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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    叶片进口边后掠对螺旋离心式航空燃油泵空化性能的影响
    韩伟, 郦飞翔, 李仁年, 谢文娟, 强彦
    2026, 44(2): 109-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0082
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    为探究叶片后掠角对燃油泵空化性能的影响规律,以某型号螺旋离心式燃油泵为研究对象,设计了5种不同后掠角θi的叶轮模型(θi=20°,40°,60°,80°,100°).基于RANS的两方程模型和Zwart空化模型,利用ANSYS CFX软件进行内流场模拟,并通过与试验结果对比验证了数值计算方法的可靠性.研究结果表明,后掠角系数与相对空化系数NPSHr*呈三次函数关系,且NPSHr*随着后掠角的增大呈先减小后增大的趋势.在其他设计参数不变的前提下,当叶片进口边后掠角系数θ*为0.32时,燃油泵的NPSHr*出现最小值0.79,此时螺旋离心式燃油泵的抗空化性能最佳.可见,螺旋离心式燃油泵采用叶片后掠设计可以抑制空泡的产生和发展,研究结果为优化螺旋离心式燃油泵设计提供了理论依据.
  • 泵理论与技术
    基于正交数值试验的钟形进水流道导流锥优化
    徐峻, 周大庆, 王浩博, 李汶杰
    2026, 44(2): 117-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0170
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    针对某大型立式潜水轴流泵站的钟形进水流道存在吸水室流态不佳、进水条件不良、装置效率偏低等问题,基于雷诺时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,采用数值模拟方法对该流道的导流锥结构进行优化.以进水流道水力损失、出口流速分布均匀度及水流入泵平均角为评价指标,在合理范围内对椭圆形导流锥尺寸进行优化设计、模拟与性能对比分析.结果表明:导流锥长短半轴最佳尺寸为长半轴a=1.0D、短半轴b=0.4D(D为叶轮直径).优化后,进水流道水力损失为0.189 m,较优化前减少0.028 m;出口流速均匀度达94.28%,提升10.96%;水流入泵平均角为87.80°,增大1.02°.优化后泵装置效率和扬程均显著提高:在设计流量7.0 m3/s下,效率由64.39%提升至67.74%,扬程由9.62 m提高至9.98 m,装置效率最大提升5.81%.对优化方案进行模型试验,在设计流量下测得效率为67.03%,对应扬程为9.82 m,性能指标达到较高水平.数值模拟的性能曲线与试验结果吻合较好,效率最大偏差小于3%,证明了模拟结果的可靠性.研究成果可为同类泵站钟形进水流道的设计与优化提供参考.
  • 泵理论与技术
    大水头变幅水泵水轮机水力不稳定性机理及改善方法
    陈勇, 付晓龙, 赵旭泽, 李德友, 王洪杰
    2026, 44(2): 125-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0119
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    为实现“双碳”目标,积极推动清洁能源发展,抽水蓄能技术作为保障电网安全的重要手段得到广泛应用.针对大水头水泵水轮机在运行过程中可能存在“S”形特性区引发的振动和噪声等问题,基于数值计算对大水头水泵水轮机典型工况开展研究,采用定常数值模拟方法分析“S”形特性区的压力分布和旋涡流动,发现偏离设计工况时无叶区将形成挡水环,阻碍水流顺利进入转轮,导致旋涡堵塞流动通道等情况.文中基于不稳定流动机理,提出了通过优化转轮结构改善其水力特性的解决方案,有效抑制了流道内旋涡流动,减轻了流动分离现象,从而提升了机组的运行稳定性.研究结果可为大水头变幅水泵水轮机的优化设计提供理论参考.
