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    泵理论与技术
  • 泵理论与技术
    叶顶间隙对半开式卫生型离心泵能量损失的影响
    裴吉, 王振涵, 陈佳, 高晓飞, 韩沛, 王文杰
    2025, 43(5): 433-440. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0144
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    为研究半开式卫生型离心泵在不同叶顶间隙下的能量特性,采用非定常数值模拟方法,通过外特性试验验证数值模拟方法的正确性,基于熵产理论对不同叶顶间隙下半开式离心泵的能量损失进行定性和定量分析,并讨论离心泵内能量损失产生的原因.结果表明:随着叶顶间隙的增大,泵内流动损失增大,进而导致泵外特性呈下降趋势;在较大间隙下,叶片工作面高压流体通过叶顶间隙流向叶片背面产生大量泄漏流,并与主流相互耦合形成泄漏涡,泄漏涡强度随间隙增大而变大,从而产生更大的能量损失;不同间隙下,泵内能量损失分布特征总体相似,各过流部件对应的总熵产由大到小依次为蜗壳、叶顶间隙、叶轮和进口管道,蜗壳能量损失最大,这主要是由转子与蜗壳强烈的交互耦合作用所致.研究结果可为半开式卫生型离心泵的性能改善提供一定理论支撑.
  • 泵理论与技术
    立式潜水泵轴承磨损故障试验与多源信号特征
    王楷瑞, 吴刚, 张宇骞, 米勇, 刁鑫, 侯成刚
    2025, 43(5): 441-447. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0143
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    为了研究立式潜水泵在轴承磨损情况下的故障特征,以井用潜水泵为研究对象,构建多源状态监测系统,加工与选取轴承故障件,开展故障试验,采集潜水泵多工况下的电压、电流、振动与温度信号,分析信号的时域与频域特征.通过定制游隙增大轴承与选取服役失效轴承构建典型故障样本,搭建包含井上电气信号监测系统与井下机械信号采集装置的综合测试平台,试验系统同步采集三相电压与电流、径向与轴向振动、电动机温度及出口压力等多源信号,覆盖20%~160%额定流量工况范围.结果表明:定制故障轴承与服役失效轴承在各类信号上的特征相近;振动信号特征表现显著,振动峰峰值增大,径向振动的转频幅值显著增大,轴向振动表现为转频倍频的增大,在电流信号上则表现为对4倍频的转频调制.
  • 泵理论与技术
    不同工况下两级双吸卧式凝结泵的受力特性分析
    刘伟, 高瑞, 王鹏
    2025, 43(5): 448-454. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0203
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    针对某电厂的运行需求,采用优化设计、三维流场仿真及试验验证相结合的方法,系统研究了大型两级双吸卧式凝结水泵在不同工况下的受力特性.首先,通过数值计算与试验测试对比,验证了数值分析方法的可靠性以及优化设计方案的准确性.其次,通过非定常数值计算,详细分析了该两级双吸卧式凝结水泵在常规、瞬态及启动工况下的流场变化及受力特性.结果表明:首级叶轮流道的最低压力点位于叶片入口背面位置,且低压区分布区域很窄,这表明叶轮具有良好的抗汽蚀性能.对首级叶轮、次级叶轮在瞬态工况、启动工况下进行了轴向力、径向力的计算分析,发现首级叶轮最大轴向力和最大径向力分别为3 148.546和4 642.354 N;次级叶轮最大轴向力和最大径向力分别为2 132.887和5 906.412 N,所有受力值均符合设计要求,表明该凝结水泵在各工况下均能够满足安全、稳定的运行需求,达到了预期的设计目标.
  • 泵理论与技术
    来流条件对灯泡贯流泵装置水力性能的影响
    孙龙月, 孙猛, 潘强, 张德胜
    2025, 43(5): 455-462. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0080
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    为研究来流条件对灯泡贯流泵装置水力性能的影响,采用计算流体动力学方法对均匀和非均匀来流条件下的灯泡贯流泵装置内部非定常流动特性进行数值计算.从泵站进水前池出口断面提取速度分布数据作为模型泵非均匀来流条件,并与均匀来流进行对比.基于N-S方程和SST湍流模型模拟灯泡贯流泵装置内部的多工况非定常流动,并通过熵产方法和压力脉动对比分析了不同来流条件下模型泵装置水力损失和流场特性.研究结果表明:给定的非均匀来流条件会造成叶轮域和导叶域流动的非均匀性,降低了泵装置的水力性能;基于总压损失和熵产损失的对比分析,发现熵产分析方法能够评估过流部件的水力性能,其中起主导作用的是脉动熵产和壁面熵产;考虑单个网格体积的影响,进行熵产损失可视化并量化了局部高损失区域;通过压力脉动的幅频特性发现非均匀来流不会改变贯流泵装置原有的幅频特性,但会增大脉动幅值,不利于泵装置的稳定运行.
