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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    轴流式核主泵卡转子事故下压力波特性
    杨从新, 陈孝炎, 崔昊宇, 郭艳磊, 尹皓
    2026, 44(3): 217-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0017
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    为研究卡转子事故工况下轴流式核主泵瞬态过渡过程与压力波传递情况,通过建立反应堆一回路系统的三维闭式等效流场模型,应用计算流体力学方法对核主泵转子卡滞事故过程中系统管路内的瞬态压力波及水力载荷特性进行数值模拟.模拟结果表明:转子卡滞会引发显著的水锤效应,导致管路内出现局部压力突变并以压力波形式传播,其中主泵进口处监测到最高压力峰值为16.60 MPa,压力容器出口处监测到最低压力谷值为14.61 MPa,压力波由此沿管路传播并逐渐耗散;在流动截面与方向变化处产生显著水力载荷,最大载荷出现在主泵进口附近弯管处,为3.22×106 N,最小载荷位于反应堆压力容器进口弯管处,为8.94×105 N;空间分布上,蒸汽发生器出口因靠近主泵进口而压力较高,U型管顶部因流向变化压力进一步增大,而进口段与阻力元件处压力较低,反应堆压力容器进口侧因接近主泵出口而压降更为明显.研究结果揭示了转子卡滞事故下系统内压力波及水力载荷的时空演变规律,对反应堆一回路安全设计与瞬态动力学分析具有重要工程意义.
  • 泵理论与技术
    沙粒参数对离心泵内部流动特性影响
    王勇, 徐强, 王哓林, 李明, 雷嘉宁, 刘厚林, 赵建林
    2026, 44(3): 225-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0031
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    为研究沙粒参数对离心泵内部流动特性的影响,应用欧拉多相流模型对固液两相流工况下离心泵内流场进行数值模拟,并通过试验进行验证.基于滤波器湍流模型修正的局部时均化湍流模型,探究了沙粒体积分数和沙粒粒径对离心泵内固液流场特征及流动能量损失的影响.研究结果表明:随着沙粒体积分数的增大,离心泵的扬程与效率分别平均降低约3.7%和4.5%,叶片压力面附近的高体积分数沙粒分布区域逐渐扩大,且流道内中下游区域的沙粒跟随性逐渐增强,同时叶片压力面和蜗壳正面及两侧面的流动损失逐渐增大;随着沙粒粒径增大,离心泵的扬程与效率分别平均下降约2.5%和3.7%,叶轮流道内高体积分数沙粒分布区域逐渐减少且分布更加均匀,叶轮内径向各截面上沙粒速度分布区域保持不变但沙粒速度趋向降低,同时叶片压力面和蜗壳正面及两侧面的流动损失逐渐减小.研究结果可为固液两相流离心泵的设计提供一定的理论基础.
  • 泵理论与技术
    基于NSGA-Ⅱ算法的液环泵叶片型线流热特性多目标优化
    张人会, 叶文海, 冯彦辉, 唐玉
    2026, 44(3): 234-241. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0003
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    针对液环泵工作过程中大量的能量损失转换为热能,引起介质温升从而导致泵性能下降等问题,应用数值模拟与试验相结合的方法,并采用RBF神经网络代理模型和NSGA-Ⅱ遗传算法,对液环泵叶片型线进行流热特性的多目标优化分析.结果表明:泵启动过程中,流动的热平衡状态要比水力特性平衡状态滞后很长一段时间,引起热能增加的源项为压缩功和耗散损失项,耗散功主要分布在叶轮外缘、叶片出口背面及吸气区和压缩区壳体内壁,压缩功的较大区域主要分布在气相压缩区及排气区;构建的热能-效率代理模型及真空度-效率代理模型的预测误差均小于5%;多目标优化得到的Pareto前沿中,热能最低模型的热能比原始模型的热能降低了13.80%,其叶片呈现较大出口安放角β2和较小包角φ;效率最优模型的效率比原始模型的效率提高了7.97%,其叶片呈现较大出口安放角β2和包角φ;真空度最优模型的真空度比原始模型的提高了7.32%,其叶片呈现较小出口安放角β2和较大包角φ;随着出口安放角β2增大及包角φ减小,泵内产生的热能逐渐减小,热能与真空度存在一定的正相关性.研究结果可为液环泵性能优化提供一定的理论支撑.
