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.

为改善低比转数离心泵的空化性能,设计了一种串列叶片结构的叶轮模型,采用修正的SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型对离心泵进行瞬态的数值分析,并通过外特性试验和空化试验对算法进行验证,通过对比原模型与串列叶片叶轮模型的外特性与空化特性以及叶轮内的流场结构、压力分布、湍动能分布、空泡体积和压力脉动情况,分析串列叶片结构对离心泵空化性能的影响.结果表明:串列叶片结构对离心泵的外特性影响较小,但在空化发展和严重阶段抑制了空泡的产生,改善了泵的空化性能;同时抑制了空化初生阶段的高湍动能区域的扩张,削弱了空化发展和严重阶段叶轮出口湍动能强度,减少了旋转叶轮周围形成的低压区;降低了空化发展和严重阶段时蜗壳隔舌处的压力脉动主频幅值,对空化诱导产生的噪声和喘振起到抑制作用,可使泵的运行更加稳定.

为探究不同环境工况条件下加速硫酸盐侵蚀混合砂混凝土内部孔隙结构的变化规律,通过初始损伤、复合盐、冻融循环、干湿循环、多倍浓度和高温环境工况条件下硫酸盐侵蚀混合砂混凝土试验,结果表明:不同环境工况下硫酸盐侵蚀作用对混合砂混凝土内部的孔隙结构变化规律影响不同,随着侵蚀周期的增加,除多倍浓度与复合盐工况下无害孔呈现略有增加外,其余工况下无害孔和少害孔占比总体均呈现降低趋势;与对照组相比,多倍浓度、初始损伤和冻融循环工况下无害孔占比减少,而复合盐、高温和干湿循环工况下无害孔占比相对增多,初始损伤和高温工况下多害孔占比大幅增多而其余工况多害孔占比均减少;与对照组相比,干湿循环工况条件下孔隙度最大提升32%,多倍浓度工况条件下平均孔径最大提升3 255.4%,初始损伤工况条件下,束缚流体饱和度损伤量和自由流体饱和度的增大量最大.

在ANSYS Workbench的基础上结合OptiSLang优化设计软件,对混流泵启动过程进行优化.利用准稳态理论和全流域模型计算数据,建立了混流泵准稳态启动过程的水力性能响应面替代模型.通过NSGA遗传算法优化内部流动状态,降低启动过程中的涡致能量损失,从而提升混流泵的水力性能.将原始混流泵与优化后混流泵的外特性、叶片压力分布进行对比,并分析混流泵内部涡结构,验证了所提出的准稳态启动过程水力性能优化方案的可行性.研究结果表明:叶片进口安放角α₁,α₄,α₅,叶片出口安放角β₁,β₂,β₃,β₄,β₅,叶片包角φ和叶片厚度系数θ对混流泵加权平均扬程和加权平均效率的影响程度较大;对比不同启动时刻下混流泵的叶片压力分布,发现该方法能够有效提升混流泵启动中后期的瞬态扬程和启动中期的水力效率.

为揭示混流式喷水推进泵在空化工况下内部涡结构的演化情况,在空化数为0.142的工况下使用Ω涡识别方法对其内部涡结构进行识别和研究,在此基础上研究了空化对涡结构特征演化的影响,并分析了1个周期内涡量运输方程各项对涡结构演化的贡献.结果表明:空化工况下,喷水推进泵内部流动复杂,极易产生旋涡,主要的涡结构有叶顶泄漏涡、次级泄漏涡、垂直空化涡和次级泄漏衍生涡;随着三角形空化的坍缩,进口附着涡的涡结构尺度增加,但叶顶泄漏涡因为空泡逐渐增大的缘故涡量逐渐减小;1个周期内,喷水推进泵内空泡尺度较大时,涡结构数量较多,但强度较小.空泡尺度较小时,涡结构尺度较小,强度较大;通过对涡量运输方程进行分解可以发现,拉伸扭曲项的分布与涡量分布具有极高的相似性,压缩膨胀项的量级最高,对垂直空化涡和脱落涡的变化较为敏感,斜压扭矩项在垂直空化涡的发生位置量级较高.