    • 流体工程
  • 流体工程
    狭缝内双圆柱对称位置空泡溃灭试验研究
    应嘉泽, 沈钧炜, 张书瑞, 张宇宁
    2026, 44(2): 133-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0127
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    基于高速摄影试验台,对狭缝内双圆柱对称位置下的空泡动力学进行了试验研究.定性分析了不同初生位置下空泡的生长溃灭情况,归纳出了3种量纲一距离下的典型试验现象.同时,定量探究了不同典型现象下的空泡形态演化、形心移动、泡壁运动等特征.研究结果表明,双圆柱对称位置上的空泡动力学行为可根据空泡量纲一距离l*归纳为3种情形:情形1(l*较小),左右泡壁凹陷显著,无射流;情形2(l*中等),左右泡壁凹陷较弱,并产生射流;情形3(l*较大),右泡壁凹陷,产生射流.远离双圆柱一侧的泡壁形态演化剧烈程度大于靠近双圆柱的一侧,剧烈程度会随着量纲一距离的变大而增加.在双圆柱对称位置上,在空泡溃灭过程中其圆度、形心移动距离与溃灭半径和量纲一距离大小呈正相关.
  • 流体工程
    不同结构型式下水力旋流阀的气液固流动及性能
    马光飞, 邱丛威, 刘志鹏, 丁鹏, 方勇
    2026, 44(2): 141-147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0103
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    为研究不同结构型式水力旋流阀的气液固流动特性和工作性能,基于VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,对3种结构设计水力旋流阀的气液固流动进行了数值模拟计算.研究结果表明:结构设计可以控制气相体积分布,从而影响水力旋流阀的流动特性和工作性能;通过改变当量半径、腔体宽度、出口直径,可以影响集水井、水力旋流阀及下游管道内的速度流线分布、颗粒速度和粒径分布,获得不同工作性能的水力旋流阀;气相分布区域占据了颗粒的空间分布,促进了颗粒在集水井中的沉积;水力旋流阀的阻流和截流特性与气相分布形成的旋流、旋涡有关;在当前工况和集水井设计下,应优先选择R300 mm×L150 mm×d200 mm(其中R为当量半径,L为腔体宽度,d为出口直径)结构,其较小的阻力系数保证了一定的流通能力,且未因集水井溢流而造成二次污染;对于只考虑集水井不发生溢流的错峰调度工况,可根据实际情况选择R300 mm×L200 mm×d280 mm结构和R300 mm×L150 mm×d200 mm结构.研究结果为拓宽水力旋流阀的使用条件和提高选型能力提供了一定的参考依据.
  • 流体工程
    二维Clark-Y水翼云空化球形空泡动力学特性
    洪锋, 郭泽霖, 袁喜, 刘书畅, 黄笛, 贾金平, 雷恩宏, 黄应平
    2026, 44(2): 148-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0126
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    为了研究云空化周期性演变过程中的空泡动力学特性,基于均相流模型与离散相模型构建了一种单向耦合欧拉-拉格朗日思想的水力空化模拟方法,对空化数σ=0.8的二维Clark-Y水翼云空化流动进行了数值计算,得到了水翼瞬时升力系数变化及其表面云空化演变过程.通过求解球形空泡动力学方程,获取了该水翼云空化区内的空泡动力学演变规律.研究结果表明:该数值方法较好地模拟了水翼云空化内空泡的周期性行为;示踪粒子沿途压力的剧烈程度受空泡脱落与溃灭位置的影响;空泡内压与其所受流场压力有关,流场压力变化越剧烈,空泡内压幅值越高,其溃灭所释放的压力波也就越大,当空泡半径收缩至15.7 μm时其溃灭压强最大幅值可达69.800 MPa;空泡初始半径增大,空泡内压幅值随之减小,空泡形态变化基本稳定.文中研究方法可为大型水力机械中的球形空泡溃灭行为研究提供理论参考.
