当期目录

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• 2026年, 44卷, 第8期
  刊出日期：2026-08-25

    

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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

  人工智能驱动的离心泵水力优化研究进展

  袁寿其, 甘星城, 裴吉, 王文杰, 唐亚静

  2026, 44(8): 757-772. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.26.0050

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  在国家“双碳”目标与制造业高端化转型的双重驱动下,提升离心泵的能效水平与运行可靠性已成为流体机械领域的重要任务.在离心泵智能设计、智能制造与智能运维的完整技术闭环中,智能设计居首位,其优化水平直接决定了后续制造与运维环节的性能上限与节能潜力.然而,受高维设计空间、强非线性耦合与多目标冲突等因素制约,传统优化方法在建模精度、求解效率与全局寻优能力上均难以满足当前工程需求.近年来,人工智能技术的快速发展为突破上述瓶颈提供了新的研究范式.文中系统梳理了最近十余年人工智能驱动的离心泵水力优化方法的研究进展,围绕函数关系高效精确表征与高维多目标问题全局求解2个核心难点,从机器学习驱动与计算智能驱动2个维度展开论述,阐明了人工神经网络、支持向量回归、高斯过程回归等机器学习方法,以及遗传算法、粒子群优化算法与差分进化算法等智能算法在离心泵水力优化问题中的求解机制与适用边界.最后,通过对已有研究的量化对比分析,揭示了2类方法在适用问题规模与计算代价上存在显著差异,并从模型精度提升、样本验证成本降低及智能算法性能改进3个方面展望了未来发展方向,以期为高效、高可靠离心泵的智能设计提供理论参考与技术支撑.
  
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  泵理论与技术

  循环水温对液环泵性能的影响机理分析

  张人会, 冯彦辉, 蒋利杰, 冯玉稷

  2026, 44(8): 773-779. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0175

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  为分析液环泵内循环水温对其性能的影响机理,搭建液环泵流-热特性测试试验台,基于流-热耦合数值模拟方法进行液环泵内流-热特性分析.分析结果表明:2BEA-202型液环泵启动后,在不同循环水温下运行约55 s后,其进口真空度、轴功率、吸气量逐渐达到稳定状态,但运行560 s后才达到热平衡状态.随着循环水温的升高,液环泵的轴功率、吸气量、效率均呈现逐渐减小的趋势;循环水温从15 ℃升高到60 ℃,液环泵的吸气量下降了5.7%,效率下降了2.9%.数值模拟分析表明,气体从泵进口到出口不断被压缩,比体积逐渐减小;随着循环水温的上升,p-v曲线逐渐向上平移,气体逐渐膨胀,在液环泵内工作腔容积不变的条件下,其吸气量逐渐下降;另外,随着循环水温的上升,液环泵内耗散功和压缩功的总和呈现逐渐上升的趋势,泵的效率逐渐下降.
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  泵理论与技术

  转轮室圆周开槽对轴流泵叶顶泄漏涡抑制研究

  吴浩然, 沈熙, 刘晓明, 张德胜, 杨港, 唐睿, 常丞欣, 刘西平

  2026, 44(8): 780-788. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0166

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  为了解决叶顶泄漏流及其与主流卷吸形成的叶顶泄漏涡严重影响轴流泵稳定运行的问题,文中以某一轴流泵模型为研究对象,基于SST k-ω湍流模型开展转轮室圆周开槽对轴流泵内叶顶泄漏涡(tip leakage vortex, TLV)影响的数值模拟研究,并通过模型泵外特性试验验证了数值模拟的准确性.研究结果表明:设计工况附近,方案A使泵的扬程和效率均有所提高;而在小流量工况下,3种转轮室开槽方案均导致泵性能下降.叶顶前缘附近圆周槽干扰了叶顶泄漏流进入叶片吸力侧流道及其与主流的卷吸过程,抑制了叶顶泄漏涡的形成.旋涡结构及低压区域靠近叶片壁面,使二者对流道内流动稳定性的不利影响减弱.叶顶中后部转轮室开槽在影响叶顶泄漏流的同时,诱发了叶顶区的不稳定流动.研究成果对轴流泵叶顶泄漏涡抑制及稳定运行控制具有理论指导意义.
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  泵理论与技术

