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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    基于EWT-NPDLPP-LSSVM的水泵机组关键部件故障诊断方法
    杜灿阳, 曾庚运, 张兆波, 方福东, 黄华, 许颜贺
    2026, 44(1): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0006
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    为提高水泵机组关键部件故障诊断的效率和精度,综合考虑水泵机组的运行环境,提出一种集信号降噪、特征提取、特征降维与故障识别一体化的水泵机组关键部件故障诊断方法.首先,通过经验小波变换(empirical wavelet transform, EWT)对原始信号进行降噪处理,减少环境噪声影响,提高数据质量.然后,为全面刻画水泵机组运行状态,针对水泵机组运行特点设计了多通道(振动信号、压力脉动信号、电气信号及其他信号)、多域(时域、频域和时频域)的多源融合指标提取方法.在此基础上,提出基于近邻概率距离(nearby probability distance, NPD)改进的局部保持投影(local preserving projections, LPP)特征约简方法,剔除多维特征冗余信息.进一步,采用最小二乘支持向量机(least square support vector machine, LSSVM)识别不同故障.结果表明:采用基于EWT-NPDLPP-LSSVM的故障诊断方法取得了99.44%较高的诊断精度以及较优的运算效率,证实了所提方法的有效性和工程实用性.
  • 泵理论与技术
    重泥沙条件下冲击式水轮机的冲蚀及磨损特性
    虎雪洁, 郭涛, 孙震, 罗竹梅
    2026, 44(1): 10-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0285
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    为探究含沙三相流对冲击式水轮机过流部件的冲蚀磨损特性,对四喷嘴冲击式水轮机进行数值模拟,并对比分析单喷嘴、双喷嘴和四喷嘴最优工况下泥沙粒径对喷射机构和水斗工作面冲蚀速率的影响.结果表明:配水环管作为将流体分配到各喷嘴的机构,在分岔口的内外两侧出现低压区和高压区,产生迪恩涡;迪恩涡随着流体流动进入喷射机构,同时由于喷射机构内部导流板的存在,喷针发生局部冲蚀速率过大;喷射机构和水斗工作面的磨蚀主要发生在喷针部位和水斗出水边以及分水刃,并且平均冲蚀速率和最大冲蚀速率都随泥沙粒径的增大而增大,水斗的冲蚀速率曲线更加具有规律性;在不同最优工况下,单喷嘴条件下射流速度最高,其对喷射机构和水斗的磨蚀显著高于其他最优工况,说明流体速度对冲蚀有着关键性作用.
  • 泵理论与技术
    基于串联叶片式叶轮的液力透平性能
    王鸣帅, 杨军虎, 胡亚男, 王世成, 李佳旭, 方嘉诚
    2026, 44(1): 18-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0032
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    针对离心泵反转作液力透平时存在的效率偏低、高效区窄、运行不稳定等缺点,以一台比转数为69的离心泵反转作透平为研究对象,在叶轮其他参数不变的情况下,选取径向分割位置0.8D2、径向相对长度30.0 mm、周向相对距离5.0 mm设计串联叶片式叶轮,研究串联叶片构型叶轮对液力透平性能的影响.对液力透平进行外特性试验,并采用RNG k-ε湍流模型对液力透平进行数值模拟,对比分析传统叶片与串联叶片液力透平的外特性、内流场、能量转换及压力脉动特性.结果表明:串联叶片对液力透平性能有一定的影响,最优工况下效率比原模型提高了1.37%,在液力透平0.875QBEP~1.375QBEP流量内效率均有提升,运行高效区拓宽;透平内部压力分布变化更均匀,叶轮进口位置的分离流动明显改善,叶轮内高湍动能区域明显减少,叶轮内功率损失减小,压力脉动主频幅值在叶轮进口、出口区域均有大幅降低.
    • 流体工程
  • 流体工程
    导流孔-回流孔结构对磁力泵润滑冷却流场特性的影响
    秦娟娟, 杨小波, 孙青, 林小军, 张生福
    2026, 44(1): 25-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0090
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    磁力泵磁力联轴器内存在由隔离套切割磁力线产生的涡流热以及滑动轴承摩擦热,设计润滑冷却流道,将泵内流体引入以冷却涡流热并润滑滑动轴承.为探究不同润滑冷却流道结构下工作介质的流场特性及其对滑动轴承受力分布的影响,通过改变泵盖上的2处导流孔和泵轴上的回流孔结构,建立了6个润滑区域计算模型(A1—A6)和6个冷却区域计算模型(B1—B6),利用Fluent软件分析了润滑冷却流场特性及其对滑动轴承产生的附加静压力大小.结果表明:液流流经润滑导流孔根部时存在旋涡,其倾斜角度越大,旋涡越小;孔径越大且倾斜角度越小时,压力损失越小,且对滑动轴承端面产生的局部压力值也越小,液流流经冷却导流孔时存在压力损失;孔径越大且倾斜角度越小时,在进入隔离套冷却间隙前,局部易形成高压区和低压区,高压区为闭死容积的液体,低压区则形成大旋涡体,增加了能量损耗.对比分析得出,计算模型A4(润滑导流孔直径为10 mm、倾斜角度为30°)与计算模型B1(冷却导流孔直径为6 mm、位置倾斜角度为17°)为最佳润滑冷却流道结构.