  • 泵理论与技术
    基于流固耦合的隔膜泵单向阀端盖螺栓优化设计
    韩世昌, 王杰, 李茜, 解天华, 李妍, 康宇驰
    2025, 43(5): 463-469. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0169
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    为改善铁精矿矿浆输送管线隔膜泵入口单向阀端盖的螺栓连接问题,建立单向阀三维模型及矿浆固液两相流模型,采用流固耦合方法,分析阀芯不同开度下端盖受力载荷谱及螺栓的受力情况.在此基础上,应用遗传优化算法对单向阀端盖螺栓进行布局优化设计,获取不同性能等级螺栓的优化布局,并验证优化结果的有效性.研究结果表明:保持螺栓性能等级为12.9级的情况下,可将原有8颗螺栓增加为10颗,单颗螺栓的直径减小6 mm,螺栓总体积降低8.2%,实现了轻量化设计,并降低了单颗螺栓的受力;若保持现有螺栓数量及直径不变,螺栓性能等级可降低为10.9级,从而有效降低生产成本,也是最容易实现的技改方案.研究结果可为单向阀的升级和改进提供一定依据,并且在轻量化和成本控制方面具有重要的工程应用价值.
    • 流体工程
  • 流体工程
    近壁面单泡形态演变及其诱导能量特性分析
    洪锋, 雷恩宏, 向可心, 邵哲闻, 袁喜, 贾金平, 应迪文, 黄应平
    2025, 43(5): 470-476. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0205
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    为了研究近壁面单空泡形态变化及其引发的能量效应,建立了近壁面单空泡的数值模型,分析了无因次距离、空泡初始半径以及空泡内容物对近壁面空泡溃灭形态变化的影响,通过推导并求解空泡溃灭能量方程,得到了不同条件下水域动能及空泡势能随时间变化规律.结果表明:不同无因次距离、空泡初始半径以及空泡内容物下的近壁面空泡形态变化不同,无因次距离越小,空泡达到最大半径所需时间越长,而空泡初始半径对二者的影响呈相反规律.此外,空泡内容物气体的种类根据其不同的物理性质(溶解度、分子体积等)对空泡溃灭总时长有不同程度影响.水域动能随时间的变化规律基本相同,均呈现三段开口向下的抛物线;除空泡增长初阶段有微小波动外,空泡势能变化的总体趋势为先增大再减小,其中无因次距离的影响最小.文中研究方法将为近壁面空泡能量特性研究提供理论参考.
  • 流体工程
    风冷无油涡旋压缩机散热翅片结构优化
    彭斌, 豆王红, 牛柯, 马凌宇
    2025, 43(5): 477-483. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0170
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    为了进一步提高无油涡旋压缩机风冷系统的散热性能,对散热翅片型线、截面、尺寸进行优化.以贝塞尔曲线为基础,构造新的散热翅片型线,并确定散热效果较好的散热翅片截面,然后利用正交试验进一步研究散热翅片各个尺寸对散热的影响并确定了最优的尺寸组合.结果表明:基于贝塞尔曲线构成的散热翅片型线换热性能更优;矩形截面在当前特殊的散热结构中具有更好的散热效果;影响涡旋盘平均温度的显著性顺序依次为散热翅片间距、散热翅片厚度,影响进出口压降的显著性顺序依次为散热翅片间距、散热翅片厚度;经正交试验选取的最优尺寸组合为散热翅片间距3.0 mm、散热翅片厚度3.5 mm;优化后涡旋盘平均温度下降了15.88%,有效提高了风冷系统的散热性能,为无油涡旋压缩机风冷系统散热翅片的研究提供了一定的参考.
