排灌机械工程学报杂志

排灌机械工程学报杂志2019年第2期

• Computational study of fluidborne noise in vertical inline pump

  CHRISTOPHER Stephen, YUAN Shouqi, PEI Ji, CHENG Xing

  The objective of present work is to find out the sources of fluidborne noise in vertical inline pump for various flow rates. The threedimensional unsteady Reynolds Average Navier Stokes equation is solved using computational fluid dynamics code to predict the acoustic distribution. The pump chosen for study is of low specific speed and the experimental performance characteristic is very well matched with computational head developed. PROUDMAN sound power contour analysis shows the critical zone of noise in inlet pipe, impeller, and volute. Based on this, the variations of acoustic power were depicted over the cross section of inlet pipe, along the mean streamline of inlet pipe, as well along the volute circumference . The result concludes that the predominant flow noise is at tongue region and followed by noise generated due to turbulence in inlet pipe which occurs by the sudden variation in flow passage as well it depends on the operating condition of pump. The frequency analysis gives a glimpse of understanding about the broadband noise distribution due to flow phenomenon over a frequency range were discussed.

• 反应堆冷却剂模型泵空化性能数值模拟与试验

  王巍, 王亚云, 唐滔, 林茵, 王晓放

  为研究CAP1400核主泵事故工况下的空化性能，采用标准k-ε模型和 Mixture模型，开展了CAP1400核主泵1∶2.5模型泵的整机空化数值模拟.分析了模型泵空化初生时的空化特性和不同空化余量下叶轮内空化发展规律，以及叶片中间流线上的载荷特性，并采用砂铸叶轮、精铸铝制叶轮与砂铸导叶结合开展了模型泵性能的试验研究，结果表明：蜗壳与叶轮的相对位置对叶轮内空泡体积分布具有一定的影响，靠近蜗壳出口的叶片吸力面空化更加严重，空化的排挤效应改变了叶片进口附近的液流角并导致压力面前缘出现空化;空化对叶片载荷影响较大，发生空化后叶片载荷在沿流线吸力面空泡结束的位置附近会出现极大值，且叶轮内空化区域的不均匀分布加大了不同叶片之间的载荷差异，靠近蜗壳出口的叶片沿流线压力载荷的极大值最大;叶轮的制造精度对泵的空化性能有较大影响.

• Numerical simulation on centrifugal pump compressible flow field with different gas volume fractions

  WANG Like, LIAO Weili, LU Jinling, LUO Xingqi, RUAN Hui, ZHAO Yaping, WANG Jing

  In order to study the influence of gas-liquid twophase flow to a centrifugal pump performance and internal flow patterns, the steady threedimensional flow with different gas volume fractions is simulated by applying the Reynoldsaverage N-S equation and mixture gas-liquid twophase flow model, and the compressibility of gas is taken into consideration in the simulation. Then we emphatically analyzed the centrifugal pump characteristic and the gas distribution law in different gas volume fractions. The computational results show that gas volume fraction has a certain influence on the performance of the centrifugal pump, and the efficiency and head of the pump are on the decline with the increase of it. Static pressure in the impeller increases in the radial direction, but the pressure gradient in the flow direction is different under the different gas volume fractions. The gas volume is distributed mainly in the ipsilateral direction of impeller back shroud in the flow channel of the volute. On the suction side of the blade inlet there is an obvious lowpressure area, which causes bubbles agglutination and higher gas volume fraction. With the gas entering passage flow, gas volume fraction in the suction decreases and the pressure surface rises gradually. Higher gas volume fraction causes air blocking phenomenon in the flow passage and the discharge capacity reduces. The increase of gas volume makes the turbulent motion within the impeller more and more intense, which leads to more and more energy loss.

• 液控蝶阀联动的混流泵机组启动过程数值模拟

  周大庆, 姜胜文, 陈会向

  为准确预测混流泵机组启动过程的瞬态特性，建立了具有液控蝶阀的某立式混流泵站全过流系统的三维几何模型，运用滑移网格法实现蝶阀的开启规律，结合三维非定常流动过渡过程研究手段，完成对混流泵机组启动过程数值计算，获得了机组启动过程外特性参数和若干测点静压值随时间的变化规律以及不同时刻内部流场瞬变特性.计算结果表明，机组启动过程最大反转转速为正向额定转速的0.16倍，水泵出口最高压力为额定值的1.26倍，均未超过允许值；机组处于泵工况转速趋于稳定时，泵段内水流流态和压力梯度变化受蝶阀开度影响明显，小开度时，泵段内压力梯度较大，最大压差为45.6 m，为额定扬程的1.62倍；高压水以射流的方式通过蝶阀从而在其出水侧产生回流，导致蝶阀两侧压差剧烈波动诱发阀体振动.