  • 流体工程
    高海拔地区掺气设施空腔回水数值模拟
    张曜, 尹进步, 何红, 刘洹, 龚刚
    2026, 44(1): 33-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0257
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    为了解低气压环境如何增大空蚀破坏的风险,对高海拔地区泄洪底孔掺气设施进行数值模拟研究,对比分析不同两相流模型、不同环境气压对掺气水流数值模拟的影响.结果表明:Eulerian模型更适合掺气水流的模拟;低环境气压会导致掺气浓度降低,所以高海拔地区掺气水流的模拟有必要考虑低环境气压的影响.并根据初步研究结果,基于Eulerian模型,采用62 932 Pa当地大气压对该泄洪底孔掺气设施进行数值模拟研究.针对原体型出现空腔回水且通气不畅的问题,通过增大通气孔尺寸和底坡采用局部变坡进行体型优化,最终确定2.0 m通气孔+局部变坡体型2为推荐体型.采用量纲一数λ,即回水面积与空腔面积之比,定量表征回水程度,并通过对比分析不同体型的流态、回水程度λ、掺气特性以及通气特性,发现增大通气孔面积和采用局部变坡体型有助于抑制回水现象,回水程度λ逐渐减小,掺气效果逐渐提高.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    抑制风水系统输出振荡的附加协同-滑模控制设计
    曾丕江, 何常胜, 曾云, 王芳芳
    2026, 44(1): 40-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0169
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    为抑制风电功率波动对系统内其他机组的影响,针对风水互补系统,以水电机组为核心控制对象,旨在通过融合协同控制与滑模控制理论,实现风水电机组的联合调控.首先,选取水电机组机械功率、角速度及风电机组有功功率构成宏观变量,并定义了附加控制器的联合控制信号.在此基础上,设计了基于协同控制的滑模面,提出了一种协同-滑模附加控制器的设计方法.该方法保留原系统原有PID控制器,将风电机组与水电机组的状态变量引入控制器设计,并导出控制律.将该控制律以附加反馈的形式引入功角控制微分方程中,实现系统模型的改进与机组协同控制.仿真结果表明,当风电机组功率正弦变化时水电机组的输出振荡幅度由±0.10降至±0.02,而联合系统输出的有功功率、无功功率及角速度的振荡减小至原来的1/2左右.所提方法能有效抑制输出振荡,提高风水互补系统的输出稳定性.
  • 水利水电工程
    基于WEAP-MODFLOW耦合模型的泾惠渠灌区水资源系统韧性评估
    李香凝, 降亚楠
    2026, 44(1): 48-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.21.0089
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    分析量化灌区水资源系统韧性,可以为灌区抗旱规划和旱灾风险管理奠定基础,对合理调整灌区农业种植结构、供水顺序,缓解水资源供需矛盾,促进农业生产具有重要意义.通过引入水资源系统韧性的概念,基于WEAP—MODFLOW耦合模型,定量计算了灌区水资源系统应对干旱时的韧性,提出了一种评估灌区抗旱能力的新方法,考虑灌区水资源系统从干旱状态中恢复的能力,完善了以往韧性量化在恢复能力评价方面的不足.以陕西省泾惠渠灌区为例,基于WEAP-MODFLOW构建了灌区水资源系统模型,对灌区24个子区域的韧性进行了定量计算,并考虑多个情景对各子区域韧性提升策略进行了分析.结果表明:灌区水资源系统韧性主要与区域供水优先级和土地利用相关,不同区域对韧性提升措施敏感度不同,应采用有针对性的韧性提升策略.在雨季充分利用地表水、干旱时段充分利用地下水可以整体提升灌区的韧性,区域韧性提升了最高30%,分别为地表水优先供水方式和地下水优先供水方式的1.92倍和1.67倍.不同子区域对于韧性提升策略的敏感性不同,在韧性较低的子区域中提升率较高,在研究情景中增长率差异最高为15%.通过灌区水资源系统韧性评估可以识别脆弱子区域,分析韧性提升策略的有效性,有助于韧性提升方案的制定,从而为灌区水资源规划工作提供决策支持.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    南疆典型灌区水资源可持续利用评价及障碍因子分析
