丘陵山区机械化灌溉现状与发展思考

针对目前丘陵山区机械化灌溉装备与技术单一,适应性差,缺少绿色化、智能化的灌溉模式等一系列问题,系统阐述了目前相关研究的现状和未来的发展趋势;全面了解目前丘陵山区机械化灌溉水平是后续开展相关研究的关键.通过分析目前丘陵山区机械化灌溉的现状,适应丘陵山区机械化发展的要求,在机械化灌溉方面从国家政策入手到丘陵分区,结合丘陵山区的灌溉特点、目前的灌溉现状和相关经济因素进行了系统的总结.根据中国丘陵山区的国情以及相关政策,对丘陵山区机械化灌溉提出了相应的建议.可为未来丘陵山区机械化灌溉改造提供参考,补齐丘陵山区机械化灌溉装备与技术的短板,还可提高对丘陵山区机械化灌溉方面的重视,提升丘陵山区农业的灌溉水平,促进农业跨领域深度联合,推动农业可持续和现代化发展.

基于LabVIEW的淮安一站水泵机组振动监测系统设计与开发

为实现淮安一站水泵机组的智能化运行状态监测,基于LabVIEW虚拟仪器开发软件,研发了一套集数据采集、三维显示、信号分析、状态推送、故障预警为一体的智能化振动监测系统.采用“生产者—消费者”模型作为程序设计的主体结构,其中“生产者”循环对实时采集的数据进行队列缓存,“消费者”循环通过出队操作获取缓存数据供后续处理.该系统主要实现了:水泵机组重要运行状态参数的采集、显示、分析;动态联查水泵机组的运行状态参数;水泵机组监测点处振动信号的时频域分析;调用Python的企业微信脚本向泵站管理人员推送水泵机组运行状态;设定水泵机组振动阈值进行自动故障预警.通过淮安一站水泵机组的试验测试发现,所开发的智能化振动监测系统不但实现了预期开发目标,而且具有开发成本低廉、人机交互界面友好、可移植性较强、后期维护方便等优点.

叶片泵性能优化设计平台研发

为简化叶片泵设计,基于开源Python编程语言、图形化语言编程软件LabVIEW和ANSYS Workbench平台,开发了适用于叶片泵的性能优化设计平台.采用LabVIEW软件搭建图形化用户界面,实现了优化变量设置、优化方法设置和结果反馈等功能.应用Python语言编写叶片设计和优化程序,集成了试验设计、近似模型和智能优化算法3类优化方法.通过LabVIEW内置Python节点调用Python程序执行ANSYS Workbench脚本文件,调用BladeGen,TurboGrid及CFX模块,实现了叶轮的三维设计、网格划分和数值模拟自动化运行,同时实现了异常数值计算的自动关闭以及优化结果在联网条件下的传输.以离心泵叶轮为例,优化方法选用智能优化算法,采用粒子群算法进行了自动优化设计,在无人工干预的情况下,耗时8 h进行13次迭代后效率达到全局最优,显著提高了叶轮效率.该平台在实际应用中大幅度提高了叶片泵优化设计效率,降低优化设计难度,显著缩短了叶轮水力设计周期.

基于改进二叉树支持向量机的离心泵工况识别方法

为保证离心泵的安全高效运行,需要对离心泵的运行工况进行识别研究.首先,使用测试函数对比研究了经验模态分解、集合经验模态分解和互补集合经验模态分解3种振动信号特征提取方法,基于性能最优的特征提取方法提取不同工况下运行的离心泵振动信号特征数据.然后,对支持向量机模型进行改进,提出了一种使用k-means聚类算法优化的二叉树支持向量机模型,并将改进模型应用到离心泵4种不同运行工况的识别中.同时,使用其他2种多分类支持向量机模型作为对比.研究结果表明:3种特种提取方法中,互补集合经验模态分解无模态混叠迹象性,噪声干扰小,性能表现更好;改进支持二叉树向量机模型分类准确率可达82.17%,对设计的4种工况具有很好的分类效果;改进支持二叉树向量机模型结构简单,训练时间短,实时性好,综合性能优于其他2种模型.