基于蠕动泵配肥注肥一体化装置,针对蠕动泵在工作过程中由回流现象导致装置配肥注肥精度降低的问题,对蠕动泵中滑靴结构进行优化,并开展水力性能试验,以揭示关键结构参数对配肥流量、泵管温度、瞬时流量、回流系数的影响规律.研究结果表明:在相同蠕动泵转速条件下,随着滑靴半径增大,配肥流量逐渐减小,而泵管温度逐渐增大,在半径为37.5 mm时达到最大值,为51.3 ℃,平均回流系数先减小再增大,在半径为30.0 mm时达到最小值,为0.56;在相同滑靴半径条件下,随着蠕动泵转速增大,配肥流量逐渐增大,瞬时流量呈先增大再减小的趋势,泵管温度先急剧上升,后趋于稳定,而回流系数呈先减小后增大再减小的趋势;采用综合评分法和熵权法进行分析,获得最优滑靴半径为30.0 mm,灌溉系统工作中蠕动泵转速为30 r/min.研究结果可为水肥一体化装置提高施肥精准性提供一定依据.

针对离心泵薄壁钛合金叶轮叶片表面粗糙度控制困难以及在使用过程中砂石对叶片表面的磨损问题,分别在氩气和空气氛围下采用纳秒脉冲激光器对铣削后具有高粗糙度的TC4钛合金表面进行抛光,发现在氩气氛围下能获得更好的抛光效果,能使工件表面算术平均高度下降56.12%、表面硬度提高21.94%;而在空气环境下,工件表面获得了高硬度的氮化钛,表面算术平均高度下降了51.89%,硬度比原始表面提高了176.79%.摩擦磨损试验结果表明:原始的工件表面和氩气氛围下抛光的工件表面均以磨粒磨损为主,其中在氩气氛围下抛光的工件由于抛光过程中获得了硬度较高的α′-Ti马氏体,因此表面的磨痕宽度更窄;而在空气氛围下则由于重熔层获得了高硬度氮化钛使得工件表面平均动摩擦系数从0.46降至0.16,显著提高了工件表面的耐磨性,磨痕宽度大幅降低,在与GCr15陶瓷球对磨过程中工件表面则主要表现为黏着磨损.

为研究透平式能量回收一体机的转子系统轴向窜动平衡轴向力特性,应用雷诺时均法(RANS)并采用SST k-ω模型对一体机进行了全流场数值模拟计算,分析了轴向间隙尺寸变化对一体机水力性能的影响,获得了一体机在5组轴向间隙尺寸下的内流特性及轴向力变化特性.结果表明:轴向间隙尺寸对透平端的间隙泄漏流影响较大,增大轴向间隙可使透平端效率最大下降8%,而泵端水力性能所受影响较小,基本保持不变;在额定工况下,随着轴向间隙尺寸增大,透平端前腔体内平均压力最终下降0.37 MPa,一体机转子系统的轴向力指向透平端,轴向力值增大5 kN左右.研究结果可为透平式能量回收一体机设计和运行提供理论指导.

基于Lighthill声比拟理论,采用混合数值模拟方法分析了流量变化对无轴泵喷推进器内流致噪声的声压级频域特性和总声压级等的影响及其与内流场的关系.研究结果表明:声压级主频均为轴频,并可见2倍轴频的谐频.小流量和设计流量下,主频处声压级幅值沿流向先下降后上升再下降,沿径向先上升后下降,并存在叶频及其倍频的谐频;大流量下,其沿流向下降,沿径向先下降后上升,未见叶频或其倍频的谐频分布.出口段靠近叶轮区域的主频处声压级幅值随流量增加上升,而远离该区域则先上升后下降;轴线附近区域的噪声逐渐增强.总声压级随流量增加而上升;流向上,总声压级逐渐降低,且在大流量下噪声衰减速度更为缓慢;径向上,总声压级最高值随着径向区域所在的流向距离增加而逐渐靠近轴线.影响不同流量下无轴泵喷推进器噪声分布的主要因素是出口段靠近叶轮区域的速度梯度和2个旋涡的大小和位置.

