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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    一款临床用心室辅助泵的水力和生理性能分析
    韩欢, 黄博, 耿达, 陆斌, 吴清玉, 左志钢, 刘树红
    2025, 43(11): 1081-1089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0255
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    针对某款临床用连续流离心式心室辅助泵(简称C泵)进行全面评估,采用试验和数值计算相结合方法,系统分析其水力性能、内部流场特征、泵内剪应力分布和凝血风险等.结果表明:C泵流道内的涡流和局部高剪应力区域存在增加血栓形成的风险;在额定工况下,涡流主要出现在叶片出口区域;随着流速降低,涡流可能扩展并造成叶轮通道的局部阻塞;C泵最大标量剪切应力在叶片出口处的最高值可达 91.5 Pa,该位置与主涡流区最大壁面剪切率所在位置以及试验中血栓形成的主要位置相吻合,印证了复杂流动、高剪切应力和血栓形成之间的联系.血液试验显示,标准溶血指数(NIH)的数值计算结果与试验结果一致,进一步证实了数值计算结果的有效性.研究结果可为心室辅助装置的优化设计与安全性提升提供重要参考,并有助于降低其在临床应用中的血栓风险.
  • 泵理论与技术
    动静干涉-流场耦合作用下多级泵作透平压力脉动演化机制
    李小龙, 刘志望, 施卫东, 卢永刚, 腾海龙, 张军辉
    2025, 43(11): 1090-1097. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0249
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    为探究多级离心泵反转作透平(PAT)内部压力波的演化规律、传播特性以及其与瞬态流动结构的关系,以11级PAT为研究对象,采用k-ε湍流模型进行全流道三维非定常数值模拟,并应用小波变换分析各级关键点的压力脉动信号.结果表明:由动静干涉主导的叶频(fBPF)及其倍频是各级压力脉动的核心频谱成分;压力脉动幅值呈现显著的逐级累积增大趋势,且存在明显的相位叠加现象,特别是在第8级叶轮流道内发生的峰对峰叠加导致该处峰峰值异常增大;在同一级转轮流道,压力脉动幅值沿流动方向逐渐减小;随着压力波向后续级传递,各频率段幅值均大幅上升,低频分量增多,主频从第1级进口的fBPF演变为末级进口的2fBPF与4fBPF;压力脉动变化受动静干涉、旋涡结构及整体流动结构共同作用,BB3型结构有利于平衡轴向力,其中间级较长的导叶流道更有助于改善流场均匀性,从而在一定程度上改变了压力波逐级累积的趋势.研究结果可为掌握多级泵作透平压力波传播特性及优化其低压力脉动设计提供一定理论依据.
  • 泵理论与技术
    不同流量工况下诱导轮离心泵空化流动特性
    吴嘉佑, 潘中永
    2025, 43(11): 1098-1107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0018
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    为了研究诱导轮离心泵在不同流量工况下的空化流动特性,采用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对诱导轮离心泵内的空化流动进行数值模拟.模拟结果表明:相较于其他工况,大流量工况下诱导轮离心泵空化性能曲线更为平缓;随着有效空化余量NPSHA的降低,空泡由诱导轮与叶轮叶片的前缘向尾缘延伸;当发生严重空化时,空泡充满叶轮流道,导致扬程急剧下降;诱导轮与叶轮叶片上低压区的分布与空泡分布相对应;在大流量工况下,来流方向与诱导轮叶片形成的攻角由正攻角变为负攻角,导致诱导轮叶片压力面静压值并未明显大于吸力面,该流量工况下诱导轮流道内的空泡仅在叶片压力面前缘产生;随着空化程度加剧,泵内流场变得紊乱;在小流量工况下,叶轮与蜗壳中截面上形成较大涡团,且随着流量增大,涡团逐渐变小;受蜗壳结构影响,隔舌处与蜗壳上部靠近隔舌的位置熵产较高.
