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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    核主泵水力优化设计研究现状与技术发展综述
    龙云, 陈华铮, 朱荣生, 袁寿其, 付强
    2025, 43(9): 865-872. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0229
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    结合国际核电发展新形势和中国核电技术发展与战略布局,围绕核主泵的发展历程开展论述,以中国独立自主三代核电技术“华龙一号”HPR1000和“国和一号”CAP1400为例介绍了世界先进核电技术和关键设备核主泵的技术发展现状,重点针对核主泵的水力优化设计和安全性开展论述.介绍了国内外核主泵先进的水力优化设计,分析了核主泵特殊结构导致的内部复杂流动、压力脉动、涡结构的产生和控制,以及空化等不良流动现象的成因,并针对性地总结水力部件的优化设计方法.核主泵是核岛内唯一高速旋转机械,也是核安全一级设备,核主泵能否正常运转直接关乎整个核电站的安全,核主泵的完全国产化研发是困扰中国核电发展的“卡脖子”难题.因此深入研究核主泵复杂内部流动,掌握具有自主知识产权的核主泵水力优化设计方法,对中国核电技术的发展具有重要意义.
  • 泵理论与技术
    高体积分数及大直径颗粒工况下低比转数泵叶轮的磨损特性
    赵会宾, 韩伟, 宾立, 郭亮, 江雄, 龙江少, 甄卫卫
    2025, 43(9): 873-880. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0056
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    针对高体积分数、大直径颗粒工况下低比转数离心泵的磨损问题,采用试验与数值模拟相结合的方法,研究叶轮内部的磨损特性.设计试验泵进行磨损试验,结果表明:叶轮的主要磨损区域集中在流道前段,包括叶片压力面前1/2段、叶片背面前1/6段、后盖板叶轮帽周边、前盖板与叶片相交部位及流道入口.基于计算流体动力学方法,采用Particle非均相流模型进行固液两相流数值模拟,模拟结果表明:固相颗粒在流道内分布不均匀,入口区域存在明显颗粒堆积,且叶片压力面附近颗粒体积分数较高;颗粒对叶轮流道前段的冲击角度较大,而对后段的冲击角度较小;结合向量积计算原理提取颗粒冲击角度,将Oka磨损模型与Eulerian-Eulerian方法结合,实现了高体积分数、大直径颗粒工况下叶轮磨损的准确预测,预测结果与试验数据吻合良好,可为低比转数离心泵的抗磨损优化设计提供一定理论依据和工程参考.
  • 泵理论与技术
    诱导轮旋转空化流动特性及其抑制技术综述
    许彬, 邵骢, 沈熙, 张德胜, 杨化
    2025, 43(9): 881-889. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0271
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    针对诱导轮旋转空化流动特性及其抑制技术,从理论、试验和数值计算等方面进行综述.在旋转空化流动的理论方面,梳理了相关理论发展的重要节点.在旋转空化流动的试验方面,评述了针对流量系数、转速和空化数等相关参数的试验研究,指出建立多位一体的试验平台可以更有效地观察旋转空化流动特性.在旋转空化流动的数值计算方面,对近年来发展的诱导轮旋转空化数值模拟方法进行总结.通过对旋转空化抑制技术研究成果的分析和总结,认为改变叶轮进口、叶顶间隙以及叶片载荷是比较有效的方式.最后针对诱导轮旋转空化流动特性及相关抑制技术的发展方向进行了展望.