基于ET和水量平衡的日光温室实时精准灌溉决策及控制系统

为提高日光温室的灌溉水利用效率,充分发挥现有灌溉决策理论的指导作用,该文构建了基于ET和水量平衡方法的实时精准灌溉决策及控制系统。以句容布戴庄村樱桃番茄温室为试验对象,给出了利用ET和水量平衡方法的灌溉决策实施过程,即当田间蒸发蒸腾总量大于土壤中可供作物利用水分时触发灌溉,灌水量等于自上一次灌溉起蒸散量的总和。采用Java语言开发了灌溉决策软件ETSch,可实现以温室内气象数据为基础对不同地点的灌溉决策项目进行管理;设计了温室精准滴灌系统并研制了基于单片机的灌溉控制器软硬件,通过ETSch软件与控制器的连接,建立了从田间气象信息获取到灌溉决策软件运行,再到灌溉及控制系统的集成化自动精准灌溉模式。试验结果表明,该实时精准灌溉决策及控制系统的平均灌水总量控制平均误差为1.1%,系统运行稳定,节约人工;尽管采用ET和水量平衡方法低估了实际土壤含水率,但总体趋势一致,能实现合理有效的灌溉决策。该研究可为实现灌溉决策和控制系统的集成提供参考,为进一步提高灌溉效果和用水效率提供借鉴。

中国农业节水喷微灌装备研究进展及发展趋势

喷灌装备还存在大型喷灌机单井水量不足、中小型喷灌机智能化程度不高、整机效率低、工况适应性较差、系列化程度不足等方面的问题,微灌灌水器不同水质下的抗堵性能还需进一步加强,微灌水肥一体化系统智能决策的精准算法、实用性和可靠性有待提高.对“十三五”以来在中国喷微灌装备研发方面取得的新进展进行综述,重点阐述了中小型喷灌装备、滴灌设备、水肥一体化设备等新技术及新产品的研究进展.针对中国灌溉装备节能节水化、智能化、区域模式化及标准化的发展趋势,提出了灌溉装备的优先发展方向主要有:灌溉装备节能降耗关键技术研究、丘陵山区农业灌溉装备与技术模式、盐碱地灌排控盐技术与装备、水肥药一体化及绿色防控技术与装备、智能化精确灌溉装备、绿色多源互补模式和非常规水资源节水灌溉装备.

卷盘式喷灌机研究进展与发展趋势分析

为促进我国卷盘式喷灌机快速发展,提高对卷盘式喷灌机关键技术的整体认识和比较国内外差距,本文概述了国内外的发展历程和卷盘式喷灌机的主要类型和机型,从内外特性指标两方面,阐述了影响卷盘式喷灌机的关键因素及研究现状,总结出喷头车行走速度的均匀性、行走速度与喷头旋转扇形角及速度的匹配关系、喷头车运行稳定性、喷头进口压力的稳定性、喷头的姿态和地形等是影响喷灌均匀性指标的关键因素,各组成部分的能量转换效率和优化匹配是影响整机能耗的关键因素。分析了卷盘式喷灌机驱动动力、传动系统、速度控制、关键环节能量转换和喷头车稳定性等关键技术的研究进展和存在的问题。提出了我国卷盘式喷灌机需要重点研究的应用基础和关键技术问题,展望了卷盘式喷灌机多功能和智能化的发展趋势。

核主泵内部流动研究现状与技术发展综述

针对核电技术的发展历程开展论述,介绍世界主要三代核电技术和中国三代核电建设和发展现状,介绍了中国独立自主三代核电技术“华龙一号”HPR1000和“国和一号”CAP1400,并以CAP系列核主泵为例简要介绍第三代压水堆系统和关键设备,介绍了2种典型无轴密封形式的核主泵:屏蔽电机核主泵和湿绕组核主泵.针对核主泵的水力优化设计、全特性、事故工况下水动力特性、气液两相流动、空化特性、流固耦合等内部流动研究现状开展论述.核主泵的安全可靠极为重要,核主泵设计加工制造也极具挑战.因此对核主泵内部流动基础理论和关键技术进行深入研究,突破国外的技术壁垒,掌握自主知识产权的核心技术和关键技术,实现核主泵技术的跨越式发展,是当前中国急待解决的“卡脖子”难题.