  • 流体工程
    海水预腐蚀时间对泵用铜合金表面空蚀的影响
    于兴伟, 张永超, 邓濯, 陈泳元, 郑宇翀, 刘海霞
    2025, 43(5): 484-489. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0221
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    为了探究预腐蚀时间对空蚀性能的影响,基于ASTM G32标准并采用超声空蚀试验装置开展预腐蚀后铅黄铜的空蚀试验.对不同预腐蚀时间条件下铅黄铜表面形成的氧化膜的微观形貌和成分进行综合分析.结果表明:随着腐蚀时间延长,氧化产物发生变化.预腐蚀240 h后形成以Cu2O和ZnO为主要成分的氧化膜,预腐蚀480 h后部分Cu2O转化为Cu2(OH)3Cl,预腐蚀720 h后的氧化膜主要由Cu2O和NaZn4Cl(OH)6SO4·6H2O组成.腐蚀时间的延长使膜的连续性加强,削弱了试样与海水之间交换离子的能力,从而提高了铅黄铜的耐腐蚀性.预先形成的氧化膜可以减轻空化泡溃灭对试样表面的冲击作用.随着预腐蚀时间延长,试样经相同时间空蚀后的质量损失减少.预腐蚀720 h的试样在海水中经空蚀1 h后的质量损失是未经预腐蚀试样的约1/2,即预腐蚀可提升铅黄铜的抗空蚀能力.
    • 水利水电工程
  • 水利水电工程
    苏南地区双向流道泵站灌溉排水工程设计探讨
    朱兴业, 史东生, 魏巧, 戴从娟, 李彦军
    2025, 43(5): 490-496. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0019
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    为解决当前农业灌区普遍存在的水资源浪费及灌溉排水规划设计单一问题,切实推动农业灌区灌溉排水规划规范设计流程,以双向流道泵站为例,结合江苏省镇江市姚桥镇稻作灌区实际情况进行农业适配的理论研究.探讨主要应用于大中型水利设施的双向流道泵站在农业方面的可行性与效果,提出适合此灌区稻作农业的给水排水规划设计模式,给出适合的灌溉排水设计规划方案.设计选取2块相邻稻田进行实际种植对比,分别使用普通水泵和双向流道泵站进行灌排作业.灌排试验研究结果表明在稻田进行双向流道泵站规划可使水稻每个生长周期下的产量提高4.76%,泵站对比普通水泵电力节能7.2%,综合节水效果达到12.2%,所服务的稻田每hm2综合效益平均增加3 420元以上.强调了灌排水规划设计前准备工作的重要性,结合项目区概况,科学合理地对灌溉和排水工程进行了设计分析.
  • 水利水电工程
    高寒RFC坝施工越冬期温度应力控制
    陈德辉, 王子轩, 杨霖, 傅蜀燕, 欧斌
    2025, 43(5): 497-504. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0115
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    针对高寒地区堆石混凝土(RFC)坝,尤其岸边坝段在施工越冬期存在温度及应力控制的问题,在传统保温方法基础上,提出基岩保温和过渡层解决方案,以减轻岸边坝段温度应力影响.以云南省某RFC坝为模型,利用MSC-Patran进行前处理,ABAQUS进行计算和后处理.采用顺序耦合法,考虑分仓浇筑及气候变化等因素,建立有限元模型并进行仿真计算.结果表明:未保温时,坝体内外最大温差可达15.00 ℃,温度应力高达3.00 MPa,远超允许拉应力,存在破坏风险;实施保温措施后,坝体温度波动降低,内外温差控制在10.00 ℃左右,温度应力降至2.00 MPa以下;基岩保温措施进一步控制坝体边界温度及温度应力;引入过渡层后,内外温差下降至3.00 ℃左右,拉应力降低至1.00 MPa以下,显著提高了结构的稳定性和安全性.因此,高寒RFC坝施工越冬期有必要实施温控措施,提出的新方法能优化RFC坝温度应力控制.
  • 水利水电工程
    基于WEAP模型的丰乐河灌区渠系配水优化
    邓建伟, 张新民, 李昂, 降亚楠
    2025, 43(5): 505-514. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0093
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    以甘肃省酒泉市丰乐河灌区为研究区域,在选取典型水文年、概化灌区配水工程、精细识别灌区种植结构和确定不同渠道灌溉控制面积作物需水量的基础之上,以灌溉需水缺水量最小为目标函数,构建了基于WEAP模型的精细时空尺度灌区渠系配水优化模型.在考虑了作物空间分布和各生育期需水的基础上,选取并对比了6种不同的渠道配水优先次序方案下灌区的配水过程以及产生的灌溉效益.研究结果表明:在极端干旱的典型水文年,灌区渠系经验配水方式与作物实际需水不匹配的问题十分突出,会造成配水次序靠后区域的作物减产;在保障河道内生态流量的前提下,给偏好作物优先配水的配水次序与对应作物需水的耦合度更高,配水结果更合理;考虑优先供给灌区玉米种植区域的配水次序方案能在保证灌区灌溉效益公平性的同时获取更高的作物产量和经济效益,产量高出其他方案均值的6.9%,经济效益高出其他方案均值的10.5%;考虑优先次序相同的方案渠道缺水率的偏差仅为0.067,优于灌区习惯配水单年次序的0.163和双年次序的0.164.研究结果为提高灌区水资源利用效率和效益等提供重要技术依据.