    • 流体工程
  • 流体工程
    端面粗糙度对高温密封润滑膜汽化特性的影响
    陈汇龙, 刘瑞睿, 史迪超, 付燕霞, 赵斌娟, 杨敬江
    2025, 43(9): 890-897. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0135
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    以螺旋浅槽高温液体动压型机械密封为研究对象,基于自相关函数法,建立符合高斯分布的密封端面随机粗糙表面模型和汽液两相流计算模型,模拟分析端面不同部位处粗糙度对润滑膜汽化特性与密封性能的影响规律.结果表明:端面粗糙时润滑膜汽化区域主要集中在槽堰区,且以螺旋槽内槽区汽化程度最高;端面粗糙度使润滑膜平均汽相体积分数的等值边界线出现不规则波浪状,且随粗糙度增大而更明显;润滑膜平均汽相体积分数均随端面粗糙度的增大而减小,开启力随端面粗糙度的增大而增大,密封间隙泄漏量随端面粗糙度的增大而减小;各部位粗糙度对密封润滑膜汽化特性及密封性能的影响在全端面粗糙时呈现出叠加效应;不同部位单位粗糙度对润滑膜汽化特性及密封性能的影响从大到小的顺序为动环非槽区粗糙、静环端面粗糙、动环槽区粗糙.
  • 流体工程
    叶片尾缘形状对离心风机气动噪声的影响
    刘栋, 张天泽, 杨嵩, 韩泳涛, 金守清
    2025, 43(9): 898-904. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0074
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    为了改善离心风机内部流场特性、降低气动噪声,以不同叶片尾缘的离心风机为研究对象,在方形尾缘的基础上设计了圆形、圆切、椭圆形等3种不同尾缘的模型,通过数值模拟研究了不同模型的性能、流场分布及压力脉动,基于Lighthill声类比理论,研究了叶片尾缘形状对离心风机气动性能及噪声特性的影响规律.在设计工况下,3种叶片尾缘模型的全压和效率均高于原型模型,椭圆尾缘模型的全压和效率增幅最大,分别提高了4.7%和1.1%;3种模型的压力脉动幅值均低于原模型,椭圆尾缘模型的压力脉动降幅最大.声场计算结果表明:圆形尾缘和圆切尾缘模型的离心风机噪声分别下降了1.50和1.79 dB,椭圆尾缘模型的声学性能最优,噪声值下降了2.10 dB.上述结果表明合理地改变叶片尾缘形状可以有效改善离心风机内部的流动状况,减少流动损失,提高风机的效率,降低风机的气动噪声.
  • 流体工程
    扭角对风力机叶片表面覆冰特性的影响
    张旭耀, 何志辉, 张永恒, 李小斌
    2025, 43(9): 905-913. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0095
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    风力发电机组运行于寒冷地区时叶片极易结冰,且叶片几何参数会引起其覆冰特性发生变化.为更好地了解扭角对风力机叶片表面覆冰特性的影响,采用计算流体力学方法,以有、无扭角2种叶片为研究对象,探究了2种叶片在覆冰环境下的水滴收集效率和覆冰质量.结果表明:不同覆冰参数下,2种叶片各截面处的过冷水滴撞击范围不同,有扭角叶片总的水滴收集效率高于无扭角叶片,导致叶片表面的覆冰质量更高;随着温度的减小,2种叶片在各截面处的水滴撞击分布相同,但有扭角叶片的水滴收集效率普遍高于无扭角叶片;在不同温度、风速和水滴直径下,2种叶片覆冰质量增长趋势接近,而在不同液态水含量下,有扭角叶片覆冰质量增长速度高于无扭角叶片.