离心泵叶轮磨损破坏程度下的振动特性分析

为了研究离心泵叶片进口边不同破损程度下的振动特性,针对在同种破坏方式下不同破坏程度对泵振动的影响,通过信号处理方法分析多个工况下的振动信号的时域和频域特征。选用IS-50-160-00单级单吸离心泵为试验对象,研究了六个叶片离心泵分别破坏对称2、4、6个进口叶片离心泵进行试验,在离心泵上布置加速度传感器,采集泵不同运行工况下的径向、纵向、轴向和基座方向振动信号,并进行时域和频谱分析,分别把正常叶片、破损2、4、6个进口叶片对应的振动信号进行对比分析,从而获得叶轮破坏不同程度下的振动信号特征。试验结果表明:由时域图可知,2个叶片进口破坏的情况下泵轴向振动信号波动幅值最大,其不稳定性最差;在频谱中得出:叶片的破损导致离心泵转子旋转失衡并产生轴向伴随频率使振动能量增加,出现大量的高倍频;在统计方法中:振动能量随着流量的增加呈先降低后平稳的趋势,设计工况点处各个方向的振动能量趋于平稳。研究离心泵叶轮不同破坏程度下振动信号特征,可以为离心泵故障的监测分析提供借鉴和参考。

基于MUSIG模型的气液两相流离心泵内部流动数值模拟

为了解决气液两相流泵内部流动数值模拟中所采用的欧拉-欧拉双流体非均相流模型无法考虑气泡离散相粒子直径变化以及气相之间的聚合作用与破碎作用,导致在高含气量时的模拟结果与试验存在一定差距的问题,文中将一种新型的欧拉-欧拉双流体拓展模型,即MUSIG模型用于气液两相流泵内部流动的数值模拟,通过与气液两相流工况外特性试验数据对比发现,入口含气率在5%左右时,MUSIG模型计算得到的外特性曲线与试验结果整体趋势吻合较好;普通的欧拉-欧拉两相流模型在大含气率下与试验相差较大.基于MUSIG模型,分析入口含气率对内部流动特性的影响,发现入口含气率的增加会引起内流失稳和流线紊乱,气相逐渐聚集在前盖板与流道中间部位,最后引起能量损失,叶轮出口压力下降.这些现象会随着入口含气率增加而逐渐加剧,最终扬程与效率均会随着含气率增加而下降.含气率小于3%时,内流较稳定;当入口含气率为5%时,扬程下降至32 m,效率下降至55%,推测此时流道内气相聚合,生成气囊.

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

为深入了解双吸离心泵内部非定常压力脉动特性,对一台双吸离心泵在0.6 Q d、0.8 Q d、1.0 Q d和1.2 Q d工况下的压力脉动特性进行了试验和数值模拟研究,得到了吸水室和蜗壳壁面上3个监测点的压力脉动时频域特性及泵内部压力脉动强度分布。对比试验和数值模拟的泵外特性和监测点的压力脉动功率谱密度,验证了数值模拟的准确性。结果表明:在设计工况和小流量工况下吸水室监测点处叶频是压力脉动的主频,在1.2 Q d时主频转变为轴频,且轴频的幅值随流量变化较小;因吸水室顶部漩涡较多,采用SST k-ω模型进行数值模拟未能准确预测吸水室中的压力脉动。蜗壳上监测点的压力脉动主频为叶频,其振幅随流量的增加先减小后增大,由于蜗壳内压力脉动主要原因为叶轮和蜗壳的动静干涉作用,数值模拟可以准确预测蜗壳中的压力脉动。在小流量时蜗壳出口处监测点的压力脉动主频为轴频,在设计工况和大流量时为叶频,但由于数值模拟未考虑环境因素,使得其结果与试验有偏差。蜗壳中压力脉动强度随着流量增加先降低后变大,在设计工况最低,在设计流量和大流量工况下隔舌断面上压力脉动强度对称分布。

离心泵叶轮不同磨损程度下的振动信号分析

为了研究离心泵不同程度磨损后叶片进口边的振动特性,在虚拟仪器平台搭建试验泵系统,选用IS-50-160-00单级单吸离心泵分析不同磨损程度下振动信号的时域和频域特征.以6个叶片离心泵为研究对象,分别破坏对称2,4,6个进口叶片进行试验,采集泵在不同磨损程度下径向、纵向、轴向和基座方向的振动信号,并进行时域和频谱分析.在时域上采用峭度分析方法,发现磨损后每个叶轮的峭度变化是一致的,通过检测基座方向和轴向的振动信号峭度,可诊断离心泵的磨损程度.利用峰值因子分析得出磨损后叶轮产生更高的尖峰,尤其是轴向峰值因子较大.在频域分析中采用最大熵谱估计方法,得出磨损后离心泵在高频信号中出现振动能量的变化,将高频段(2500~5000 Hz)的振动变化作为诊断磨损程度的特征频段,同时发现振动信号功率谱在基座方向和轴向的能量变化较大.

