当期目录

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• 2026年, 44卷, 第4期
  刊出日期：2026-04-25

    

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  泵理论与技术
  流体工程
  水利水电工程
  农业水土工程
  
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泵理论与技术
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  泵理论与技术

  基于XGBoost和PB-NSGA-Ⅲ的热水循环泵水力性能优化

  刘栋, 席晨晨, 宋涛, 杨嵩

  2026, 44(4): 325-330. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0147

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  为了提高热水循环泵的水力性能,以YGB型热水循环泵的水力效率和扬程为优化目标,采用Plackett-Burman试验设计方法筛选出对优化目标影响显著的变量,分别为叶轮出口宽度、叶片包角、叶片出口安放角.对比了3种机器学习预测模型的准确度,并基于XGBoost算法建立叶轮结构参数和水力性能指标的近似模型.基于此近似模型,分别采用二代和三代遗传算法进行寻优,采用映射法选取折中解作为优化模型,优化后在设计工况下模型泵的水力效率提高了3.20个百分点.通过对比优化前后热水循环泵内部流场的数值计算结果,发现由于优化后叶轮流道变长且扩散度降低,叶轮尾部及工作面的湍动能高耗散区得到控制,流动损失减小.基于熵产理论对叶轮展向的局部熵产分布进行探究,优化后的叶片尾部及中部附近高熵产区域的面积明显减小,在设计工况下,叶轮及蜗壳内熵产较原模型分别降低了7.84%和5.58%.
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  泵理论与技术

  基于Hankel-DMD的立式混流泵压力脉动特性分析

  乔凤权, 孙毅, 吴延昭, 陈北帅, 陶然, 肖若富

  2026, 44(4): 331-339. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0063

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  为了保障低扬程泵站中立式混流泵的安全运行,需要对其无叶区压力脉动进行准确识别.基于数值模拟结果构建时间序列数据,利用具有延时嵌入特性的Hankel矩阵扩展动态模态分解方法,提取一维信号的主要动态特征.将所得频率信息与傅里叶变换分析结果进行对比,以验证识别的准确性.针对3个典型流量工况,分析了无叶区压力脉动的主频、能量分布及模态特征,并通过少量低阶模态对信号进行重构,以评估误差水平和方法的稳定性.结果表明,该方法能够有效识别动静部件相互作用引起的主要频率,并在弱能量成分提取方面优于傅里叶变换.低阶重构与原始信号保持较高一致性,误差控制良好.研究结论认为,该方法可准确表征立式混流泵无叶区压力脉动特征,为泵站内部复杂时序信号分析和运行安全评估提供了有价值的技术支撑.
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  泵理论与技术

  减阻效应下泵中纤维取向

  张启华, 钟成成, 方洲, 谢之昂

  2026, 44(4): 340-347. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0083

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  为真实地描述减阻效应下离心泵中的纤维取向特征以提高泵的工作效率,首先通过流体外特性试验验证减阻效应的存在,然后采用高速摄像机对泵内流体中的纤维进行拍摄,并在监测区域内采集纤维数据,进而分析整体和局部的纤维取向.同时通过ANSYS模拟液相,EDEM模拟固相,将固液两相进行耦合求解,进而计算流场内的压力场、速度场和湍动能.随后将试验得到的纤维取向特征与模拟得到的流体状态相互印证。分析结果表明:在基圆附近,纤维取向倾向于与基圆切线方向对齐;不同方位的纤维取向倾向存在差异,左右两侧小角度取向的纤维占比较上下方位更高,在叶轮或隔舌等结构的影响下,纤维取向分布趋于离散.结果表明,在减阻效应作用下,纤维呈现明显的取向倾向,纤维择优取向驱动减阻效应的发生,且纤维取向的对齐倾向有序性与流场的稳定性呈现正相关.
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  泵理论与技术