  • 流体工程
    低体积浓度含沙条件下水翼空化特性分析
    赵伟国, 李家豪, 杨良, 张栩
    2025, 43(9): 914-922. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0014
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    为探究低体积浓度含沙条件对水翼空化特性的影响,采用修正的RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,基于离散相模型和Schnerr-Sauer空化模型对NACA0015水翼在低体积浓度粗颗粒含沙条件下的非定常空化绕流进行数值模拟,分析了不同体积浓度和不同粒径颗粒对水翼空化流场的影响,以揭示颗粒对空化发展的作用机理.研究结果表明:在同一粒径下增大颗粒体积浓度以及在同一体积浓度下增大颗粒粒径,水翼升力系数变化均为先增大后减小,固相对水翼的阻力系数影响较小,其中颗粒粒径对水翼的升阻比影响更大.与清水工况相比,含沙条件下水翼空泡脱落位置更靠近水翼前缘且脱落时间更短,随着颗粒体积浓度和粒径的增大,空泡体积先减小后增大,颗粒对空化发展的影响表现为先抑制后促进.清水及含沙条件下水翼空化柔度均在正负之间变化,其中颗粒体积浓度对水翼空化柔度影响较大,随着颗粒体积浓度的增大,空化柔度波动剧烈程度先增大后减小.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    基于双层优化模型的不同型号混流泵经济运行
    胡懿, 罗竹梅, 曾云
    2025, 43(9): 923-928. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0207
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    针对不同型号混流泵并列运行下的泵站最优经济运行问题,以3台不同型号的混流泵为研究对象,通过分析其运行效率与水泵流量、扬程及叶片安放角之间的关系,确定水泵运行工况点.采用双层优化模型对泵站经济运行进行研究:第一层为泵站经济优化模型,以耗能最小为目标函数,利用粒子群算法和遗传算法对机组间最优流量分配、运行优化组合及机组最优工况进行优化分析;第二层在第一层基础上,考虑分时电价变化对泵站经济运行的影响,以日运行费用最低为目标函数,开展日运行费用优化研究.研究结果表明:粒子群算法和遗传算法均能有效实现不同总提水量下的机组启停、流量分配及叶片角度的优化,且优化结果相近,但粒子群算法更具计算优势;当日总提水量一定时,电价是影响泵站日经济运行费用及不同时段机组流量分配的主要因素.研究结果可为泵站的经济运行提供理论依据和优化策略.
  • 水利水电工程
    微灌管网布置方式和肥液浓度对施肥性能影响的田间评估
    孙嘉明, 王珍, 李久生, 吴莉鸿, 冯浩, 栗岩峰
    2025, 43(9): 929-937. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0040
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    微灌系统管网布置方式和肥液浓度是影响滴灌系统性能的重要因素.通过试验评价了管网布置方式和肥液浓度对灌溉单元尺度和轮灌组尺度的灌水均匀性和施肥均匀性的影响,其中管网布置考虑3种方式:45 m和90 m毛管单向供水(分别记为S45和S90)和90 m毛管双向供水(记为D90);肥液浓度(质量分数)设置3个水平:0.181%,0.091%和0.060%(分别记为C1,C2,C3).结果表明,毛管双向供水方式较单向供水方式降低了灌溉单元压力水头偏差率26.1%~32.0%,降低了轮灌组的压力水头偏差率27.2%.灌溉单元内流量偏差率受单元间压力水头不均衡影响较小,流量偏差率基本小于20%,但轮灌组内流量偏差率维持在30%左右.毛管双向供水方式显著提升了轮灌组尺度的灌水和施肥均匀性,肥液浓度降低则显著改善了施肥均匀性.建议微灌系统中选择双向供水布置方式,并在施肥总量已定情况下尽量增加施肥时长以减弱高肥液浓度对施肥均匀性的负面影响.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    膜下滴灌灌水下限对北疆棉田水盐热运移和作物生长的影响
    齐文婷, 王政钧, 王航, 薛皓文, 马晓鹏, 王建东, 肖娟
    2025, 43(9): 938-951. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0070
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    针对新疆北疆典型区棉花膜下滴灌,分别在蕾期设置2种灌水下限:田间持水率的60%~65%和70%~75%,花铃期设置3种灌水下限:田间持水率的55%~60%,60%~65%和70%~75%;采用完全随机设计,共设计6种不同灌水下限处理,同时以当地常规滴灌(CK)作为对照,分析不同处理对棉花不同生育阶段水盐分布、产量及其构成要素和水分利用效率的影响.结果表明,灌水后0~50 cm土层盐分上升最快,较高的灌水下限由于减少了灌水间隔时间,增加了棉花生育期内的灌水频率,盐分淋洗效果较好.全生育期0~80 cm土层脱盐率为11.67%~46.99%,脱盐率随灌水下限提高而先降低后升高,蕾期和花铃期灌水下限均为70%~75%田间持水率时,脱盐效果最优.所有处理0~50 cm土层土壤平均温度相比CK提高了0.06%~3.89%,且土壤温度与0~50 cm土层含水率和含盐量存在线性关系,提高灌水下限有助于提升水分的扩散和盐分的下渗.控制灌水下限的处理相比CK,产量和水分利用效率分别提高了4.32%~26.46%和50.60%~89.16%,有利于提高棉花用水效率和产量.综合分析,当蕾期和花铃期灌水下限均设置为70%~75%田间持水率时,籽棉产量最高,为6 946.65 kg/hm2,较CK处理提高了26.46%,水分利用效率较CK提高62.65%,实现了较好的节水抑盐和增产效果.
