排灌机械工程学报杂志

排灌机械工程学报杂志2019年第8期

• 不同数值计算方法对核主泵压力脉动性能的数值模拟

  宋煜,顾希尧,刘迎圆,尹俊连,王德忠*

  为了研究泵压力脉动数值计算中关键设置对其产生的影响,以包含密封口环间隙的核主泵全流道水力模型为研究对象,在不同时间步以及不同的边界条件下进行了数值计算.首先对核主泵的稳态性能进行了分析,得到核主泵在不同工况下内部的流场信息;其次,针对压力脉动计算,采用了3种不同的时间步(叶轮每旋转0.5°,1°和2°的时长)进行分析.结果表明,当所取的时间步均较小的情况下,不同的时间步长对压力脉动时域信号有一定影响,但其频域信号基本一致;最后选取不同的边界组合条件对压力脉动预测的结果进行研究,其中,选取进口总压-出口流量边界,进口流量-出口压力边界,泵进出口不单独设置边界,并采用1种连接进出口流体域的闭式回路计算模型.相比前2种边界条件设置,闭式回路边界条件预测的压力脉动信号较为规律,压力脉动幅值增大明显.

• 核主泵滑油冷却器的设计与试验研究

  冯晓东,*,王磊,马宇,王亚辉

  根据核主泵滑油冷却器的设计要求,研发了一种换热性能和流体阻力均满足要求的泡状板式滑油冷却器.采用泡状换热板增强换热效果并减小流体阻力.通过设计计算、强度计算和抗震分析对滑油冷却器进行了理论验证.理论计算得到的冷却水出口温度为44.67 ℃,滑油的压降为0.07 MPa,冷却水的压降为0.015 MPa,换热功率为67.76 kW.模态分析得到的频率均大于规定的50 Hz.在3种工况载荷组合下,分别对0/A、B和D等级进行了应力计算,表明薄膜应力和薄膜+弯曲应力的计算值在规定的应力限值内,满足ASME规范要求.计算结果表明设计的滑油冷却器满足设计要求且安全可靠性高.同时,对滑油冷却器的传热性能和流体阻力进行了试验测试,各项结果符合设计条件,且放热量与吸热量的热平衡误差为1.83%,符合热平衡的试验要求.针对滑油冷却器的设计提出的新思路,可以为板式滑油冷却器的改进与优化提供借鉴.

• 非均匀来流对乏燃料冷却泵性能的影响

  乔翼飞,顾希垚,张芳,王岳,张亮,尹俊连*

  非能动技术核电厂中的乏燃料冷却泵进口前有弯头存在,将导致进口来流不均匀,这种非均匀来流会对泵性能产生一定的影响.采用数值模拟方法,针对乏燃料冷却泵不同来流条件下的性能曲线以及来流流场结构的演化进行对比分析.分析结果表明:非均匀来流对乏燃料冷却泵外特性影响较小,虽然泵的进口处存在较为明显的来流畸变,流场速度分布紊乱,但是乏燃料冷却泵在渐缩段及肘形进水室的结构设计可减弱来流非均匀性的影响,叶轮进口处的影响几乎不存在.由此证明乏燃料冷却泵特殊的肘形进口结构能对来流重新整合,从而降低来流对泵的性能影响,在核电厂进口管道的设计上无需采用较长的进口管段.

• 核主泵密封间隙对轴向力影响的敏感度分析

  韩宝华,黎义斌*,王秀勇,杨由超

  为了揭示密封间隙几何参数对核主泵轴向力的影响规律,基于DDES湍流模型,对不同几何参数组合的核主泵密封间隙进行了数值分析,研究了后密封间隙和长度对核主泵轴向力的影响,获得了额定工况下若干几何参数对核主泵轴向力的定量关系.结果表明:叶轮后盖板外侧轴向力分量F4对后密封间隙和后密封间隙长度敏感度较为显著,而后盖板外侧轴向力分量F4跟流入后泵腔流体的上限压力值密切相关.随着后密封间隙值的增大,流体流经间隙的水力损失逐步减小,流出间隙液流在后泵腔中的压力上限值逐步增大,因此其作用于后盖板压力增大,使总的轴向力在不断增大,即密封间隙对轴向力的敏感度降低,密封间隙在0.3~0.6 mm时,密封间隙对轴向力影响较为显著.而随着密封间隙长度增加,流体经间隙的水力损失增加,流出间隙流体在后泵腔中的压力上限值减小,因此其作用于后盖板的压力减小,总轴向力减小,即密封间隙对轴向力影响的敏感度增强.