• 浮潜式消防泵启动过程瞬态特性的数值模拟

  郭广强, 张人会, 赵万勇, 杨军虎, 黄祺

  为了研究浮潜式消防泵在启动过程中的瞬态特性,建立包含泵、水箱及循环管路在内的三维封闭模型,运用Fluent 145商用软件,采用RNG k-ε湍流模型，并结合UDF程序加载转速变化规律对模型进行非稳态数值模拟．分析泵在启动过程中其流量、扬程、叶轮加速转矩、总效率、叶轮轴向力及径向力随启动时间的变化规律．研究结果表明:泵在启动过程中其流量、扬程及总效率的变化主要取决于动力源的启动特性，并呈指数上升趋势,叶轮的加速转矩随启动时间的增加而逐渐减小；当泵转速达到额定转速时其加速转矩为0,在泵启动初期因流量严重偏离额定流量而导致其产生较大的轴向力及径向力,随着启动时间的增加，泵的轴向力及径向力逐渐减小,最后趋于稳定．研究为离心泵的优化设计、振动及噪声诊断提供理论参考．

• 水泵水轮机在水轮机工况的导叶水力矩特性

  李琪飞, 李光贤, 李仁年, 王仁本, 陈雨

  在进行水泵水轮机最高水头的水轮机工况导叶水力矩试验的基础上，使用计算流体动力学方法分析与试验工况相对应的流场特性.选取标准k-ε两方程模型进行定常数值模拟，使用SST k-ω两方程模型进行非定常计算分析内流场特性.计算结果表明：水力效率的数值模拟结果和试验值的误差在允许范围之内；在各开度下，导叶水力矩因数模拟结果和试验结果吻合较好.通过内流场分析发现，在小开度时（A0=13mm）,无叶区和转轮流道中都存在回流和旋涡导致流动不稳定，在最大开度时（A0=49mm），活动导叶背面靠近尾缘处容易出现边界层分离，力矩值与导叶附近的压力值随时间的变化规律相似，且力矩因数值呈周期性小幅波动.

• 导流条安放角对动边界缝隙流水力特性的影响

  张春晋, 孙西欢, 李永业, 张学琴

  为了进一步探讨不同导流条安放角对管道车动边界环状缝隙流水力特性的影响，采用模型试验和理论分析相结合的方法，对管道车导流条安放角变量分别为10°，15°，20°以及25°的动边界环状缝隙流场的水力特性进行研究.试验测试断面位于试验系统的平直管段，管道流量条件为40 m3/h，管道车荷载为600 g.研究表明：随着管道车导流条安放角的增加，管道车运移时动边界环状缝隙流的轴向流速与周向流速的最大值将逐渐增大，径向流速的最大值将逐渐减小，断面压强呈现出先增大后减小的变化趋势；同一导流条安放角条件下，lc×dc=100 mm×70 mm（lc为管道车的料筒长度，dc为管道车的料筒直径）管道车动边界环状缝隙流的周向流速与径向流速最大，lc×dc=150 mm × 60 mm管道车动边界环状缝隙流的轴向流速与压强最大；动边界环状缝隙流水力特性的变化主要存在于导流条两侧的近壁面流场区域.研究不仅丰富了环状缝隙流的相关理论，而且为管道车导流条的设计提供了理论基础.

• 黄土区人工林地土壤水分对气候特征的响应

  符娜, 宋孝玉, 夏露, 李蓝君, 李怀有, 李垚林

  选取南小河沟流域油松、刺槐、侧柏人工林地覆盖为研究对象，对2003—2012年作物生长季土壤含水率进行连续观测，利用Duncan法对比分析土壤含水率在不同年份、月份、深度的差异性，同时研究不同人工林地土壤含水率与标准化降水蒸散指数（SPEI）、温度、降水量之间的响应特征.结果表明：土壤水分随着土层深度的增加而逐渐降低，并长期维持在较为稳定的范围内，3种树种在不同深度差异性上体现出不同，油松林地体现在20，60 cm，呈现3个等级变化趋势，〖JP2〗刺槐林地的差异性表现为0~20 cm与40~100 cm，侧柏林地的不同土层含水率在40 cm深度时出现了差异；土壤含水率与气温、降水量、SPEI的相关性随土壤深度的增加而变弱，其中与气温呈负相关，与降水量、SPEI为正相关，并且温度、降水量和SPEI对刺槐林地土壤含水率影响最大.

• 大型温室地面移动式喷灌机导航控制系统设计

  潘坚栋, 李伟, 张康成, 吴孙阳, 任威

  针对悬吊轨移式喷灌机的缺点以及目前大型温室领域AGV研究的不足，设计了一种用于新型温室地面移动式喷灌机的导航控制系统.喷灌机底盘采用差速转向方式，六轮系结构，两驱动轮对称中置，前后两端对称安装4个万向轮；以STM32F103ZET6单片机作为主控芯片，采用磁带导航方式，建立了喷灌机差速转向运动数学模型，并根据模糊控制理论设计了喷灌机模糊运动控制器，完成了导航运动控制子程序设计.样机调试运行试验表明，喷灌机相对磁带偏移角在25°以内时，能够自动调整到磁导航传感器中心与磁带中心再次重合，其调整时间随其偏移角度增加而增大，当偏移角过大时，样机将完全驶离磁带路径.为确保喷灌机初始工作时能够自动调整偏差及跟踪路径行驶，喷灌机与磁带间初始偏移角度不宜过大.该研究能够为大型温室地面移动式喷灌机的设计和应用提供参考.