为了进一步提高摇臂式喷头的组合喷灌均匀度,文中在PY₂20摇臂式喷头喷嘴内部空间增设导流片,以导流片的形状参数长度L、横向曲率C和纵向曲率P为试验因素,进行水力性能测试试验,构建了导流片最优结构参数的非线性映射模型,采用BP神经网络算法进行求解,获得了导流片的最优结构参数.研究结果表明:导流片长度对射程具有极显著的影响,而横向曲率和纵向曲率的影响较小.导流片式喷嘴的点喷灌强度在径向的分布更均匀,总体呈现为先缓慢降低后缓慢增加再快速降低.在正方形组合条件下,当导流片长度大于2 mm时,其组合喷灌均匀度明显高于原喷嘴,导流片长度对组合均匀度具有显著影响,而横向曲率和纵向曲率对组合均匀度的影响不显著.在同时考虑组合均匀度最大和射程最远的情况下,导流片最优形状参数长度L=3 mm,横向曲率C=1.5 mm,纵向曲率P=A/3,其最终射程为19.09 m,均匀度为89.38%.研究成果对于提高喷灌水资源利用效率具有重要意义.

针对离心泵叶轮叶片三元反问题载荷优化,提出一种优化方法.选取某一中比转数离心泵为原型泵,在不改变其轴面流道形状、叶片厚度分布等条件的基础上,利用三元反问题设计方法设计了前盖板前加载、后盖板后加载的叶轮叶片.采用拉丁超立方抽样的方法,建立了80个离心泵叶轮模型样本空间,通过Fluent软件数值模拟得到离心泵性能.以叶片载荷参数为优化对象,离心泵设计工况点水力效率为优化目标,利用Kriging代理模型建立了叶片载荷参数与水力效率的关系.在扬程满足设计要求的条件下,使用MIGA算法得到水力效率最高的离心泵载荷参数.结果表明:在载荷曲线中,对水力效率影响程度较大的参数为后盖板直线段与抛物线的两交点ND_h和NC_h,以及前盖板直线段与抛物线交点NC_s;影响较小的参数为后盖板前缘载荷LE_h和前盖板直线与抛物线交点ND_s;在设计工况点,优化泵的水力效率提升了1.35%且高效区较宽;叶片表面最低压力升高了38.41%,空化性能得到了提升;另外,功率减小了2.46%,扬程稍有提升.研究结果可对离心泵叶轮叶片的高效设计提供一定的参考.

在单向流固耦合的理论基础上,通过模拟叶片在不同旋转角度下所承受的流体压力,将得出的流体压力数据作为结构分析的边界条件,输入到有限元分析模型进行分析.考虑环氧S玻璃纤维和环氧E玻璃纤维的复合材料,将两种复合材料进行水车叶片结构设计,探究复合材料中不同铺层角度对水车力学性能的影响,以得出最佳铺层方案,并将复合材料叶片的结构分析结果与实体结构叶片的结果进行对比.结果表明,应用环氧E玻璃纤维材料并采用铺层角度θ为15°的铺层方案对微水头水车叶片结构性能的改善最显著;在相同工况下相比于实体钢叶片,复合材料叶片的最大变形量比结构钢叶片减少了53.4%,有效缓解了应力集中的现象,同时,复合材料叶片的质量也大幅减轻,达到了80.7%的减重效果,为微水头水车叶片的安全稳定运行提供了理论依据.

吸肥器结构形式及参数对智能水肥一体机工作性能影响显著.针对常见吸肥器吸肥量小、压损大等问题,选用3种SSQ型射流式吸肥器、2种组合型射流式吸肥器及1种文丘里吸肥器,采用试验与数值模拟相结合的方法,测定了不同进口压力和进出口压差条件下吸肥器的吸肥性能,对性能较好的吸肥结构进行结构优化,通过正交和极差分析研究了喉部喷嘴面积比、渐缩段角度、渐阔段角度、喉嘴距对其吸肥性能的影响.结果表明:相同工况下,SSQ型吸肥器的综合性能优于组合型吸肥器也优于文丘里吸肥器,且射流式吸肥器相比文丘里吸肥器的最大吸肥流量、工作范围(p₁=0.30 MPa)、最大吸肥效率分别提升71.75%~102.66%,38.40%~48.29%和42.57%~93.24%,临界压差降低9.09%~35.43%.其中SSQ-3型射流式吸肥器表现最好;SSQ-3射流式吸肥器的吸肥效率随喉部喷嘴面积比和喉嘴距增大而呈先增大后减小的趋势,随着渐缩段角度和渐阔段角度增大而逐渐减小;SSQ-3型射流式吸肥器最优结构参数组合为喉部喷嘴面积比2、渐阔段角度5°、渐缩段角度9°、喉嘴距5.94 mm,结构优化后射流式吸肥器吸肥流量和吸肥效率分别提高了9.09%~22.86%和4.78%~27.43%.