叶根间隙对双向轴流泵水力性能的影响

为了保证双向轴流泵叶片安放角的可调节性,在叶轮结构设计时,叶片与轮毂之间均会保留一定的间隙,并且该间隙也会随着叶片安装角的调节而发生改变。根据工程经验,叶轮叶根间隙设计不合理会对轴流泵水力性能产生显著影响。为了探究叶根间隙在不同流量下对双向轴流泵正、反运行工况下水力性能的影响,设计了5种叶根径向间隙半径(0、1、3、5、8 mm),基于CFX对5种方案在不同运行工况下的水力性能与内部流态进行预测模拟,并将计算结果与试验测量值进行了验证对比。研究结果表明:当叶根径向间隙大于一定数值时,双向轴流泵在正、反运行工况下的扬程与扭矩会出现明显下降。在大流量条件下,泵效率由于叶根径向间隙半径增加而产生的下降幅度较大,正、反运行工况下泵效率最大下降5.72个百分点和3.48个百分点。在研究叶轮流道内部的流场时发现,正、反运行工况下的间隙泄漏量均随着叶根径向间隙半径的增大而上升。对于叶轮出口处的速度分布而言,轮毂附近的轴向速度与绝对速度环量受叶根径向间隙半径影响较为明显,均随着间隙增大而呈现显著的下降趋势。

负压输水光滑管道水力摩擦系数的试验研究

为了研究虹吸进流在某些输水工程改造中取得显著效果的内在机理,通过在实验室内进行复杂起伏管路的局部窝气/没窝气情况下阻力特性试验,并对试验管道(DN50有机玻璃管)的水力摩擦系数进行了试验预估,得到了比基于穆迪图估算更低的数值.为了排除该复杂管路中诸多弯头、球阀等部件对试验结果的干扰,重新搭建了一套前端带有虹吸负压整流装置的简单直管系统,对负压情况下的圆管流动水力摩擦系数进行了试验研究.管道为透明有机玻璃,可视为水力光滑管道.通过测量直管上两相距18.4 m的侧压点,在不同流量下得到其水力摩擦系数,测试不仅获得比先前更低的水力摩擦系数,而且随雷诺数变化表现出一种新的趋势,由此得出负压对管道流动有着重要的影响.

环量分布对基于反问题设计的混流泵优化结果的影响

为定量研究叶轮出口环量分布对导叶式混流泵优化结果的影响,该研究在试验验证数值模拟准确性的基础上,以反问题设计为基础,结合最优拉丁超立方抽样法,径向基神经网络模型和多岛遗传算法,以0.8Q_(des)、1.0Q_(des)和1.2Q_(des)处泵段加权效率为优化目标(Q_(des)表示设计流量),以1.0Q_(des)处扬程变化小于3%为约束条件,在自由涡设计(叶轮出口环量恒定分布)和强迫涡设计(叶轮出口环量线性变化)两种不同方案下分别对比转速为511的导叶式混流泵叶轮进行参数化优化,并对优化结果进行对比分析。研究结果表明:以轮毂处环量值作为翼展方向环量分布控制参数,结合连续性方程、能量方程和径向平衡方程,对叶轮出口处环量分布进行计算是可行的;局部敏感性分析表明环量控制参数对优化结果具有较大影响,在优化设计中应该被考虑;自由涡设计优化结果的加权效率为84.14%,而在强迫涡设计中该加权效率为85.08%,且两者扬程均满足约束条件,内流分析表明强迫涡设计中效率的提升主要由叶轮出口附近流态的改善引起。研究结果可为同类型涡轮机械的优化设计提供参考。

叶片出口角对化工离心泵性能的影响

为了研究叶片出口角对化工离心泵性能的影响,以一台比转数为180的化工离心泵为研究对象,将叶片出口角从22°依次增大到27°,37°和47°.应用ANSYS 14.5软件进行数值计算,结果表明:叶片出口角对外特性影响显著,适当增大叶片出口角可以提高扬程及效率,但也不宜过度增大到47°;随着叶片出口角的增大,叶轮进口的低压区域逐渐向叶轮出口方向扩大,压力分布趋于紊乱,且在工作面附近有逆压梯度存在,会聚集不稳定的低压流体;在额定工况下,叶片出口角小于37°时,压力脉动幅值较小,且高频脉动很小;次主频有随叶片出口角的增大向低频处转移的趋势; 4个方案叶轮所受径向力都是在额定工况下达到最小,并在小流量下差异性最大;不同工况下叶片出口角为27°的叶轮所受径向力最小,这说明对非定常特性的影响,叶片出口角存在一个最优值.此外,针对叶片出口角为22°的模型进行了性能试验,对比发现数值计算的结果是可信的.