  • 泵理论与技术
    离心泵作透平非定常流动特性研究综述
    刘云琦, 王桃, 董元诚, 雷蕾, 黄腾飞
    2025, 43(11): 1108-1113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0268
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    作为一种结构简单、运维成本低的节能装备与微型水能利用装置,离心泵作透平(PAT)广泛应用于部分高耗能行业工艺流程与微型水力发电中.泵反转运行后常常伴随着振动与噪声问题,运行稳定性受到了国内外学者们的广泛关注,围绕泵作透平非定常流动特性方面的研究取得了较多的研究成果.在此背景下,对PAT非定常流动特性方面的研究成果展开了综述.首先,分别从试验研究和数值模拟2种方法总结了PAT非定常流动研究方法的现有成果;其次,归纳分析了PAT非定常流动运行特性方面的研究成果,关注PAT微观的流动情况及规律,结果表明运行稳定性、力学特性和瞬态特性相互作用、相互影响,其中动静干涉作用(RSI)在一定流量内对三者的影响是重要因素之一;最后,从PAT研究非定常性能的试验研究方法、过流部件的联合优化设计、工作介质
  • 泵理论与技术
    冲击式水轮机水斗关键几何参数对水力性能的影响
    唐鹏, 赵浩儒, 许彬, 郭娜, 祝宝山, 卢加兴, 李正贵, 张文武
    2025, 43(11): 1114-1122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0261
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    为了了解水斗设计中其几何参数是如何影响水斗性能及其内部流动特性,采用均相多相流模型和SST k-ω湍流模型对冲击式水轮机内部气液两相流动进行数值模拟,对水斗的宽度、深度、出口角和分水刃倾角开展了不同组合形式下的正交试验研究.通过极差分析发现水斗宽度是影响效率和出力的最关键因素,其次为分水刃倾角、出口角和深度.对不同水斗宽度下的流场分析发现,随着水斗宽度的增加,机组效率呈现出了逐渐增加的趋势,与水斗宽度100 mm相比,当水斗宽度增加到108 mm时,机组的相对效率增加了9.27%.在扭矩最大时刻,随着水斗宽度的增加,水斗的高压力区域范围增加,这就导致了水斗扭矩的增大,水斗做功能力增强.
    • 流体工程
  • 流体工程
    液滴形态对空化雾化影响机制的研究综述
    李兆豪, 张宇宁
    2025, 43(11): 1123-1132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0248
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    为了优化雾化技术并达到对雾化性能的要求,可以利用喷射压力、气体剪切力、静电场力等多种作用力,这些作用力共同作用于液体能够有效地破碎液滴并显著减小其粒径.空化溃灭冲击波在雾化技术中发挥着重要作用,能够有效地促进雾化过程的效率提升.通过这一机制,雾化技术的能耗可以得到显著降低.在此过程中,空化泡和液滴的动力学行为相互影响,揭示其相互作用的物理机制是提升空化雾化性能的重要基础研究议题之一.由于液滴在雾化场中呈现不同的几何形态,文中综述了4种形态液滴(分别为椭球形、截球形、圆柱形、球形)中空化泡射流及其对液滴飞溅行为的影响.依托空化雾化现象的高速摄影结果和气液界面的物理场分析,文中阐述了液滴形态对冲击波传播、射流形态演化及压力场分布的影响机制,为进一步提升空化雾化性能提供了理论依据.
  • 流体工程
    直线型植保无人机下洗流空间分布规律探究
    张子建, 王志, 沈跃, 沈春根
    2025, 43(11): 1133-1140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0228
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    针对直线型多旋翼气动布局植保无人机的结构特点,采用计算流体力学方法分析了无人机悬停时不同方向来流对下洗流空间分布的影响,在此基础上进一步分别采用单因素和多因素正交试验研究方法,系统分析了飞行高度、飞行速度和侧向风速三因素对前飞作业时下洗流分布特点的影响及其变化规律.研究结果表明:直线型植保无人机在悬停时下洗流空间分布受侧向来流干扰程度最大,无人机在前飞时飞行高度、飞行速度和侧向风速均与下洗流场的空间分布特征线性相关;下洗流纵向矢量速度值的影响程度由高到低依次为飞行速度、侧向风速和飞行高度.结论为后续下洗流对雾滴运动影响规律的深入研究提供一定的理论参考.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    管道余压发电机组齿槽转矩优化设计
    王世明, 王兴飞, 赵秀玲
    2025, 43(11): 1141-1147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0100
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    针对永磁同步电机齿槽转矩过大的问题,基于能量法推导出分段斜极参数与极弧系数对齿槽转矩影响的解析表达式.仿真结果表明,利用这些解析表达式计算的分段斜极参数与极弧系数能够显著降低齿槽转矩的幅值.为验证优化效果,采用响应面拟合方法建立了分段斜极参数、极弧系数与优化目标之间的二阶拟合模型,并扩展至八阶拟合模型.结果显示,拟合阶数越高,决定系数越大,拟合效果越好.结合粒子群优化算法对关键参数进行全局寻优.仿真结果显示,二阶回归模型优化后,齿槽转矩幅值降低96.060%;八阶拟合模型优化后,幅值进一步下降至96.452%,优化效果更为显著,且对反电动势几乎没有影响.试验结果验证了该优化策略的有效性,所提出的方法在大幅减小齿槽转矩的同时保持了电机性能的稳定性.