• 屏蔽电机主泵间隙流动动力特性

  顾希垚,许锐,胡耀钰,尹俊连,王德忠

  通过试验研究与数值研究相结合的方法系统地研究了屏蔽电机主泵转定子之间的间隙流动所产生的流体力及其对屏蔽电机主泵转子动力学特性的影响。采用一种三维动网格瞬态计算流体动力学(CFD)方法研究了涡动情况下屏蔽电机主泵间隙流动所带来的流体力。为了测量间隙流动所带来的流体力,还建立了立式间隙流动实验台。通过瞬态CFD方法和试验测量,获得了在不同转速和流量下间隙流动所带来的流体力。由数值计算结果与试验结果对比发现计算结果与试验结果吻合良好,表明采用的三维动网格瞬态CFD方法能准确计算涡动情况下转子所受的流体力。将试验和CFD结果进行分析发现,在屏蔽电机主泵的运行工况下,间隙流为转子系统带来了较大的附加质量和负的主刚度,这一效应会导致转子系统临界转速下降。此外,间隙流动还为系统带来了较为显著的交叉刚度,但转子系统稳定性并未因此而恶化。

• 吉安白云山水库洪水资源化运用

  孔琼菊*,李友辉,邓升,虞慧,曹腾飞

  在确保水库大坝安全的前提下,为解决实时调度中“为了保证下游防洪安全而过于降低汛限水位”和“为了增加兴利库容而过于抬高汛限水位”的矛盾问题,为优化洪水资源利用,依据汛限水位动态控制域的理论和方法,在分析白云山水库设计汛限水位允许的上下限域值的基础上,根据实时的天气预报信息、径流预报信息、面临时刻水情、工情,采用预蓄预泄法分析计算预见期(24 h)内汛限水位的上、下限值.分析计算结果表明,通过汛限水位动态控制域方法,下游河道的防洪能力可由现状的5 a一遇提高到10 a一遇,且可以增加兴利库容300~600万m3,扩大了灌溉面积0.75万hm2,发电效益提高了5%以上,更加充分地利用了原来废弃的洪水资源.

• 阶梯凸起数量对一体化消能工水力特性的影响

  陈卫星,杨具瑞*,董丽艳,吴欧俣,李书曌

  基于阿海水电站5孔溢流表孔,在掺气坎高度1 m、角度10°的条件下,对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工进行阶梯凸起数量分别为0,1,2,3的4种过渡阶梯进行水工模型试验,分别从水流流态、消力池水面线、近底流速、负压、时均压强以及消能率等多个水力特性进行研究.研究结果表明,近底流速随着可掺气空腔体积的增大而减小,随着阶梯凸起数量的减少而增大,在二者相互作用下,各方案流速在消力池末端达到最小,其中方案2流速最小,为22.23 m/s;由于可掺气空腔体积和凸起型阶梯的数量的共同影响,方案2的负压最小,达-33.66 kPa;方案1,2,3,4的消能率依次为59.56%,61.06%,60.37%,59.99%.方案2的消能率最高.

• 基于油膜力做功的滑动轴承动力特性及转子稳定性

  孙丹,李胜远*,艾延廷,王志,周海仑

  应用滑动轴承两相流理论和非定常动网格技术,建立了基于两相流理论的滑动轴承动力特性多频椭圆涡动求解模型,在验证求解模型准确性的基础上,研究了滑动轴承单相流与两相流模型的油膜压力分布特点,及轴颈多频椭圆涡动轨迹下油膜力的变化规律,并基于油膜力做功的方法定量分析了轴颈涡动频率、偏心率对转子稳定性的影响.研究结果表明:建立的转子多频涡动模型,只要2次非定常求解便可得到多个涡动频率下的动力特性系数,提高了分析效率;轴颈涡动引起油膜力随之变化,且油膜力的频率与轴颈涡动频率相同;轴颈涡动频率对滑动轴承动力特性系数和转子稳定性影响较大,需要考虑轴颈涡动频率对滑动轴承动力特性的影响;轴颈偏心率越大,油膜力对轴颈所做负功的绝对值越大,轴颈涡动能量被消耗得越快,越有利于转子的稳定性.

• 基于标准化降雨蒸散指数的水稻生育期干旱特征分析

  付浩龙*,范琳琳,李亚龙,罗文兵

  基于气候变化下南方干旱灾害发生频繁和影响不断加剧的事实,收集了典型水稻种植区高邮站点1951—2015年65 a逐月的降雨、气温数据资料,基于标准化降雨蒸散指数(standardi-zed precipitation evaporation index,SPEI)和Mann-Kendall(MK)趋势检验方法,研究和分析了水稻作物不同生育期内干旱发生频率、影响程度及其变化规律,结果表明:整个生育期内轻度干旱发生率最大,其中返青期和拔节抽穗期各为轻度干旱和重度干旱发生概率最大的生育期;从70年代至今干旱生育期次比呈上升趋势且集中在14%~28%波动,干旱生育期次数增多,干旱发生影响范围加大;在SPEI指数时间分布特征上,返青期、分蘖期和拔节抽穗期均呈现上升的趋势,乳熟期和黄熟期则均呈现下降的趋势,说明除乳熟期干旱程度呈现加强的趋势,返青期、分蘖期和拔节抽穗期干旱程度均呈现减小趋势;显著性分析表明,除拔节抽穗期为极显著性,乳熟期为显著性外,其余均呈不显著变化.研究成果可以有效地指导抗旱和灌溉,对水稻需水期尤其是关键需水期受旱影响评估提供参考,尽早做出灌溉决策,避免水稻作物受旱减产.