离心泵叶轮斜切对出口回流及驼峰特性的影响

为研究叶轮出口斜切对于离心泵驼峰性能的影响,选用离心泵(IS 65-50-174)作为研究对象,利用试验获得叶轮斜切前后的外特性,并利用SST k-ω模型进行非定常数值模拟以获得内流场以及压力脉动特性.试验结果表明,叶轮出口斜切后,可以消除原模型泵中的驼峰现象,并在小流量区域引起更高的耗功.对驼峰附近工况0. 2,0. 3,0. 4倍设计流量下的内部流动进行分析,可以得到以下结论:随着流量的减小,原模型泵叶轮出口的低能量区,从前盖板转移到后盖板附近;而叶轮斜切之后,回流发生在叶轮后盖板附近,并随着流量的减小出口回流强度逐渐上升,进而形成较为稳定的性能曲线.对叶轮出口的压力脉动进行分析,发现斜切后低频脉动幅值减小,叶轮出口流动不稳定性有所下降.

中国喷灌机现状与发展思考

基于水利统计数据,分析了近10 a中国节水灌溉应用分布,发现东北以喷灌为主,西北以微灌为主,华北以低压管灌为主,华东以渠道灌溉为主,具有明显的区域特征,节水灌溉仍有50%发展空间,喷灌技术占比与欧美国家相比仍然偏低.总结回顾了中国喷灌机发展历程、研究进展和发展趋势.从国家政策引导、智慧农业发展、农业种植结构变化和盐碱地耕地改造4个方面,分析了在资源环境约束挑战下中国喷灌机的发展机遇.阐明了喷灌的优势和不可替代作用,指出随着中国高标准农田建设及农业规模化经营稳步推进,喷灌机性能及功能不断增强,使以往喷灌的局限性逐步转变成发展优势.最后从补齐农业全程机械化短板、水肥药一体化作业新模式和无人化智能化方面展望了中国喷灌机未来发展前景.

基于全流场的泵装置出水流道内流特性分析

为了研究立式轴流泵装置出水流道的流动特性,以一立式轴流泵装置为研究对象,基于全流场非定常计算,结合湍动能和流线分布以及压力分布,分析出水流道内非定常流动特性;基于Q准则,在小流量工况下对流道内涡旋结构进行可视化分析;基于特征值法和涡量法,对不同工况下1个非定常旋转周期内的出水流道里的涡核进行提取.结果表明:小流量工况下,出水流道的入口处产生的涡旋结构数量最多,流道内提取到的涡核数量也最多;出水流道内的涡核强度从流道入口处往后逐渐减弱; 2种方法均在额定工况下提取到的涡核数量最少,并且额定工况下流道中后部均未出现涡核.掌握出水流道内流特性及涡核分布,有助于今后优化设计出低水力损失的出水流道.

卷盘式喷灌机水涡轮发展与研究现状

为解决国产水涡轮效率低的问题,回顾了国内外卷盘式喷灌机的发展及研究历程和早期对水涡轮的研究,综述了近5 a国内研究人员围绕国产JP50和JP75这2种水涡轮所开展的外特性试验、CFD分析和改进措施等研究现状.概述了国外目前常见的冲击式和径流式2种水涡轮的结构类型,重点介绍了国内学者针对引进国外的进口为射流冲击式结构的水涡轮所开展的创新性研究,在试验和CFD模拟的基础上,发现这种结构水涡轮的内外特性比国产水涡轮有很大提高,并通过正交试验分析了各种参数对性能的影响,采用GA-BP优化算法进行了进一步优化设计,获得了一种优化的水涡轮模型,CFD分析和试验都证明,优化水涡轮的内外性能全面超过了国外水涡轮.最后,总结了水涡轮研究存在的不足,提出了今后对水涡轮研究的改进建议.