  基于CFD-DEM的螺旋混流式深海矿浆泵内颗粒流动特征

  马登学, 李仁年, 江丰佚, 尚天阳, 申正精

  2026, 44(8): 789-797. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0182

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  以螺旋混流式叶轮-空间导叶组合结构的深海矿浆泵为研究对象,采用计算流体力学-离散元耦合方法(computational fluid dynamics - discrete element method,CFD-DEM),定性和定量分析了不同来流边界条件下颗粒在泵内的运动规律和非均匀分布特征.结果表明:叶顶间隙泄漏和叶轮进口预旋是小流量工况下叶轮进口颗粒沉积的主要原因;此外,泵内颗粒数量变化可分为增长期和稳定期2个阶段,各流量工况下,泵内颗粒数量变化趋势一致,并且颗粒在叶轮和空间导叶内流动具有动态非均匀性.随着流量增加,颗粒在叶轮中的集中分布区域由工作面向叶片背面过渡,在设计工况和大于设计工况下,叶轮内颗粒非均匀流动现象的周期性更为明显;相比于叶轮流道,颗粒在空间导叶内主要沿着工作面流动,且空间导叶内颗粒的非均匀分布程度更高,除大流量工况外,该非均匀流动程度与流量呈负相关关系.
流体工程
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  流体工程

  高压静电场下固体颗粒床沸腾传热特性

  王海, 王晨, 何卫建

  2026, 44(8): 798-805. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0201

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  针对固体颗粒床多孔结构沸腾过程中临界热流密度低、气泡成核不足等问题,采用有源电场强化技术对加热面固体颗粒床的沸腾传热性能开展研究,选用介电流体AE-3000为沸腾工质,分析了不同电极形式对沸腾传热特性的影响,探究了电场作用下加热面平铺不同尺寸固体颗粒及不同层数固体颗粒的沸腾传热性能.结果表明,高压静电场能够显著降低固体颗粒床核态沸腾初期的起始过热度;在中高热流区,加热面平铺5 mm固体颗粒可在气泡浮升力作用下发生振荡弹跳,促进液体回流和气泡脱离,沸腾传热性能优于其他尺寸固体颗粒.同时,静电场能够有效推迟固体颗粒床表面临界热流密度的出现,施加电压越高,各固体颗粒表面的临界热流密度强化效果越好,相较于无电场状态最大可提高72.0%.此外,研究发现,电场作用下加热面平铺3层固体颗粒床可获得最佳沸腾传热性能,其沸腾表面传热系数相比光滑铜表面提高了58.1%.
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  流体工程

  密闭容器清吹过程气液两相流动及噪声分析

  何豪杰, 张祖提, 姚伍平, 李红钢, 费銮, 龙新平

  2026, 44(8): 806-814. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0118

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  以倾斜布置的密闭容器为研究对象,围绕清吹过程中气液两相不稳定流动及流体噪声耦合机理开展研究.基于体积分数法(volume of fluid,VOF)表面跟踪法与Lighthill声类比理论,构建计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)与计算声学(computational acoustics, CA)相结合的混合数值模型,对清吹初期瞬态流场与声场进行耦合仿真,并对低背压高压差与高背压低压差2种工况进行对比分析.结果表明:高速气体射流冲击液面会形成显著凹陷、卷吸与飞溅结构,诱发强烈压力脉动和宽频噪声辐射;压差增大可提高稳定阶段吹除速率,但会加剧液面破碎与排水管通气现象,导致总声压级提高约30 dB.高背压低压差工况下流动演化更为平稳,清吹时间仅小幅增加,而噪声显著降低.研究揭示了压差对不稳定流动尺度及特征频率迁移的调控作用,为清吹参数优化与辐射噪声控制提供了理论依据.
水利水电工程
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  水利水电工程