  • 水利水电工程
    感潮水利枢纽闸-站联合引水调度优化
    赵方玲, 仇宝云, 张宇, 刘红伟, 张瑾
    2025, 43(11): 1148-1154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0236
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    为降低向太湖应急引水运行能耗,在满足太湖入湖水量要求的前提下,根据枢纽上、下游水位变化规律,优化闸-站联合运行方案,考虑输水河道分流及蒸发、渗漏等因素的影响,以枢纽日运行能耗最小为目标,建立感潮河段闸-站系统联合引水日运行优化模型,改进鲸鱼算法求解模型,并进行数值计算分析.闸-站联合运行时,当太湖需水量与损失水量之和小于节制闸最大日引水量时,只需开启节制闸引水,泵站无需运行;当仅开启节制闸自流引水不能满足日引水量要求时,还需运行泵站抽水引水——当内河水位低于长江潮位时则节制闸自流引水,当内河水位高于长江潮位时则运行泵站抽水引水.结果表明:优化后闸-站系统联合方案与设计角度0°运行方案、最大角度2°运行方案相比,分别可节约单位引水量能耗约4.55%和11.88%;根据闸-站优化模型特点改进鲸鱼算法后有效提高了算法收敛速度和稳定性.因此,根据潮位优化感潮河段闸-站系统联合运行方案可以显著降低运行能耗,为调度运行提供理论支撑.
    • 排灌装备制造技术
  • 排灌装备制造技术
    高浓度流态冰管道清洗技术研究现状及发展趋势
    张金凤, 姚佳慧, 宋海勤, 李贵东, 颜卫兵, 莫丹君
    2025, 43(11): 1155-1167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0129
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    除了传统的化学、物理管道清洗技术外,国内外学者提出了一种新型的高浓度流态冰管道清洗技术.为了探讨这种技术的进展及未来发展趋势,首先概述了传统管道清洗技术的原理及优缺点;其次对流态冰特性、不同的流态冰浓度测量方法进行阐述;接着对高浓度流态冰管道清洗技术的原理和优势、相关的试验与模拟以及清洗装置进行了详细综述,并通过具体案例说明该技术在市政供水管道清洗中的应用.该技术利用流态冰具有的流体特性与固体特性实现高效去污,同时避免了化学残留和管道损伤问题,具有清洗效率高、安全环保等显著优势.最后,基于现有的流态冰浓度测量方法、废液检测及清洗技术等不足,从流态冰基础理论、高浓度流态冰管道清洗关键技术研究及应用3个方面对未来研究方向提出了展望,未来研究需提升测量精度、完善废液处理系统、优化复杂管网适配工艺,为管道清洗行业注入新动力.
  • 排灌装备制造技术
    基于TiO电极的栽培基质pH传感器性能及应用
    张西良, 张亚磊, 陈成, 谢飞洋, 徐云峰, 顾海琴
    2025, 43(11): 1168-1175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0067
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    为了优选TiO2电极最适宜尺寸,提高栽培基质pH值在线检测的综合性能,利用磁控溅射法将TiO2薄膜沉积在氧化铟锡/玻璃(Indium Tin Oxide/Glass,ITO/Glass)基板上,制备不同膜厚和面积的pH敏感电极,搭配固态Ag/AgCl参比电极构建pH传感器.利用扫描电子显微镜(SEM)观察电极薄膜表面形貌发展规律,分析响应特性;在标准pH缓冲溶液中测试传感器响应特性.结果表明:较厚的TiO2敏感膜具有更好的疏松多孔结构,传感器响应稳定性优异,但是响应灵敏度差;综合优选膜厚度为200 nm、膜尺寸为15 mm×15 mm的TiO2敏感电极,pH值响应综合性能接近玻璃电极传感器;利用优选传感器在栽培基质pH检测应用试验中,pH检测最大绝对误差为0.52单位;通过对误差规律的总结,构建质量含水率补偿模型;经过质量含水率补偿后,pH检测最大绝对误差降低到了0.12单位,相对误差在5%以下,满足栽培基质pH值在线检测性能要求.
  • 排灌装备制造技术
    基于多目标微压网式过滤器过滤性能优化
    陆辰, 刘贞姬, 姜波, 龙洋娟, 雷辰宇
    2025, 43(11): 1176-1188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0156
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    为提升过滤器的综合过滤性能、保障微灌系统的高效运转,搭建了微压过滤系统开展过滤性能试验.基于多目标均衡优化的思想方法,探究滤网结构和悬浮液杂质对微压过滤下过滤性能的综合影响.该方法以水头损失率、过滤效率和滤饼再生速率为评价指标,应用响应面法建立各评价指标目标模型,结合主客观组合赋权法与基于TOPSIS的Pareto前沿法实现多指标综合性能评价与滤网结构类型寻优.结果表明:滤网分形维数与微压过滤系统工作过程产生了较强关联性,可作为后续试验变量;评价指标对过滤性能影响排序由大到小为滤饼再生速率、水头损失率、过滤效率,所得目标函数模型均具有较高的可靠性;得到了不同悬浮液杂质条件下的滤网选型参考,滤网选型推荐分形维数较小的楔形滤网为综合最优滤网.研究结果可为微压网式过滤器的滤网选型和工程应用提供均衡决策参考.