  • 流体工程
    三维柔性悬臂水翼变形模式对水翼水动力性能的影响
    王莹, 梁宁, 曹琳琳, 吴大转, 尚欢欢
    2026, 44(2): 156-163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0094
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    为了研究柔性悬臂水翼的动态变形对其水动力特性的影响,以某柔性悬臂水翼为研究对象,首先,提取出表征其变形特性的关键参数,建立柔性悬臂水翼变形的数学模型.然后,运用动网格技术,分析了2°,4°和6°这3个典型水翼攻角工况下,水翼弯扭耦合变形和单一变形(弯曲和扭转)对水翼水动力性能的影响.结果表明:相较于弯曲变形,扭转变形对水翼水动力性能有更大的影响;沿水翼展向从约束端到自由端,频谱中变形频率对应的强度幅值逐渐增大;6°攻角时,约束端附近升阻力受到变形频率和脱落涡频率的耦合影响;压力面上弯曲和扭转频率对应的压力脉动幅值分布具有较大差别,综合变形的压力脉动幅值分布特点可看作两者的叠加.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    变速抽水蓄能机组水力-电气耦合仿真技术研究
    许昌, 卢伟甫, 曾雪洋, 曹林宁, 朱洒, 冯陈, 郭磊, 于安
    2026, 44(2): 164-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0164
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    为了有效提高电网安全稳定运行水平和新能源资源利用率等,构建了由有压输水系统、水泵水轮机、交流励磁发电机和调速器等组成的变速抽水蓄能机组精细化模型,对抽水蓄能电站典型水力过渡过程开展了深入的计算分析.研究结果表明,交流励磁变速机组数值仿真整机模型可有效进行各工况仿真,仿真动态过程符合机组实际运行过程,效果良好.变速抽水蓄能机组在发电工况的调速器功率模型下进行增减负荷时,机组转速由交流励磁控制,其转速可以迅速得到精确调整,定子侧有功也能快速稳定在指定值;机组在发电工况的调速器开度模型下进行增减负荷时,机组出力由交流励磁控制,定子侧有功能够快速稳定在指定值,机组转速则缓慢稳定在指定值.
  • 水利水电工程
    嘉善县姚庄圩区闸泵群水动力联合优化调度模拟研究
    徐存东, 张昊臣, 訾亚辉, 齐敦哲, 韩文浩, 沈家兴
    2026, 44(2): 173-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0181
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    嘉善县姚庄圩区河网地势低缓,结构复杂,存在水体交换速度缓慢、水动力不足等问题.构建MIKE21二维河网水动力模型,并以闸泵运行能耗费用最低为主要目标函数,以流速、闸泵过流流量及过水时间为约束条件,建立闸泵联合调控优化调度模型,采用灰狼优化算法进行模型求解,得出更经济高效的调控方案,模拟分析在不同调控方案下水动力调控效果.结果表明,在优化调度方案运行下,各泵站及闸站的总耗电量降低了67.95%,水动力改善效果得到了明显提升,河道平均流速和最大流速明显增加,死水段长度占比缩短,河网整体最大流速可达0.325 m/s,最为突出的点位为南亦湾河段,流速大小增加幅度在50%~80%.研究结果可为中国平原河网闸泵联合调控提供技术支撑.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    膜炭共作对控灌稻田土壤水热和无机氮分布及产量的影响
    王昊, 刘继龙, 曹晓强, 李济桢, 孙伟丽, 王胤淇, 何语凝
    2026, 44(2): 182-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0200
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    为探究覆膜与生物炭对控灌稻田土壤水热和无机氮分布及产量的影响机制,设置不覆膜不施加生物炭(CK)、覆膜(CF)、施加2.5 t/hm2生物炭(CB)、覆膜+施加2.5 t/hm2生物炭(CBF)4个处理,分析覆膜和生物炭条件下不同土层稻田土壤水热、无机氮时空变化趋势、作物产量及其构成要素的响应特征,并量化覆膜和生物炭共作条件下土壤水热、无机氮和产量的相关特征.结果表明:与CK处理相比,不同覆膜和生物炭处理均可提高土壤含水量、铵态氮、硝态氮质量分数,其中,膜炭共作处理提高幅度最明显,增幅分别为7.2%~22.3%,8.9%~27.8%,11.0%~22.1%;覆膜(CF)和膜炭共作(CBF)处理可提高土壤温度,单施2.5 t/hm2生物炭对土壤温度没有明显提高;水稻产量与土壤含水量、土壤铵态氮及硝态氮质量分数间均呈显著正相关(P<0.05);膜炭共作处理使产量和净产值分别提高26.8%和15.1%,达到经济效益最大化.综合考虑,膜炭共作是文中控灌稻田的最佳管理模式.该研究为构建黑龙江稻田适宜覆膜和生物炭模式提供参考依据.
