农业机械学报

作者：黎耀军,张振洲,严海军,顾涛

单位：中国农业大学,水利部建设管理与质量安全中心,中国农业大学,中国灌溉排水发展中心,

关键词：卷盘式喷灌机;水涡轮;数值模拟;正交试验;水力性能

基金：国家重点研发计划项目（2016YFC0400109、2017YFD0201502）和河北省重点研发计划项目（17227207D-03）

为了揭示JP75卷盘式喷灌机切击式水涡轮的水力性能及内部流动特征，采用电涡流制动器阻力代替喷灌机负载，进行水涡轮水力性能试验，并基于SST k-ω模型对水涡轮内部流动进行数值模拟。在此基础上，通过模拟正交试验对影响水涡轮水力性能的主要因素进行分析。研究结果表明，水涡轮进出口水头差及输出功率随流量增加近似呈抛物线型增加，不同工况下水涡轮效率均低于35%；水涡轮喷嘴出口处存在回流区，回流区的低速流动降低了喷嘴射流速度，造成水涡轮驱动力矩下降；叶轮内存在一个主过流叶片通道，喷嘴出流在叶轮内主要由主过流通道流经叶轮，主过流通道内叶片工作面压力高于其他区域；叶片出口侧环形流道内流速相对较高，对叶轮内非主过流通道流动起阻滞作用，导致叶轮区形成回流漩涡；喷嘴出口直径和叶片侧端间隙大小对水涡轮水力性能有显著影响，模拟正交试验获得了喷嘴出口直径24mm、叶片侧向切削点与叶轮旋转轴径向距离52.7mm、叶片侧端间隙6.8mm的水涡轮改进方案；与原型水涡轮相比，不同工况下，改进方案水涡轮的进出口水头差降低了20%~30%，输出功率提高了10%~15%，效率提高了12~17个百分点，最高可达52.21%。

来源：2018年第1期

《农业机械学报》期刊编辑部

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