    陈伏龙, 骆震, 刘爽, 高源, 邵和静, 吕廷波
    2026, 44(1): 58-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0108
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    为探究南疆典型灌区水资源可持续利用现状及其影响因素,选取第三师前进灌区、小海子灌区与喀什灌区作为研究区域,基于“驱动力-压力-状态-影响-响应”(DPSIR)模型构建了灌区水资源可持续利用评价指标体系,分别采用层次分析法与熵权法综合确定各评价指标权重,并通过TOPSIS模型对灌区各受益团场2013—2021年内水资源可持续利用状况进行了综合评价,结合障碍度模型识别影响可持续发展的障碍因子.结果表明:前进灌区中,45团、46团、48团以及叶城二牧场水资源可持续利用水平分别常年处于强可持续、弱可持续、基本可持续、较弱可持续利用状态.小海子灌区中,44团、49团与50团水资源可持续利用水平常年为较好可持续利用状态;51团、53团在2013—2016年水资源可持续利用水平状态较好,在2017—2021年降为基本可持续.喀什灌区中,41团水资源可持续利用水平基本常年处于弱可持续利用状态;42团、伽师总场水资源可持续利用水平常年处于基本可持续利用状态;红旗农场、东风农场与托云牧场水资源可持续利用水平最低.运用障碍度模型诊断出影响灌区各受益团场的障碍因子主要为地下水供水量、有效灌溉面积、第三产业占GDP比值、水土流失治理面积与节水灌溉面积.
  • 农业水土工程
    地下滴灌水磷耦合对紫花苜蓿生长及品质的影响
    王书吉, 王传娟, 王荣莲, 何国辉, 王建东, 熊跃
    2026, 44(1): 66-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0142
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    确定紫花苜蓿适宜的灌溉制度和施磷量,对于促进中国饲草产业节水提质增效具有重要科学价值.以内蒙古地区地下滴灌(SDI)紫花苜蓿为对象,采用二因素随机区组设计,设置3个灌水水平及3个施磷水平,以传统地面灌溉为对照,共10个处理,以研究地下滴灌条件下水磷耦合对紫花苜蓿生长特性、产量、品质及水磷利用效率的影响.结果表明,地下滴灌紫花苜蓿产量(Y)随灌水量增加而增加(P<0.05),水分利用效率(WUE)随灌水量增加呈先增后减的趋势;产量、粗蛋白(CP)、水分利用效率都随施磷量增加而先增大后减小.粗纤维(CF)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)则随施磷增加而呈先减后增的趋势.磷肥偏生产力(Pp)随着施磷增加而逐渐降低.地下滴灌条件下,不同水磷耦合处理的紫花苜蓿品质存在差异,在中水处理下,第一茬中磷处理的CP分别比高磷和低磷处理提高了12.3%和14.2%(P<0.05);而CF则分别降低了7.5%和13.9%.第二茬中磷处理的CP分别比高磷和低磷处理提高了9.0%和2.8%,CF分别降低了12.1%和8.6%(P<0.05).苜蓿干草产量最大可达10 255.98 kg/hm2,水分利用效率最大可达2.98 kg/m3,磷肥偏生产力可达108.14 kg/kg;与传统地面灌溉相比,地下滴灌下的苜蓿Y提高了10.7%~49.5%,水分利用效率和磷肥偏生产力分别增大了19.1%~48.7%和14.0%~152.9%.综合考虑节水、稳产和提质等目标,推荐地下滴灌条件下的苜蓿灌溉上下限为田间持水量的65%~90%,施磷量为120 kg/hm2.