  • 泵理论与技术
    基于NSGA-Ⅱ遗传算法的前弯型叶片透平多工况优化设计
    孟佳, 张德胜, 沈熙, 叶晓琰, 杨港, 罗文华
    2026, 44(3): 242-251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0049
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    为提高海水淡化领域透平对高压液体回收利用效率,以某前弯型叶片透平为研究对象,以其在0.6Qd,0.8Qd,1.0Qd和1.2Qd工况下的水力效率为优化目标,结合水力部件匹配性,经 Plackett-Burman 试验筛选出蜗壳与叶轮的 5 个设计变量.通过最优拉丁超立方设计 100 组试验,基于 Isight 平台搭建智能优化平台,耦合 RBF 神经网络与 NSGA-Ⅱ 算法完成多过流部件优化.研究结果表明:优化后透平的加权平均效率提高2.198%,4个工况下水力效率分别提升0.170%,1.990%,3.230%和2.370%,透平偏载和过载工况性能与稳定性显著提升,高效区运行范围拓宽;优化后蜗壳出流角与叶片进口安放角不匹配产生的脱落涡强度和范围减小,叶轮进口回流、流动分离等不稳定流动现象明显改善;蜗壳隔舌附近涡强度降低,二次流减少,受动静干涉作用影响减小,这说明优化后透平蜗壳与叶轮的匹配性提升,对动静交界区域的流场控制增强;同时,由于优化后流场控制优化,流道能量损失与多工况能量耗散降低.
  • 泵理论与技术
    旋转叶栅空化流动的涡动力学特性
    王燕燕, 赵伟国
    2026, 44(3): 252-260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0060
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    为研究空化发生时旋转叶栅内涡动力学特性,基于DES分离涡模型结合Zwart-Gerber-Belamari空化模型进行数值仿真,并进行试验以验证数值计算方法的可靠性,进一步分析叶轮内空泡、流线、涡结构、涡量、涡量输运项、湍动能等分布规律.结果表明:随着空化数减小,流道内形成高速流体并扰动空泡界面,空泡与旋涡相互耦合并堵塞流道,使旋转叶栅水力性能下降;同时,空泡体积增大促进旋涡生成,而旋涡及空泡界面剧烈的气液交换又是涡量变化的关键因素;科氏力项对涡量的贡献较小,但空化数较小时,空泡尾部旋涡结构区科氏力项对涡量的贡献显著增大;随着空化数减小,叶轮内高湍动能变化区、单位质量流体湍动能损失由叶片前缘逐渐向叶片尾部移动,其中造成湍动能损失的主要原因是流体与叶片碰撞、空化发展及不稳定空化阶段空泡尾部的旋涡运动.研究结果可为降低水力机械空化流动不稳定性提供一定理论支撑.
    • 流体工程
  • 流体工程
    基于Kriging模型的涡轮风机转子结构优化及噪声分析
    王龙滟, 叶成君, 徐健, 袁建平
    2026, 44(3): 261-267. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0001
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    为了解管道风机流量和噪声对其性能的影响,采用涡轮转子替代传统的多翼离心转子,并结合代理模型和遗传算法优化涡轮转子的5个主要结构参数,以进一步提升涡轮风机的性能.通过拉丁超立方试验设计方法生成了100组样本,以涡轮风机的最大流量作为目标参数,结合计算流体力学建立了回归Kriging模型.随后,利用遗传算法对回归Kriging模型进行寻优.研究结果表明:构建的回归Kriging模型能准确地描述转子的关键设计参数与涡轮风机的最大风量之间的关系,涡轮转子的进口直径Dj及叶片出口角β2对风机最大风量影响较大,随着数值的增加转子做功能力增强,叶片弯曲度f影响度居中,叶片数N与和进口角β1对风机最大风量影响较小;优化后的转子使得风机在相同转速下的最大风量提高了22.4%,流量为220 m3/h下噪声下降4.00 dB.