为解决真空引水罐出口气体流出问题,探究罐内气液两相流动机理,基于RNG k-ε湍流模型和VOF模型对真空引水罐进行计算,对不同初始状态下真空引水罐内的气液两相交界面形态、出口管气体流出量以及出口管内流动状态进行分析,讨论了真空引水罐内初始状态对罐内流场的影响,总结了罐内水位对内部流场及出口管的作用关系.结果显示:当初始水位远高于进水管时会大幅优化真空引水罐内流场;与原初始水位相比,罐内气液两相交界面的交互作用减少;气体流出量体积分数峰值从最初的6.916%降至0.106%,平均值从3.442%降至0.027%;出口管流态得到明显改善,顶部低压区域减少.研究结果表明初始水位的变化会影响真空引水罐内流场特性、气体流出量及出口管流态,为深入认识真空引水罐内部流动及真空引水罐的设计提供了数据支撑.

为揭示木质部穿孔板几何分布及结构参数对导管水输运的影响,采用计算流体动力学方法构建了植物微结构流体模型,并结合伯努利方程,基于低雷诺数k-ε湍流物理场,研究3种穿孔板结构内部微流动机理.通过压力差、流动阻力系数及水力传导率的变化分析导管内径、穿孔板种类、倾斜角、孔数及等效直径比对导管水输运的影响规律.结果表明:相较内径40 μm,穿孔板倾斜角20°、等效直径比0.84的单穿孔板导管,网状穿孔板导管压力差增大了44.2%,流动阻力系数增大了53.3%;梯状穿孔板导管压力差增大了76.5%,流动阻力系数增大了92.3%.相同参数下,导管压力差及流动阻力系数与导管内径、穿孔板倾斜角及等效直径比成反比,与穿孔板孔数成正比.其中,单穿孔板倾斜角对导管水输运特性影响较小.3种导管水力传导率按孔板排序从大到小依次为单穿孔板、网状穿孔板和梯状穿孔板.内径越大的导管水力传导率越高.

针对低弗劳德数水跃消能问题,以消力池内布置的梯形墩-悬栅联合消能工为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型和VOF法进行数值模拟,研究消力池内水力特性和消能效果.结果表明:梯形墩可有效降低消力池底板压强和入池临底流速,墩后压强低于100 Pa,流速降至0.20 m/s时,随着Fr增大,压强和流速分布改善效果越显著;消力池内涡量强度最大值位于陡坡段水跃旋滚区,该区域存在明显涡核,为能量耗散主要区域,梯形墩和悬栅区域涡结构间断分布,属于弱涡结构,能量部分耗散;梯形墩-悬栅联合消力池中能量耗散主要由水跃能量耗散、梯形墩剪切耗散和悬栅沿程耗散组成,3种工况下消能率较传统消力池分别提升4.49%,9.74%,9.79%,充分发挥出联合消能工叠加消能的效果,研究结果可为类似工程消能工设计研究提供一定的参考.

针对目前丘陵坡地中缺少适用灌溉机械现状,结合茶园种植特点及丘陵坡地的地形特征,设计了一种适用于丘陵坡地的自走式喷洒装置.对喷洒装置直线行驶、纵向爬坡及横向坡行走等常见喷洒行驶工况进行力学理论分析.采用RecurDyn多体动力学软件对装置进行建模,对常见喷洒行驶工况的装置行驶状态进行仿真分析,仿真结果表明,装置具有良好的直线行驶及爬坡性能,能顺利通过最大15°横向斜坡、最大15°纵向斜坡.研制出样机并进行了真机试验,实测样机平均行驶速度1.94 km/h,具有良好的直线行驶性能,行驶偏移率2.88%;且平稳通过坡角为13°纵向坡,并在坡度范围为8°~13°的横向坡安全稳定行驶,与仿真结果相符,满足自行走喷洒装置的坡地作业要求,为后续丘陵灌溉装备的设计提供了参考.