  • 农业水土工程
    基于WHCNS_Rice模型的水稻节水灌溉模式模拟与评价
    黄昕然, 张状状, 巫纾予, 罗丹虎, 李江, 缴锡云, 顾哲
    2026, 44(1): 75-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0106
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    为优选节水、节肥的灌溉模式,以期为南方稻作区提供有利的理论支持,于2022年7月8日—10月20日在江苏省南京市江宁区河海大学节水园内进行田间试验.基于试验数据对WHCNS_Rice模型进行参数的率定与验证,针对节水、节肥2个目标选取耗水强度、水稻蒸散发量、稻田渗漏量以及硝态氮淋失量4个指标建立综合评价指标体系,并由率定后的模型模拟浅水勤灌(FSI)、浅湿调控(WSI)和控制灌溉(CI)3种节水灌溉模式的水稻田面水深度以及硝态氮浓度变化;通过对比不同灌溉模式下耗水规律及氮素迁移转化的差异,分析3种节水灌溉模式的节水、节肥效果.结果表明:经率定后的WHCNS_Rice模型可用于模拟稻田水位和硝态氮浓度动态变化;模式FSI与WSI的耗水规律呈现高度的吻合性,而CI模式与两者的吻合程度极低;CI模式在保证节水的前提下可较FSI和WSI减少64.27%~73.65%的水分渗漏和84.80%~93.28%硝态氮淋失量.应用熵权TOPSIS法对水稻节水灌溉模式进行评价优选,结果表明控制灌溉是节水、节肥指标下的最优灌溉模式.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    选区激光熔化2095铝锂合金的微观组织与拉伸性能
    孟宪凯, 唐明明, 苏纯, 江奕良, 刘阳, 林珂, 周建忠
    2026, 44(1): 85-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0047
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    采用选区激光熔化(SLM)增材制造技术以成形高强轻质2095铝锂合金,系统探究了激光能量密度对其成形质量、微观组织演化及室温拉伸力学性能的影响规律.利用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)详细表征了试样的冶金缺陷(如孔隙、裂纹)分布、熔池形貌及微观组织结构;结合X射线衍射(XRD)技术确定了物相组成.采用电子万能试验机对试样进行了准静态室温拉伸性能测试,获取了抗拉强度(UTS)和延伸率(EL)等关键力学性能指标.研究结果表明,在优化的激光能量密度为625.0 J/mm3时,试样实现了最高致密度(98.6%),并获得了最优的综合拉伸性能,其抗拉强度达到233.59 MPa,延伸率为7.42%.该能量密度条件有效抑制了冶金缺陷的形成,促进了组织的均匀致密化.综上所述,文中研究通过系统试验明确了激光能量密度与SLM成形2095铝锂合金微观组织及力学性能的关联机制,成功确定了获得高致密度与优异力学性能的最佳工艺窗口,为SLM技术在该合金制造领域的应用提供了重要的工艺依据.
  • 排灌装备制造技术
    基于响应面法的射流元件结构优化设计
    贾宗瑾, 王新坤, 袁巍巍, 杨凡, 武文婧
    2026, 44(1): 92-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0097
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    引入响应面法,对射流元件进行结构优化设计以提高射流元件的脉冲性能.选取喷嘴宽度、位差、侧壁倾角3个因素,并设置3个水平(-1,0,1),采用Box-Behnken设计方法进行试验方案设计,使用CFD数值模拟软件进行模拟计算,以水头振幅和水头损失为目标参数,分别探究了所选结构参数对这2种脉冲参数的影响程度.进行了射流元件脉冲特性模拟计算的试验验证,得知射流元件水头振幅和水头损失的实测值与模拟值的误差均为3.7%~5.2%,射流元件左、右出口的脉冲特性参数相对误差为1.9%~4.2%.使用Design-Expert软件对预测模型进行了优化,确定了射流元件的最优结构参数;对最优结构模型进行模拟,发现此模型水头振幅模拟值与预测值相差4.5%,水头损失的模拟值与预测值相差9.8%.
  • 排灌装备制造技术
    基于FMD-MAK-CNN算法的轴承故障诊断
    边豪杰, 苏泓臣, 杨辰昕, 于佳鑫, 张宇宁
    2026, 44(1): 100-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0123
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    针对轴承故障诊断准确率低的问题,提出了一种基于特征模态分解-最大自相关峭度-卷积神经网络(FMD-MAK-CNN)的轴承故障诊断模型.首先,利用特征模态分解(FMD)算法将轴承故障信号分解为若干个含有丰富故障特征的模态;其次,计算各模态的自相关峭度(AK),选取最大自相关峭度(MAK)对应的模态作为待分析信号,并根据其时域特征构建特征向量,将特征向量与信号标签组合构建特征向量矩阵;最后,将特征向量矩阵按照8∶2划分为训练集和测试集,输入卷积神经网络(CNN)中训练和测试,实现轴承故障诊断.通过轴承内圈和轴承外圈2组试验数据验证FMD-MAK-CNN模型的平均故障诊断准确率分别为97.50%和97.83%.在相同模型条件下,与EMD-MAK-CNN故障诊断模型相比,平均故障诊断准确率分别提高了16.17%和16.66%,与FMD-EE-CNN故障诊断模型相比,平均故障诊断准确率分别提高了16.67%和16.83%.