  • 流体工程
    湍动能对高效沉淀池絮凝反应的影响分析及试验研究
    杜沁熹, 陈斌, 杨陈, 许智
    2026, 44(3): 268-275. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0007
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    桨式搅拌机在混凝工艺中被广泛采用,通过调整桨叶的安放角,池内水体会呈现不同的流动结构.文中以高效沉淀池混合区作为分析对象,对桨式搅拌机设计了3种不同流动结构的搅拌模式,选取湍动能作为评价指标,利用计算流体力学软件STAR-CCM+与模型试验研究相结合的方法,来寻求最优搅拌方案.其中,方案1中上、下桨叶的安放角均为+45°,方案2及方案3分别调整下、上桨叶安放角为-45°.综合CFD计算结果与试验数据,两者对于水处理效果的评价较为一致,且桨叶旋转域内湍动能值较高,远离桨叶的静止域内湍动能逐渐降低,两桨叶之间的中层流域湍动能高于上下层水域;在相同搅拌转速下,方案3池内的平均流速和平均湍动能均为最高,但在相同功率消耗下,方案2的平均湍动能数值最高;从试验结果看,所有方案的浊度去除率均在处理量为10 m3/h、搅拌转速为60 r/min时达到最高值,方案2的去除效果显著优于方案1,方案2的最大去除率可达79.18%.研究结果表明:选取湍动能k值作为水处理评价指标是合理的,且k值过小或过大均会导致出水水质变差,设计合理的搅拌水力部件,通过控制湍动能优化流动结构,对于改善絮凝反应和提升去除率具有重要意义.
  • 流体工程
    基于CEEMD-IBES-ELM的水轮机尾水管压力脉动预测
    孙彦飞, 曾云, 钱晶, 马伟栋, 张欢
    2026, 44(3): 276-283. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0062
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    为有效预测水轮机尾水管的压力脉动并采取相应措施以减小压力脉动,提出了一种混合预测模型,该模型基于互补集成经验模态分解(CEEMD)、改进秃鹰搜索算法(IBES)和极限学习机(ELM)来预测尾水管的压力脉动信号.首先基于CEEMD分解将非平稳的水轮机尾水管压力脉动信号拆分为多个相对稳定的子模态部分.然后分别将分解后的子模态数据输入到ELM模型中进行深入的训练和预测分析,通过IBES对初始的权重和阈值进行优化处理.最终对每个子模态的预测结果输出进行叠加处理,从而得到了水轮机尾水管压力脉动信号的最终预测结果.仿真结果显示,提出的CEEMD-IBES-ELM预测方法能以相对较低的重构误差减少预测过程的复杂性.此外,与其他模型相比,该模型在预测的准确性和稳定性上都展现出明显的优越性,具有很好的应用潜力.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    复合盐-冻侵蚀下玄武岩纤维混凝土的寿命预测
    徐存东, 林哲楠, 李准, 王海若, 汪志航, 李博飞
    2026, 44(3): 284-291. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0102
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    为探究玄武岩纤维对混凝土力学性能和耐久性的影响,研究采用室内快速冻融试验模拟实际侵蚀环境,分析了不同体积掺量的玄武岩纤维(BF)混凝土在清水溶液和3%NaCl+5% Na2SO4复合盐溶液2种介质中冻融侵蚀下的力学性能演变规律,并结合核磁共振和超声波试验分析玄武岩纤维混凝土微观结构劣化规律;同时建立寿命预测模型,对玄武岩纤维混凝土结构的最大服役年限进行预测.研究结果表明:在复合盐溶液中冻融试块的力学性能和微观结构受到损伤远大于在清水中,且掺加玄武岩纤维的混凝土力学性能均得到提升,当纤维掺量为0.15%时,混凝土的抗盐-冻性能最好.灰色预测模型和威布尔2种模型的寿命预测结果大致相似,其中威布尔预测模型能够准确预测混凝土的服役年限.研究成果可为寒旱地区混凝土耐久性能及水工建筑物维护提供理论依据.
  • 水利水电工程
    基于DenseNet-GRU的混凝土拱坝变形深度学习预测模型
    刘宇星, 柴军瑞
    2026, 44(3): 292-299. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0043
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    传统的基于统计或机器学习的预测方法往往难以有效捕捉混凝土拱坝位移与多种影响因素之间的复杂映射关系,提出了一种新的基于深度学习的预测方法.该方法通过融合密集连接卷积网络(DenseNet)与门控循环单元神经网络(GRU),构建了一个DenseNet-GRU的模型,旨在提高混凝土拱坝变形预测的准确度和泛化能力.研究选取中国某地区一座典型的混凝土拱坝作为案例,采用多个测点的变形监测数据进行实证分析.结果表明:DenseNet-GRU模型能够精确地模拟所有监测点的位移变形过程,相比于其他深度学习模型,展现出更高的预测精度和更强的泛化能力.研究为大坝安全监测与健康管理提供了一种高效、可靠的预测工具,对于促进大坝安全管理实践的发展具有重要的理论和实际意义.