  带分流叶片的液力透平水力性能优化

  田修贵, 王生辉, 肖业祥, 汪程鹏, 杨一帆

  2026, 44(4): 348-356. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0139

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  为提高透平的水力性能,基于响应面法建立了一种透平分流叶片的优化方法.采用数值模拟方法,通过单因素试验,选取分流叶片的周向位置、出口偏转角、出口直径、入流角及出流角5个参数的取值范围;利用Plackett-Burman试验对各参数进行显著性分析,筛选出对透平效率影响显著的3个参数,即出口偏转角、出口直径、出流角;基于响应面法建立了分流叶片结构参数与效率和输出功率之间的回归方程,获得最优分流叶片的结构参数组合.结果表明,分流叶片的出口偏转角、叶片出流角、叶片出口直径对透平性能影响显著,当出口偏转角为4.8°、叶片出流角为23.1°、叶片出口直径为80.2 mm时,透平综合性能最优,在设计工况下,与原模型相比,优化后透平效率提高2.9%、输出功率提高5.6%.研究表明,响应面优化法有助于提升液力透平添设分流叶片时的水力性能.
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  泵理论与技术

  基于不同环量分布的轴流泵叶轮优化设计

  刘炼尘, 尚晓君, 戴晓霞, 孟凡, 王洪亮, 李彦军

  2026, 44(4): 357-364. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0069

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  为了提升某轴流泵站的水力性能,基于三维反问题方法,针对设计比转数为900的轴流泵模型进行优化.首先将叶轮出口环量分布分为恒定、线性和非线性3种形式,并通过正交试验设计在样本空间中分别确定了32组设计方案.利用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)技术,对原始方案及上述3种环量分布方案进行数值模拟.通过控制8项叶轮出口环量分布参数,实现了恒定、线性及非线性环量分布条件下的叶轮参数化设计,并对比分析了优化前后泵段的性能.结果表明,不同环量分布形式下,叶轮出口环量的变化趋势基本一致.其中,恒定环量分布方案的优化效果最为显著,其内部流动更为稳定,流速分布也更加均匀.在设计工况(流量360 L/s,装置扬程5.4 m)下,效率达到79.24%,水力性能显著提升.
流体工程
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  流体工程

  负压式风力机气动特性试验研究

  李寿图, 焦文昊, 刘智勤, 孔令轩, 陈子翰, 周甫

  2026, 44(4): 365-370. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0088

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  针对小型风力机风能利用率较低的问题,基于聚能和负压增功原理,设计了负压式风力机模型.通过风洞试验,研究了负压式风力机气动特性和功率输出特性.试验结果表明:当风速为7.5 m/s时,负压式风力机输出功率增长率为133.51%,当风速为12.5 m/s时,输出功率增长率降至20.39%,输出功率增长率总体呈现随风速增加而减小的趋势;风速一定时,负压孔距离地面越近,输出功率越低,封闭上半部分负压孔的平均输出功率为封闭下半部分的92.67%;负压孔的面积越大,风力机输出功率越大,负压孔1/3开度时的平均输出功率为全开工况的30.27%,负压孔1/2开度时的平均输出功率为全开工况的57.09%.结论可为采用负压增功原理提升风力机性能的研究提供有利的参考.
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  流体工程

  基于PCA-PSO-BPNN的长距离输水系统爆管诊断研究

  梁兴, 胡维浩, 艾鑫, 周明捷, 韩丽君, 钟方杰

  2026, 44(4): 371-378. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0189

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  针对某并联长距离输水系统爆管故障诊断问题,设计1 815组爆管工况并利用特征线算法获得系统压力表安装处压力变化数据,并引入正态分布将典型爆管数据泛化为特征相似的18 150组爆管数据,然后与370组稳态数据合并形成5种19维的典型状态样本集.进而采用PCA法开展压力特征分析和降维分析,在计入压力降分析的基础上分别形成9维输入和18维输入等2类样本集,并利用PSO算法改进BP神经网络等方法训练获得9维输入BPNN诊断模型、9维输入PSO-BPNN诊断模型和18维输入PSO-BPNN诊断模型,最后开展模型诊断精度分析.研究表明,利用PSO算法改进后的BPNN模型诊断准确率比9-BPNN模型提高了36.27个百分点;考虑压降的18维输入PSO-BPNN诊断模型不仅准确率高于其他2类模型,且3次训练所得模型诊断误差仅为1.32%,显示了较好的稳定性;针对工程实际运行数据集,18维输入PSO-BPNN诊断模型能有效适应各种情况,诊断准确率达到100.00%,这为长距离输水系统爆管故障诊断研究提供了新的方法.
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  流体工程