• 中国西北地区日参考作物腾发量模型适用性评价

  余婷,崔宁博,*,张青雯,胡笑涛

  为推荐适宜中国西北地区参考作物腾发量(ET0)简化计算模型,应用9个代表性站点近50 a逐日气象资料,以FAO-56 Penman-Monteith(PM)模型计算的ET0为标准值,选取5种基于综合法的Kimberly Penman(K-P),FAO 1979 Penman(PM 17),FAO 24 Penman(PM 24),FAO 1948 Penman(PM 48),FAO 79 Penman(PM 79)模型,3种基于温度法的Hargreaves-Samani(H-S),Mc Cloud(M-C),Hargreaves(Har)模型,5种基于辐射法的Priestley-Taylor-1(PT-1),Priestley-Taylor-2(PT-2),FAO-24 Radiation(FAO Ra),Makkink(Mak),Irmark-Allen(I-A),Irmark(Irm)模型,对其在西北地区ET0进行适用性评价.结果表明:14种模型在中国西北地区计算精度差异明显.全区模拟精度最高的PM 48(综合法),H-S(温度法),PT-1(辐射法)模型的平均R2,MAE,RMSE和nRMSE分别为0.978,0.767 3 mm/d,0.842 3 mm/d和25.622%;0.735,0.920 0 mm/d,1.187 0 mm/d和36.556%;0.736,1.392 0 mm/d,1.826 0 mm/d和57.992%.

• 覆膜集雨补灌对冬小麦产量和水分利用效率的影响

  王凯瑜,李援农*,方恒,杜利,徐路全

  为确定半湿润易旱区垄沟集雨种植模式下冬小麦拔节期的适宜补灌量及探究不同地膜对土壤蓄水保墒和节水增产效果的差异,设置垄上覆普通地膜(P)和生物降解膜(J)2种处理,并结合雨养(I0)、拔节期补灌20 mm(I1),40 mm(I2),60 mm(I3),对比分析不同地膜不同补灌量下0~200 cm土层土壤贮水量、冬小麦产量和水分利用效率的变化.结果表明:覆膜可显著提高0~100 cm土壤贮水量,处理J在苗期保墒性与P相当,之后显著低于处理P;覆膜使苗期后100~200 cm土壤贮水量显著低于CK,但P,J间差异不具有统计学意义.补灌能显著增加0~200 cm土壤贮水量,处理I3的土壤贮水量最高,I2次之.覆膜处理的产量和水分利用效率均显著大于CK,P略大于J,但差异不具有统计学意义.2种不同膜覆盖下处理I2的平均籽粒产量比处理I3低1.50%,但处理I2的平均水分利用效率与灌溉水利用效率较I3分别提高2.4%和37.5%.因此,垄覆生物降解膜,沟内种植,结合冬小麦拔节期补灌40 mm(I2)是缓解残膜污染、增产节水的最优处理.

• 压力与表面活性剂对循环曝气氧传质特性的影响

  王莹,雷宏军,胡兴骥,张振华*

  利用水肥气耦合自动灌溉设备进行曝气,研究工作压力(0.05,0.10和0.15 MPa)和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS;0,5,10和15 mg/L)2因素12个组合条件对循环曝气过程中溶解氧及氧传质系数的影响.结果表明:在循环曝气中,饱和溶解氧随着工作压力的提高显著提升36%以上(P<0.05);与清水条件相比,活性剂的添加显著提高了饱和溶解氧值(P<0.05),提升的最大值为22.82%.工作压力的升高对氧传质系数的提高均在17%以上,活性剂浓度的升高对氧传质系数的提高均在52%以上.综合曝气过程中溶解氧及氧传质系数,0.15 MPa的工作压力和5 mg/L的活性剂添加浓度是适宜的曝气组合.研究结果可为曝气参数的优化提供理论支持.

• 激光喷丸IN718镍基合金的高温晶粒演变规律及析出相分析

  黄舒,刘牧熙,胡晓奇,李红宇,胡磊

  为了研究激光喷丸IN718镍基合金的高温晶粒演变规律及其高温析出相,开展了不同功率密度的激光喷丸强化试验,并对激光喷丸试样进行高温保持试验,对比分析了不同温度和激光功率密度作用下试样的显微硬度.此外,通过扫描电子显微镜(SEM)观测了试样的晶粒形貌,并采用能谱仪(EDS)对IN718合金的高温析出相进行分析.研究结果表明,高温保持冷却后试样的显微硬度值高于常温,且在700 ℃下激光喷丸试样表层显微硬度(HV)最高达到348;激光喷丸试样晶粒尺寸由原始的45 μm减小到20~30 μm,而在高温保持后晶粒尺寸增长到35 μm左右;随着温度上升,IN718材料内部δ析出相逐渐增多,同时伴有TiN析出.最终,根据高温环境下晶粒演变规律和析出相分析,提出了激光喷丸IN718合金的高温强化机制.