试验研究

  • 无油压缩机气缸-活塞环摩擦磨损特性试验研究

    鲍军;曹斌;李奉誉;方燚;刘志龙;

    为探究无油压缩机气缸与填充PTFE活塞环的配对摩擦磨损特性,在Rtec-instruments多功能摩擦磨损试验机上对不同表面处理工艺的不锈钢、铝合金气缸材料与不同配方填充PTFE活塞环材料进行配对摩擦磨损试验。通过对摩擦系数时序曲线的变化规律、摩擦副磨损前后表面形貌特征及填充PTFE磨损量的研究,选择最优摩擦学性能的气缸-活塞环的配对摩擦副。结果表明,铝合金与不锈钢表面进行PCVD处理相对于常规阳极氧化和镀铬更易在摩擦表面形成自润滑转移膜;PTFE填充碳纤维时,其摩擦系数时序曲线随磨合过程降低且较为稳定;考虑摩擦系数与相对磨损量,提出了综合摩擦系数作为配对摩擦副选材的依据;PCVD处理的铝合金材料与填充主材碳纤维PTFE的综合摩擦系数为6.1×10~(-5),具有较低的综合摩擦系数、稳定的摩擦系数时序曲线和良好的表面形貌特征,可作为气缸-活塞环的配对摩擦副的优选方案之一。

    2023年06期 v.51;No.612 1-5+38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1488K]
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  • 脉冲非均匀电场下水滴运动及碰撞特性研究

    周龙大;赵立新;刘琳;张爽;徐保蕊;

    为了提高油包水(W/O)乳液的破乳脱水效率,采用高压方波脉冲非均匀电场,并基于显微试验研究水滴极化后的碰撞行为及微观破乳过程(水滴液膜破裂后聚结)。结果表明:非电解质促进水滴弹/塑性碰撞行为,电解质削弱偶极作用而减小碰撞速度;加入非电解质,电参数对水滴塑性碰撞的影响大于直径比和体积,而加入电解质,直径比对塑性碰撞的影响最大,其次是体积和电参数;不同电压和频率下,乳液B(含非电解质)中水滴塑性碰撞速度极大值分别为9.451μm/s和8.577μm/s,远大于乳液A(对照组)和乳液C(含电解质),其中乳液C最小。研究得到的水滴碰撞聚结规律可为提高静电聚结器的脱水效率和研制高效电脱水器提供借鉴。

    2023年06期 v.51;No.612 6-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 5324K]
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  • 三角形与梯形凹槽微通道流动换热特性试验研究

    许哲涵;殷泽;金琦;戴秋敏;

    为研究壁面凹槽对微通道热沉流动和传热性能的影响,设计了两种侧壁具有不同凹槽结构的微通道热沉模型,以去离子水作为流体介质展开试验,并通过综合进出口压降、摩擦因子、加热面温度、努塞尔数和综合传热因子评价侧壁凹槽结构对流动换热特性的影响。结果表明,当凹槽开口长度同为1 mm、开口倾角同为25°时,三角形凹槽微通道的压降相对于梯形凹槽最高提高了9.36%;当加热功率同为240 W、入口温度同为20℃时,三角形凹槽微通道散热能力始终大于梯形凹槽微通道;当通道内雷诺数处于试验设定的500~3 500区间时,三角形凹槽微通道的流动与传热综合性能始终优于梯形凹槽微通道;设计微通道热沉侧壁凹槽结构应优先考虑三角形凹槽结构。

    2023年06期 v.51;No.612 13-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 949K]
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设计计算

  • 叶片厚度分布对离心泵流动结构及性能的影响

    张黎雯;吴成硕;高兴;易家乐;武鹏;吴大转;

    为研究叶片厚度分布对离心泵性能的影响,在保证蜗壳和叶轮其他参数不变的情况下,设计了3种不同叶片厚度分布的模型,采用定常和非定常数值计算方法分别获取不同模型的外特性和压力脉动情况,并结合内部流动结构进行对比分析。结果表明:采用抛物线型非均匀叶片厚度分布方式能够显著提高离心泵性能,在设计工况下厚度较大的模型相比初始模型扬程提高0.38 m,效率提高3.07%;非均匀叶片厚度分布能够改善泵内流场,通过减小叶轮中部叶片载荷变化梯度,从而有效减少叶片间轴向旋涡,但在一定程度上加剧了尾缘流动分离;泵内非定常压力脉动主频集中在叶频上,采用非均匀叶片厚度分布能够显著降低泵内不同位置处的压力脉动幅值,相比初始模型,2个厚度优化模型在叶轮出口各监测点处的平均叶频脉动幅值分别降低了21.7%和33.5%,一定程度减弱了泵运行过程中的流致振动。

    2023年06期 v.51;No.612 19-25+65页 [查看摘要][在线阅读][下载 2603K]
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  • 考虑叶轮与蜗壳间隙的风机多因素正交优化设计

    张子健;余晴阳;邓业林;吴鹏;