  • 农业水土工程
    内蒙古黄河南岸灌区膜下滴灌春玉米节水增产光合生理机制
    汪尚, 张彦群, 张德全, 莫彦, 刘勇, 胡鑫隆, 李巧灵, 旭日干, 王书吉
    2026, 44(2): 190-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0190
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    文中阐明了在内蒙古黄河南岸灌区春玉米生产中,采用膜下滴灌相较于传统畦灌实现节水增产的生理机制.通过开展膜下滴灌与畦灌的田间对比试验,系统测定了2种灌溉方式下的土壤含水量、作物生长及光合参数,并分析了不同处理间各参数的差异.结果表明,畦灌处理因幼苗期浅层地下水埋深较浅且补充灌水量大,土壤含水量维持在较高水平;而膜下滴灌处理减少了苗期灌水量,将土壤含水量控制在田间持水量的60%~90%,从而使作物生长、光合生理特性及产量均优于畦灌处理.至成熟期,与畦灌相比,膜下滴灌使株高、茎粗、叶面积指数和地上部干物质量分别提高了12.9%,10.2%,327.0%和23.2%;在大喇叭口期和抽雄期,膜下滴灌使蒸腾速率、净光合速率、气孔导度、叶片氮含量和SPAD值分别提升18.4%,14.5%,43.8%,18.2%和9.5%;同时,膜下滴灌还显著提升了大喇叭口期磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶与1,5-二磷酸核酮糖羧化酶的羧化速率,最终产量较畦灌提高33.8%.研究得出结论,膜下滴灌将土壤水分维持在适宜范围内并提高叶片氮含量,进而增强光合能力、促进作物生长,从而实现增产.该研究结果为在黄河南岸灌区推广滴灌技术提供了科学依据,并为该灌溉模式下春玉米生长的模拟研究提供了参数支撑.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    基于沙漠甲虫的集水仿生表面及制备方法
    张西良, 胡帅, 毛天宇, 徐云峰
    2026, 44(2): 201-207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0203
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    针对现有仿生集水方法成本高与环境适应性差等问题,受沙漠甲虫背部亲水/疏水复合微结构启发,研制了一种具有超亲水/超疏水复合微结构的集水仿生表面及其低成本制备方法.该方法通过涂覆改性SiO2层、掩模磁控溅射Ti膜、化学刻蚀转化Ti膜为TiO2阵列等步骤,在玻璃基底上形成超亲水/超疏水复合微结构表面.该表面借助超亲水性TiO2阵列捕获雾滴,同时通过阵列周围超疏水性SiO2涂层通道加速所捕获液滴脱落,提升集水速率.试验研究表明,随着掩膜板目数的增加,集水速率显著提升,当掩膜目数达到500时,集水速率可达3.455 g/(cm2·h);表面在酸性环境下易被腐蚀,导致集水性能下降,在碱性环境中,表面具有较好的耐碱性,可保持良好的集水效果.该方法成本较低、环境适应性强,为集水仿生表面应用推广提供了理论基础和试验依据.
  • 排灌装备制造技术
    不同主副喷嘴孔径比下射流撞击喷头水力性能
    李冰玉, 蒋跃, 王路雅
    2026, 44(2): 208-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0219
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    为了省去部分摇臂式喷头在中低压下所需加装的额外散水装置,基于主副射流非对称撞击模式设计了一种射流撞击喷头.通过水力性能试验获得中压与低压下不同孔径比(1.00,1.33,1.66,2.00)的射流撞击喷头与射流不撞击喷头水量分布和射程,计算获得组合均匀系数,结合高速摄影(high-speed photographic, HSP)试验捕捉的图像测量射流破碎长度变化,采用非线性曲线拟合孔径比、主喷嘴出口截面直径、射流破碎长度、工作压力与射程关系.结果表明:与射流不撞击喷头相比,射流撞击喷头呈现更平缓水量分布趋势;随射流撞击组合均匀性提高,射程降低;射流破碎长度随孔径比增加而增加,印证水力性能表现出的射程随孔径比增加而增加现象;根据所得综合评分,当主副喷嘴孔径比为2.00时,射流撞击喷头适用于中低压灌溉工作.该结果为非对称射流撞击喷头的研究提供了理论依据.