传统的土壤改性剂(如石灰、水泥、石膏和粉煤灰等)对土壤水力-力学特性有一定的改善,但对环境有一定的破坏作用.以一种生物环境友好型材料—木质素磺酸钙(以下简称木素)作为改性剂,开展了针孔试验、碎块试验、钠离子交换百分比试验、界限含水率试验、无侧限抗压强度试验、直接剪切试验、渗透试验和核磁孔隙度试验,研究了木素掺量、干密度、含水率对天然分散土的分散性和水力-力学特性的影响.结果表明:木素掺量为3%和4%时,改性土样呈非分散性,且干密度越大,分散性越差;随着木素的掺入,土样的液限、塑限、塑性指数降低;木素掺量为2%,对土样的无侧限抗压强度、抗剪强度及渗透性改善效果最好,而木素掺量过大时,土样的水力-力学特性变差;T₂谱呈现双峰结构,随着木素掺量的增加,主峰逐渐向右移动,土样的小孔隙孔径变大,大孔径孔隙数量增多.

为了了解大气稳定性决定的风速廓线分布对风电场运行特性的影响,基于耦合风电场参数化方案的数值天气预报模式,探索了不同大气稳定性下大型风电场的尾流效应和风力机功率输出规律.结果表明:风电场在稳定大气边界条件下具有明显的尾流效应,随着大气由非稳定性转为强稳定性,尾流呈现加强趋势.另外,上下游风电场的相互干扰在稳定大气边界层下较为明显;功率输出方面,稳定边界条件下风电场功率输出较平均功率高了约4%,而不稳定边界层下低于平均功率输出约9%.此外,地表切应力和大气稳定强度对风力机功率输出影响显著,在不稳定大气边界条件下,大气稳定度可以作为风功率的评估参数,因此传统上仅考虑风切变对功率的影响是片面的.

轴(贯)流泵机组在中国南水北调、“一带一路”等泵站群建设中运用广泛.为了研究大型轴流泵不同运行工况下流体激励力对机组振动的影响,采用CFX和Mechanical联合实现轴流泵叶片非定常应力的流固耦合计算模拟.流场计算基于RANS方法的N-S方程,结构计算采用弹性结构力学方程,使用任意拉格朗日-欧拉 ALE法求解,得到了轴流泵转子变形、应力分布及模态特征.研究结果表明,叶频与压力波动频率一致,叶轮旋转是造成压力脉动的主要原因;叶片的最大变形出现在叶片轮缘处,叶片最大应力出现在叶片与轮毂连接处;在叶轮0.6~1.4倍额定转速内,难以找到转子各阶固有频率与叶频及其倍频均保持一定差值的合理转速,但在忽略次要共振可能性后,存在最优转速以达到固有频率和各阶主频的合理差值.

为了提高节流阀在高含硫工况下的节流性能,以某套筒式节流阀为研究对象,采用欧拉-欧拉双流体模型,结合颗粒动力学理论和标准k-ε湍流模型,对阀门内部气固两相流场进行三维数值模拟研究,对比分析不同阀门开度、节流孔结构和尺寸、入口颗粒固含率下的速度场分布、湍流黏性场分布、流量特性与流阻特性等,并与试验结果进行对比.结果表明:阀门开度的增大可有效降低节流孔内部流速,缓解砂粒对节流孔内壁的冲蚀磨损,进而有利于阀门内部流体的流通;正三角形节流孔处存在明显的流速和压力梯度突变,且位于节流孔出口下游的对冲射流核心区域长度较长,导致严重冲蚀区域呈现出靠近节流阀出口侧的特征;砂粒冲击频次随着入口颗粒固含率的增加而增强,且节流孔入口区域存在的涡旋流动强度略有减弱,从而对节流阀整体的流通性能和冲蚀磨损程度产生影响.

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.

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.