    • 农业水土工程
  • 农业水土工程
    吐哈地区葡萄生理生长特性对水氮耦合效应的响应
    许宇双, 叶含春, 王振华, 李文昊, 陈朋朋, 李海强, 王东旺, 谢忠, 郑继亮
    2025, 43(5): 515-524. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0224
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    为研究不同水氮耦合方式对新疆吐哈地区滴灌葡萄生理生长的影响,以“无核白”为供试材料,设定灌溉量和施氮量2个因素:充分灌溉(D0)、新稍期轻度调亏灌溉(D1)和中度调亏灌溉(D2);常规施氮(N0)、减10%施氮量(N1)和减20%施氮量(N2),共9个试验处理,每个处理设置3个重复,CK处理为园区常规管理(D0N0),进行双因素完全随机区组灌溉试验.结果表明:相比常规水氮(CK)处理,轻度调亏灌溉耦合270 kg/hm2施氮量(D1N1)的处理降低了葡萄叶片的和胞间CO2浓度,但增大了叶面积指数、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度;D1N1处理葡萄的产量为31 132 kg/hm2,较CK处理差异不具有统计学意义,但灌溉水利用效率较CK处理提高了10.25%,氮肥偏生产力提高了10.78%;通径分析可知,葡萄的叶面积指数、净光合速率和蒸腾速率是影响产量的直接因素,叶片的相对质量含水率、气孔导度和胞间CO2浓度是影响产量的间接因素.综上,轻度调亏灌溉耦合270 kg/hm2施氮量的灌溉施肥模式是文中试验条件的最佳组合,稳定产量的同时节约了10%的水氮资源.
  • 农业水土工程
    河套灌区枸杞产量及根层水盐对微咸水灌溉量及矿化度的响应
    袁鹏伟, 杨树青, 张万锋, 娄帅
    2025, 43(5): 525-532. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.23.0260
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    为探究不同灌水量和矿化度的微咸水灌溉对枸杞根层土壤水盐分布及枸杞产量的影响,在河套灌区下游三湖河灌域开展为期2年的双因素田间含水率试验,设置3个灌水水平(210,300,390 mm,分别以W1,W2,W3表示)和4个矿化度水平(2,3,4,5 g/L,分别以S1,S2,S3,S4表示),以淡水灌溉为对照(0.608 g/L).结果表明:相同灌水量时,土壤含水率随矿化度增大而先增后减,S2时达到最大值;各微咸水灌溉处理均积盐,剖面土壤在灌水量少时出现盐分表聚现象,随灌水量增加,深层土壤盐分积累呈增加趋势;在微咸水灌溉处理中,W2S1的产量最高,2年平均鲜果产量为16 593.85 kg/hm2,干果产量为4 448.38 kg/hm2;模拟结果显示,河套灌区下游适宜的微咸水灌水量为334.90 mm,矿化度为2 g/L.
  • 农业水土工程
    氮肥三阶段施用对春茶产量与品质影响的试验研究
    宋佳伟, 胡永光, 潘庆民, 鹿永宗, 金矿
    2025, 43(5): 533-540. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-8530.24.0002
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    为探究不同氮肥施用模式对春茶产量与品质的影响,以“茂绿”茶树为栽培对象,将秋春夏三阶段氮肥分配比例T1,T2与T3及施氮总量N1,N2,N3与N4分别设定为5∶3∶2,6∶2∶2和4∶3∶3,以及300,375,450和525 kg/hm2,组合成12个处理并以茶园常规处理为对照(CK)进行施肥效果试验,分析不同处理对春茶产量(百芽质量)与品质(茶多酚、氨基酸与酚氨比)的影响.结果表明:当秋季施氮占比不低于施氮总量的50%时,百芽质量在施氮总量增加到N3(450 kg/hm2)时,达到最大为13.04 g,继续增加施氮总量反而导致百芽质量降低;与此同时,随着施氮总量增加,茶多酚含量有所降低,氨基酸含量有所提升,增至N3时,茶多酚质量比降至最低为176.49 mg/g,氨基酸质量比升至最高为25.22 mg/g.当分配比例一定时,百芽质量随着施氮总量增加而先增后减;当施氮总量一定时,分配比例T2水平下产量和品质的综合效果均达到最佳,茶叶酚氨比最小为7.00.推荐最优施肥方案:秋春夏三阶段氮肥分配比例为6∶2∶2,施氮总量为450 kg/hm2.