咸淡淡”(T2)、“淡咸咸淡”(T3)、“淡淡咸咸”(T4)、“淡咸淡咸”(T5)、“咸淡咸淡”(T6)这6种灌溉方式开展2 a野外田间试验.结果表明:番茄生育期内咸淡水轮灌方式相对传统淡水灌溉节约淡水30.0%~66.7%;“淡淡咸咸”轮灌方式更有利于减少番茄主根层土壤氮素流失;土壤盐分阳离子和阴离子质量浓度随咸水灌溉量的增加而增加;在土壤基质势控制下限为-25 kPa时,番茄生育期内咸淡水轮灌导致膜内、膜外表层40 cm土壤及膜内(40,100］ cm土壤均积盐,膜内表层40 cm土壤盐分质量分数相对传统淡水灌溉提高7.8%~67.2%;相比传统淡水灌溉,咸淡水轮灌显著降低番茄单果质量,产量下降1.9%~18.3%,番茄红素和总糖质量分数分别提高6.2%~18.5%和4.8%~15.2%;“淡淡咸咸”轮灌方式的番茄产量、番茄红素质量分数和总糖质量分数最高.因此,建议在内蒙古河套灌区,膜下滴灌番茄的最佳咸淡水轮灌方式为“苗期—开花期采用黄河水灌溉”“坐果期—果实膨大期采用浅层地下水灌溉”.
  • 农业水土工程
    不同水肥设备对黄花菜生长及土壤性质的影响
    范家杨, 尹娟, 杜斌, 杨莹攀, 李升
    2025, 43(8): 843-851. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0076
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    为解决宁夏扬黄灌区高效节水灌溉水肥一体化设备推广的关键技术问题,通过分析不同灌溉设备对黄花菜生长及土壤理化性质的影响,以获取最优的灌溉设备选型.试验设置4个不同灌溉设备处理及1个对照,利用熵权TOPSIS法综合分析不同灌溉设备对黄花菜生长各指标及土壤理化性质的影响.结果表明,不同的灌溉设备对黄花菜种植地种植前后的养分、产量及其构成因子均影响显著,和CK处理相比,最优处理能降低土壤pH值0.45及降低盐分14%,增加黄花菜对氮、磷、钾养分吸收分别为18%,17%和15%,提高黄花菜花薹粗11%,花蕾长11%,花蕾粗6%.同时,利用熵权TOPSIS法建立黄花菜综合评价体系,得到智能便携充电式施肥机为最优,综合响应评分0.952 9.因此,使用智能便携充电式施肥机可促进黄花菜对水分养分吸收,促进黄花菜生长发育.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    基于自适应K值算法的微灌管网压力监测点布置模型
    柳文涛, 李金山, 冯亚阳, 孙秀路, 贾艳辉
    2025, 43(8): 852-858. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0153
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    为提高规模化微灌管网安全诊断和压力监测的准确性,减少监测点数量,提出了一种针对规模化微灌管网压力监测点优化布置适应性更强的算法.首先对供水管网初始节点压力数据进行极差标准化处理,通过计算聚类误差总平方和(SSE)的方法自适应选取管网监测点数量,最后利用不同聚类算法求解确定监测点布设的最优方案.结果表明,随监测点数量增加,SSE值下降呈先快后缓的趋势,研究将曲线出现明显转折的值作为目标监测点数量;计算3条干管在目标算法下的平均轮廓系数分别为0.400 89,0.518 18,0.410 21,比对照算法分别提高了15.3%,2.5%,2.4%.该方法保证了监测点数量的经济性与可靠性和布设位置的准确性,为规模化微灌管网压力安全监测点优化布置提供了理论基础和方法指导.
  • 排灌装备制造技术
    喷头散水盘结构对水滴特性的影响
    赵艳艳, 刘俊萍, 解荣俊, 汪鑫喆
    2025, 43(8): 859-864. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0143
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    为了研究低压固定折射式喷头散水盘关键结构对喷洒水滴分布特性的影响规律,设计散水盘的流道数量、流道倾角和导流锥锥角这3个因素,通过正交试验用视频雨滴谱仪测试了具备不同结构参数散水盘的低压固定折射式喷头的喷洒水滴分布特性.揭示了低压固定折射式喷头的散水盘结构参数对喷洒水滴分布特性的影响规律.结果表明:增大导流锥锥角能有效减小水滴直径并提升其分布的均匀性;同时,较大的流道倾角和流道数量可使水滴直径峰值后移,影响了水滴尺寸的分布范围.此外,导流锥锥角显著影响了射程中段的水滴速度及单个水滴动能,而流道数量和流道倾角则主要影响了射程前端和末端的水滴速度,且导致形成较大的单个水滴动能.因此,通过调整散水盘结构参数,可以改善水滴的大小、速度和动能分布,为设计高效灌溉喷头提供了理论依据.