  • 水利水电工程
    调压室设置位置及体型参数对抽水蓄能电站水力干扰动态特性的影响
    廖苇嘉, 刘熠, 董梓玉, 李雨晴, 张健
    2026, 44(3): 300-307. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0231
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    基于特征线法,建立了设有调压室的抽水蓄能电站输水发电系统水力干扰过渡过程的数学模型,对比分析了频率调节与功率调节2种模式下受扰机组的最大出力摆动幅度及调压室涌浪峰值的差异,研究了水力干扰下,调压室设置位置、大井直径与阻抗孔直径等体型参数对过渡过程调节品质的影响规律.结果表明:在满足电站相关规范的前提下,适当减小调压室与厂房之间的距离,可在其他参数变化较小的情况下显著降低受扰机组的最大出力摆动幅度;功率调节模式下的调压室涌浪峰值高于频率调节模式,而频率调节模式下受扰机组的最大出力更大.为提升水力干扰过渡过程中的调节品质,应合理选择调压室阻抗孔与大井的直径,既能减小受扰机组出力摆动幅度,也能促进调压室涌浪快速衰减.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    土壤水氮分布对加气滴灌和土壤容重的响应
    雷宏军, 吕志芳, 潘红卫, 董烨成, 王文博, 刘鑫
    2026, 44(3): 308-315. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0041
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    为了研究不同土壤容重下加气滴灌对土壤水氮运移的影响,开展室内土箱入渗试验.设置2种灌水方式(加气滴灌、常规滴灌)、2个施氮水平(肥液质量浓度CN=300,700 mg/L)以及3个土壤容重水平(ρb=1.30,1.35,1.40 g/cm3),系统分析不同处理下土壤水分再分布特征及无机氮迁移规律,并利用结构方程模型解析土壤通气性对水氮分布的作用路径.结果表明:加气滴灌能够加快水分在土壤中的运移速度;随着土壤容重由1.30 g/cm3增加至1.35和1.40 g/cm3,土壤含水率分别降低了7.23%和6.49%.与常规滴灌相比,加气滴灌处理下的硝态氮质量分数总体提升了10.96%,而铵态氮质量分数总体减少了12.13%;同一土层深度的硝态氮与铵态氮质量分数均随土壤容重增加而降低.此外,土壤通气性随土壤容重增加逐渐减弱,而加气滴灌可显著提升土壤通气性.结构方程模型表明,加气滴灌能有效改善土壤通气性,且土壤通气性受土壤温度调控,并对土壤矿质氮质量分数具有显著影响.研究丰富了加气灌溉及不同土壤容重条件下水氮运移的基础理论,也为揭示通气性对水氮分布的影响机制提供了参考.
  • 农业水土工程
    基于改进YOLOv11模型的轻量化番茄水分状态识别方法
    杨维悦, 张杨杨, 孙秀路, 李金山
    2026, 44(3): 316-323. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.25.0048
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    为了构建一种轻量化番茄植株水分胁迫状态识别模型,以实现对植株水分状况的高效监测,为精准灌溉决策提供技术支撑,提出一种基于改进YOLOv11的轻量化识别模型.其核心方法包括:在原有模型基础上设计了轻量化检测头CDG,并将主干和颈部网络中的C3k2模块中的标准卷积替换为计算效率更高的部分卷积(partial convolution, PConv),从而构建出一个名为YOLOv11-C3k2_PConv-CDG的新模型.该方法旨在显著减少模型参数量与计算复杂度.试验结果表明,该模型在番茄水分胁迫监测任务中表现良好.与基准模型相比,其在保持识别精度的同时,浮点运算量(giga floating-point operations,GFLOPs)降低了0.8 G,模型大小减小了0.8 MB,训练时间缩短了约2 h.提出的YOLOv11-C3k2_PConv-CDG模型在确保高准确性的同时显著提升了效率,为番茄水分胁迫的实时、高效监测提供了一种有效的技术新途径.