  大型混流式水轮机宽负荷运行不稳定流动特性及控制

  姬升阳, 曾广栋, 魏学锋, 朱斌, 李超顺, 李黎浩

  2026, 44(8): 815-826. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0219

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  为保障新型电力系统稳定运行,常规水电机组需实行宽负荷运行以应对新能源间歇性出力带来的频繁调峰需求.然而,传统机组设计时未考虑宽负荷工况,导致偏负荷运行时出现严重的水力不稳定性问题.以某大型电站混流式水轮机为对象,基于SST k-ω湍流模型对宽负荷工况的内部流动及压力脉动特性进行数值模拟.结果表明:在25%开度以下运行时,转轮内涡导致流态紊乱;尾水管进口处水流冲击壁面形成涡和回流,进而发展为尾水涡带;动静干涉和尾水涡带导致监测点出现0.2倍、5.0倍、15.0倍和24.0倍转频的压力脉动.建立了基于熵产理论的水力损失-空化耦合分析框架,揭示了额定水头下100%开度时转轮出口边高熵产区与低压区耦合形成空化敏感区,空化风险限制了稳定运行上限.基于流态分析、压力脉动特性和空化风险评估,提出了多水头工况下宽负荷稳定运行区间的动态确定方法:额定水头下推荐50%~70%开度、最大水头下推荐50%~65%开度.
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  水利水电工程

  基于辛几何模态分解与深度学习融合的推力轴承瓦温预测

  李佰霖, 张钰烽, 唐淞, 马云帆

  2026, 44(8): 827-837. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0102

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  针对水电机组推力轴承导瓦温度因多因素耦合与非线性影响而难以准确预测的问题,通过深入机理分析并筛选出关键影响因子,提出一种基于SGMD-SE-AVOA-BiLSTM-Informer的组合预测模型.首先利用辛几何模态分解(symplectic geometric mode decomposition, SGMD)结合样本熵(sample entropy, SE)对温度信号进行多尺度分解与单分量重构,然后针对不同复杂度的分量分别采用双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory, BiLSTM)与Informer模型协同建模,并通过非洲秃鹫优化算法(African vultures optimization algorithm, AVOA)对关键超参数进行优化,最终融合各分量预测结果实现温度的精确预测.试验结果表明,所提模型的预测指标RMSE,MAE,MAPE及R²分别为0.516 1 ℃,0.418 1 ℃,1.031 9%和0.997 5,相较于2种单一模型以及5种耦合消融模型显示出显著优势,有效验证了该方法在处理推力轴承导瓦温度信号多尺度与非线性特性方面的适用性和优越性.
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  水利水电工程

  智能泵站机组监测平台的设计与数字孪生技术应用

  彭文杰, 王文杰, 裴吉, 袁寿其, 李彦军, 孟小敏

  2026, 44(8): 838-847. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0100

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  为响应水利工程全要素、全过程数字化、网络化、智能化管控体系建设的战略要求,基于数字孪生五维模型的理论框架,结合LabVIEW平台及各类传感器软硬件技术,构建了一套集在线监测、故障预警、流态展示、工况识别于一体的泵站机组数字孪生状态监测平台.平台研究数据底板建设、模型库开发、可视化交互等关键技术,数据底板建设为系统提供了可靠的基础数据支撑.平台通过集成多种传感器信息,确保了泵站机组运行状态的全面感知;通过标准化、模块化的方式搭建模型库,支持泵站机组各类运行工况的建模与实时更新,为平台提供了精准的映射能力.通过数据驱动,数字孪生模型实时映射了实际泵站机组内部的流态及运行工况,能够实时精准反映泵站运行的动态.该平台已成功应用于淮安三站,经过实际运行验证,展示了其优异的性能.平台人机界面设计简洁直观,交互性强,能够高效模拟泵站机组的真实运行状态,实现了对泵站各类工况的精准再现.
农业水土工程
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  农业水土工程