  煤化工V型调节球阀空化与流激振动分析

  黄文彬, 张伟政, 贾金光, 余列信, 林华, 刘经纬

  2026, 44(4): 379-388. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0120

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  针对煤化工V型调节球阀因非定常流动所产生的空化现象和共振问题,基于计算流体动力学探究了其典型开度的空化特性,揭示了其压力脉动响应时频域特征,并采用热流固耦合模态分析法研究了其振动特性.研究结果表明:V型调节球阀空化严重区域位于球体V口节流部位和后阀座扩散孔;当阀门进出口压差增大,阀内空化分布区域和气相体积分数均随之增大.阀内压力脉动主频与大幅值集中在低频区(0~100 Hz),开度越小,脉动压力能量分布频域越宽;其中30%开度存在2个主频峰,低频区主频对应大尺度空化团脱落的频率,而在287.00 Hz附近的主频峰对应小尺度空化团溃灭的频率.发生共振时,球阀最大模态变形位于气动装置处,且幅值均大于7 mm;球体在45.00~120.00 Hz和266.25 Hz附近出现了2组振幅波峰,其振幅突变点的频率不仅对应于阀门的固有频率,同时处于压力脉动主频区,易引起管道系统产生大幅度的振动.球体共振时其振荡幅值较大,易与阀座密封面产生频繁的冲击碰撞,不仅加剧了密封面与球体的微动磨损,同时易引发密封泄漏问题.
水利水电工程
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  水利水电工程

  考虑接触面切向冻结摩阻的寒区梯形渠道冻胀特性分析

  肖旻, 王正中, 张华, 江浩源, 杨晓松, 马兵

  2026, 44(4): 389-396. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0174

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  考虑坡板底端顶推力作用下冻土与衬砌板接触界面切向冻结摩阻的影响,将切向冻结力的作用效果引入控制微分方程,基于弹性冻土地基梁理论提出考虑冻胀力与冻结力共同作用的梯形输水渠道冻胀力学分析方法及冻胀破坏判断准则.该方法可与依据现行规范计算的渠道基土天然冻胀量有机衔接.基于工程力学理论提出一种计算坡板底端顶推力的简化方法.结合工程实例,用文中方法、传统方法、有限差分法计算渠道衬砌冻胀变形,并与观测值进行对比.结果表明,文中方法计算结果在变化趋势上与传统方法、有限差分法基本相符,与传统方法相比在量值上更接近观测值.最后研究了顶推力大小对渠道衬砌截面弯矩的影响规律.结果表明,顶推力通过决定切向冻结力分布而对截面弯矩分布有一定影响.顶推力越大,最大截面弯矩越大.若不考虑切向冻结摩阻的影响,截面弯矩计算结果将偏小,导致设计偏于不安全.最大弯矩截面位置在距坡脚约20%坡板长处,与现场调查结果基本一致.研究可为寒区梯形渠道抗冻胀设计提供参考.
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  水利水电工程

  基于FCSE结合BGWO-LSSVM的风电机组故障诊断

  王昕, 庄加利, 李法社, 刘飞, 宋颂伟

  2026, 44(4): 397-404. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0172

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  为了从机组复杂振动信号中挖掘出信息进行故障特征识别,提出一种基于分数阶思想的特征提取方法,以提高对风电机组不同状态信号的特征挖掘能力.考虑到信号的分数阶特征,通过引入分数阶余弦相似熵方法FCSE(fractional cosine similarity entropy, FCSE),提升对复杂信号特征的提取效果.同时,结合多策略改进的灰狼优化算法BGWO(multi-strategy improved grey wolf optimization algorithm,BGWO),寻找最小二乘支持向量机LSSVM(least squares support vector machine,LSSVM)的最优参数组合,以实现高效的特征分类.并对原始信号添加信噪比为3 dB的噪声,将FCSE与2种传统特征熵(样本熵、余弦相似熵)进行对比分析,以评估其抗噪性能.仿真结果显示,FCSE在给定数据集上的特征提取能力明显优于其他2种方法,而所提故障诊断系统在实验室数据集和实际振动信号下的分类最高准确率分别达到了100.0%和97.50%,证明了其在实际应用中的有效性和可靠性.
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  水利水电工程