  • 农业水土工程
    基于ORYZA_V3模型直播稻水氮管理模式模拟及评价
    李程阳, 何军, 张才军, 华克骥, 赵树君, 张磊, 王珊
    2025, 43(9): 952-963. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0029
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    为探索适用于漳河灌区直播稻水氮管理模式,运用2022年、2023年漳河灌区直播稻田间试验数据对ORYZA_V3模型进行率定和验证,以率定后的模型模拟分析不同水文年型水氮模式对直播稻产量和氮肥利用率的影响规律,并结合Entropy-TOPSIS模型进行综合评价.结果表明:地上部干物质总量(WAGT)、茎干物质量(WST)、叶干物质量(WLVG)、穗干物质量(WSO)、叶面积指数(LAI)的模拟值拟合线与1∶1线较为一致,各处理决定系数(R2)为0.640~0.980,归一化均方根误差(nRMSE)为11.48%~33.48%,纳什系数(NSE)为0.03~0.96;验证期产量均值R2为0.960,nRMSE为6.30%.水氮情景模拟显示,不同水文年型灌前土壤水分下限为饱和土壤质量含水率的70%~100%时,产量和氮肥利用率均处在较高水平;低于饱和土壤质量含水率的70%时,产量有所下降.施氮量大于205 kg/hm2时,直播稻产量并没有显著提升,且会降低氮肥的产出效应.推荐漳河灌区宜采用水氮管理模式:施氮量205 kg/hm2,施氮肥比例基肥∶分蘖肥为5∶5;丰水年型(25%)灌前土壤水分下限为饱和土壤质量含水率的70%,平水年型(50%)、枯水年型(75%)灌前土壤水分下限为饱和土壤质量含水率的80%.
  • 农业水土工程
    基于高光谱成像技术的生菜叶片叶绿素和氮素含量快速无损检测
    朱小青, 李红, 陈超, 赵晶
    2025, 43(9): 964-972. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0058
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    为快速无损检测生菜冠层叶片叶绿素和氮素含量,采用高光谱成像技术采集生菜冠层的高光谱图像,分析生菜冠层叶片的光谱反射率与叶绿素和氮素含量的关系.采用阈值分割法去除高光谱图像的背景噪声,对光谱反射率进行一阶微分预处理,用竞争自适应重加权法(CARS)、连续投影法(SPA)及CARS和SPA算法组合(CARS-SPA)分别提取叶绿素和氮素的光谱特征波段,并选用最小二乘法(PLS)构建模型.结果显示,在保持关键信息的前提下,使用CARS-SPA算法降维效果最好,叶绿素和氮素用于建模的波段数减少至19和20,均降低至10%左右.使用该方法提取的波段中重复的波段大部分集中在可见光的前10个波段和近红外短波部分,这两部分波段数据与生菜叶绿素和氮素有较强的相关性.使用CARS-SPA算法所建立的PLS预测模型效果最好,叶绿素和氮素含量预测模型的决定系数R2分别为0.767 7和0.696 8;均方根误差RMSE分别为1.559 5和0.765 2.