  干密度与含水率影响下生物炭对盐渍土渗透特性的调控机理

  李明玉, 王瑶梦, 陈天骄, 徐莹莹, 张艳星

  2026, 44(8): 848-855. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.26.0028

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  针对盐渍土渗透性过高、难以满足垃圾填埋场覆盖层防渗要求的问题,文中系统探究玉米秸秆生物炭改良盐渍土渗透特性的调控规律.通过变水头渗透试验,系统分析了生物炭掺量、干密度与含水率(质量含水率)对生物炭改性盐渍土渗透特性的影响,并结合扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)与压汞(mercury intrusion porosimetry,MIP)微观测试方法,从微观结构层面揭示了其调控机制.研究结果表明:干密度与含水率均能影响生物炭改良盐渍土的渗透性,渗透系数随干密度增大而减小,且干密度对渗透系数的影响程度受生物炭掺量调控.干密度对渗透系数离散性的影响以5%掺量为过渡转折点:低掺量时离散性随干密度增大而减小,高掺量时则随干密度增大而增大.这归因于高掺量下生物炭颗粒对土体有效渗流通道的填充趋于饱和,并与土颗粒形成抗压实的团聚体结构,使进一步压实对渗透系数降低的边际效应减弱.随生物炭掺量增加,渗透系数随含水率的变化规律表现为“正相关—平缓—负相关”的连续转变.微观分析表明,生物炭表面丰富的官能团通过吸附作用抑制盐分集中结晶,同时其多孔结构为盐结晶提供分散成核位点,从而缓解了盐分对原生渗流通道的堵塞效应,有助于维持渗透稳定性;压汞试验表明,随着生物炭掺量从0%增至15%,大孔体积占比由62.3%降至41.5%,孔隙连通性降低.文中结果可为盐渍土在防渗工程中的改良应用提供理论依据与技术参考.
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  农业水土工程

  喷灌条件下基于无人机多光谱影像的夏玉米叶面积指数反演

  高敏, 侯冉, 刘小磊, 孙秀路, 段福义

  2026, 44(8): 856-864. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.26.0004

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  针对玉米叶面积指数(leaf area index, LAI)遥感反演中缺乏对不同生育期特征组合与降维方法系统比较的问题,基于不同水氮梯度田间试验,获取大喇叭口期、抽雄吐丝期及灌浆期的无人机多光谱影像与地面实测LAI数据,系统比较仅植被指数、仅纹理特征及融合特征3类输入,结合偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)、递归特征消除(recursive feature elimination, RFE)、最小绝对收缩与选择算子(least absolute shrinkage and selection operator, LASSO)这3种降维方法,对比3种降维方法分别与5种机器学习模型组合后的反演精度与泛化效果.结果表明:融合特征在多数组合中优于单一特征,大喇叭口期决定系数R²较单一特征最高提高0.14;纹理特征在冠层郁闭后期具有抗光谱饱和能力,灌浆期仅纹理特征的精度已接近融合特征.3种降维方法中,LASSO普适性最强,与随机森林结合在抽雄吐丝期取得最高精度(R²=0.89,相对分析误差RPD=3.11);PLSR降维与线性模型适配良好(R²为0.80~0.86),但与非线性模型适配性差;RFE在大喇叭口期表现优异,后期精度下降.最优模型因生育期而异:大喇叭口期线性模型更稳健,抽雄吐丝期与灌浆期非线性模型精度更高,抽雄吐丝期为最佳监测窗口.文中研究形成的“生育期-模型”动态适配策略,可为玉米精准水肥管理提供高精度LAI数据支撑.