  基于双模态特征变换PMSCNN-BiGRU-SA的机组故障诊断模型

  田祖哲, 郑寓, 周廷鑫, 俞晓东

  2026, 44(4): 405-414. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0112

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  为准确识别水电机组运行过程中的潜在故障,文中提出了一种基于双模态特征变换、并行多尺度卷积神经网络(parallel multi-scale convolutional neural networks,PMSCNN)、双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent unit,BiGRU)及自注意力机制(self-attention mechanism,SA)的故障诊断模型.首先从机组故障数据的时序特征出发,采用改进马尔可夫转移场(improved Markov transition field,IMTF)与同步压缩小波变换(synchrosqueezed wavelet transform,SWT)将一维时序信号转换为包含时间关联性的双模态图像;然后将双模态图像导入PMSCNN-BiGRU-SA网络进行故障特征的融合、提取与筛选,最终通过Softmax诊断故障类型.采用SK电站实测数据及XJTU-SY轴承数据集验证了文中所提出模型的有效性、先进性和普适性,并与其他方法进行了对比分析.结果表明,文中所提出的故障诊断模型在2组工程应用中分别取得了100.00%与98.75%的准确率,显著优于对比方法,为水电机组故障诊断提供了一种新的技术手段.
  
农业水土工程
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  农业水土工程

  新疆降水-参考蒸散时空分异特征

  介飞龙, 杨坤, 李升, 葛燕燕

  2026, 44(4): 415-422. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0034

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  为揭示新疆降水和参考蒸散时空演变规律及其驱动因素,文中研究基于新疆66个气象站点1951—2020年观测数据,系统解析了降水与参考蒸散量的时空分异特征及其驱动效应.结果表明:空间上,降水呈“山区多雨、盆地干旱,西湿东干”格局,地形抬升使山脉迎风坡形成降水高值区(500 mm左右),封闭盆地降水普遍不足150 mm;参考蒸散量则呈现“南高北低、东强西弱”特征,南部及东部超1 650 mm,北部多在600~900 mm,整体差异由气候干湿分异、天山地形阻隔及风动力协同驱动.时间上,多年平均年降水量177 mm,1982年发生突变,之后以0.52 mm/a显著增加;参考蒸散量1990年前以1.72 mm/a减少,1991年后转为3.56 mm/a增长趋势;年内水热同期特征显著,夏季同步达峰.水热耦合存在显著的空间异质性,北疆的强负相关反映了降水对蒸散的抑制效应,南疆的弱相关表明极端干旱区已趋近生态调节阈值.研究揭示了地形、环流及辐射的多元驱动作用对新疆降水-参考蒸散的影响,为区域水资源优化管理提供了科学依据.
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  农业水土工程

  基于灰狼优化算法改进的模糊神经网络PID的水肥电导率控制

  王恒志, 王振华, 刘宁宁, 张金珠, 李淼

  2026, 44(4): 423-432. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0177

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  为实现水肥一体化系统中电导率的精准控制,提出一种基于灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer, GWO)改进的模糊神经网络PID(fuzzy neural network PID, FNN-PID)控制方法.该方法结合了模糊控制的强容错性、神经网络的自适应学习能力以及灰狼优化算法的全局寻优优势,以提升系统控制性能与适应性.为验证控制效果,在MATLAB,Simulink平台中建立了水肥混合系统仿真模型,并分别设计了基于灰狼优化算法改进的模糊神经网络PID(GWO-FNN-PID)、模糊神经网络PID(FNN-PID)、模糊PID(FUZZY-PID)及传统PID共4种控制器,通过阶跃响应与抗干扰试验进行对比分析.结果显示,经灰狼优化算法改进的控制器阶跃响应超调量仅为1%,调节时间为14.2 s;在施加20%干扰的条件下,其超调量控制在6%以内,调节时间控制在6.0 s内,表现出优良的动态响应与抗干扰能力.研究可为水肥精准管理提供有效控制策略,对提高肥料利用率、推动农业可持续发展具有积极意义.