为解决水泵机组设备布置与泵装置性能优化之间的矛盾,提出宽体竖井设计方法.基于三维湍流数值计算方法和熵产理论,比较了宽体竖井进水流道与2个常见的尖锥形竖井进水流道的水力特性.设计制作宽体竖井进水流道水泵装置模型,并试验测试5个叶片角下泵装置的能量特性、空化特性和飞逸特性.结果表明:宽体竖井方案与其他2个方案的内流场相似,在设计流量工况下流速均匀度均为95%左右,加权平均角度均大于89°;不同流量工况下,3种方案水力损失均接近,竖井前段熵产仅占后段的7.470%,竖井前段宽体型线对流道能量耗散无影响;当叶片角为0°时,水泵装置效率最高达79.19%;5个叶片角的泵装置临界空化余量均小于6.0 m;当叶片角为-6°时,扬程为2.36 m的最大飞逸转速为278.6 r/min;宽体竖井的水力特性与常规竖井相近,具有可同时满足设备布置与泵装置性能需求的特点.

根据国标《潜水推流式搅拌机》(GB/T 33566—2017)的相关要求,潜水搅拌机检测需在环形检测水池中进行,而环形检测水池造价昂贵,且水体测速难度较高,导致现阶段潜水搅拌机的流场特性研究缺乏有力的试验支撑.为此,以QJB7.5/12-620/3-480/S型潜水搅拌机作为研究对象,依托绍兴质检院现有的环形检测池进行流速试验,对比CFD软件进行的全流场数值模拟,得到结论:在潜水搅拌机的标准池流场范围内,试验与计算的流动特性具有高度的相似性,此型号潜水搅拌机在有效推流段内,流道中心区域流速随着推进距离的增加先增大后减小,并在推进距离5.0 m处附近,流速出现极大值约为0.600 m/s;受不均匀来流的影响,潜水搅拌机轴向推流存在一定偏差,导致外墙壁一侧水体流速低于内挡板侧;试验中,当推进距离达到15.0 m时,所有测速点流速均低于0.300 m/s;结合数值计算结果,此型号潜水搅拌机当量有效推流长度为13.64 m,当量有效容积为218.24 m³,比功率为32,环形池内平均流速约为0.153 m/s.研究推动了潜水搅拌机有关标准的执行和不断完善,对潜水搅拌机的性能认知和应用发展具有重要意义.

面板堆石坝变形主要受外部荷载和内部材料蠕变影响,而影响因子过多会造成特征冗余,引起预测精度过拟合问题;因子过少导致信息表达不全,造成预测效果差,模型泛化能力不足等问题.因此构建涵盖面广,可解释性强的因子集并从中优选格外重要.针对上述问题,文中提出基于集成因子优选算法的面板堆石坝变形预测模型,使用ReliefF与沙普利加性解释(SHAP)算法通过权重集成获得因子贡献值排序,再分析因子累计贡献率差量阈值剔除非关键因子,获得关键因子.以新疆某混凝土面板堆石坝为例,以特征缩减率FRR、归一化平均绝对百分比误差nMAPE、平均绝对误差MAE、均方误差MSE以及决定系数R²为评价指标,试验结果表明文中提出的算法面对不同的预测模型都可准确地获得最佳因子,有效地提升了预测精度.相对于传统因子优选算法适应性更强,预测能力提升最显著,解决了影响因子冗余或者欠缺带来的预测能力较低的问题,提高了模型的泛化能力,为大坝安全监测研究提供了行之有效的因子优选方法.

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.

现有的贝叶斯参数反演方法普遍存在计算耗时过长,计算精度较低,计算准确性较差等问题,对此基于多次尝试差分进化自适应Metropolis(MT-DREAM_(ZS))算法,构建了一种对单一模型权重系数的确定更加合理的组合代理模型,并通过基于Pareto最优的动态权重系数多目标优化组合对模型进行修正.在贝叶斯方法中通过集成多元自适应回归样条(MARS)、人工神经网络(ANN)、随机森林(RF)这3种机器学习方法构建组合模型,并在充分考虑反演过程中不确定性的基础上,对渗流参数的后验分布情况进行推导.结合实际工程的监测数据,通过计算预测性能指标决定系数(R²)和均方根误差(RMSE),对比分析该组合代理模型与其他模型的差距.结果表明,该组合代理模型的拟合精度高,预测效果好,相较于其他模型的提升幅度平均为15%~20%.通过将反演所得渗流参数运用到仿真模拟试验中,为大坝渗流检测领域的研究提供了一种新的发展思路.