    为了探究叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙改变对风机性能的影响,分析风机性能改善的内部流场机理,获得静压效率更高的风机,将正交试验设计方法、CFD技术和试验验证等相结合,发展了一种基于正交试验设计方法和CFD技术的离心风机优化方法,并将该方法应用于某工业离心风机的优化设计;将叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙和叶片前安装角作为3个独立因素,以静压效率为优化目标,基于该优化方法,对原风机进行多因素多水平的正交试验优化设计。结果表明,优化后风机的静压效率为77.29%,对比原风机静压效率提高了2.54%;叶轮与蜗壳上间隙对风机静压效率影响较大,优化后风机的湍流强度明显降低,二次流损失减小,风机气动性提高。

    2023年06期 v.51;No.612 26-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1340K]
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  • 沥青颗粒旋风分离性能模型的建立与验证

    王新超;马强;陈建义;

    针对沥青颗粒因蓬松多孔、黏附性强、流动性差等造成旋风分离效率低,且目前商未有准确的分离效率计算模型等问题,以三区模型为基础,引入了新的特征尺寸、特征速度、颗粒球形度等因素,确定了更为准确的St数,最终建立了沥青颗粒分离性能的新模型。通过试验对比了新模型与原三区模型的差异性,结果表明,新模型可有效表征沥青的分离效率,误差不大于1.64%,表明该模型可准确表征颗粒密度、中位粒径、球形度在旋风分离过程中的影响;采用石油焦颗粒、煤粉颗粒、滑石粉颗粒等常规颗粒对该模型进行验证,新模型计算与试验结果吻合度高,其误差不大于1.03%,证明了新模型具有较高的普遍适用性。该模型的建立可为球形度小、流动性差、分离效率低的特殊颗粒旋风分离性能计算提供参考。

    2023年06期 v.51;No.612 33-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 831K]
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  • 喷嘴布置对填料加湿器喷淋层布水效果的影响

    龚珊;曹晨熙;王永湛;李平;

    为了提高150 kW质子交换膜氢燃料电池用填料加湿器的加湿效果以及设备紧凑性和经济性,对喷淋层的液体预分布效果进行了分析,研究了中心对称排布的1,3,5,7,9个喷嘴的喷嘴间距、喷嘴入射方向角对喷淋层液滴分布均匀性系数及最大喷淋高度的影响。结果表明:喷嘴间距显著影响液滴分布均匀性,存在最优间距使喷淋效果最好;改变喷嘴喷射方向角可以一定程度上增加3,5个喷嘴的液滴分布均匀性系数,但对7或9个喷嘴起到减弱作用。综合得出的最优分布条件为:采用7个喷嘴、设置喷嘴间距为0.16 m及方向角为0°。研究结果可为应用于大功率PEMFC电堆及其测试系统的填料加湿器喷淋层结构设计提供指导。

    2023年06期 v.51;No.612 39-45+59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1735K]
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  • 蓄取热工况下同轴套管式地埋管换热器周围土壤温度变化规律

    吴晅;潘亚楠;侯正芳;金光;郑明杰;

    为研究不同因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,建立三维同轴套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用自建实验台开展试验对数理模型进行试验验证。在此基础上,对蓄取热工况下同轴套管式地埋管的非稳态传热过程进行数值模拟研究,分析了管径、回填材料、土壤初始温度等因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,获得了不同因素对套管式地埋管换热器周围温度场的影响规律。研究结果表明:外管径相同时,内管径的变化对周围土壤温度场影响较小;径向距离0.4 m处,土壤初始温度为14℃时地埋管周围土壤温度最高为17.803℃;循环介质选用氯化钙比选用水换热量提高约23%。试验验证表明,所建模型最大相对误差为12.5%,具有合理性。研究结果显示蓄热时土壤初始温度越高的地区越有利于地埋管周围土壤储存热量,取热时循环介质选择氯化钙溶液可使系统高效运行。

    2023年06期 v.51;No.612 46-52+75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1473K]
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  • 基于粗糙集和PSO-Elman的商业建筑空调冷负荷预测

    李宗霖;雷蕾;郭雪松;

    为了精确预测商业建筑空调的冷负荷,建立基于粗糙集和PSO-Elman神经网络的预测模型。首先利用粗糙集对空调冷负荷的影响因子进行属性约简,然后应用粒子群算法优化Elman神经网络的权值和阈值,建立PSO-Elman商业建筑空调冷负荷的预测模型。采集桂林某商业建筑的空调数据和气象参数验证PSO-Elman预测模型的预测性能,并将该模型的预测结果与Elman预测模型的预测结果进行对比分析。研究结果表明,PSO-Elman预测模型的预测精度高于Elman预测模型,PSO-Elman预测模型预测结果的平均绝对相对误差、均方根相对误差、均方根误差和平均绝对误差分别为4.87%,6.15%,423.71和335.86,与Elman预测模型的预测结果相比,这些误差参数分别降低了2.46%,2.46%,169.65和156.57。由此可知,PSO-Elman预测模型能够精确有效地预测商业建筑空调的冷负荷。

    2023年06期 v.51;No.612 53-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1326K]
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  • 低比转速LNG潜液泵的设计与工作特性研究

    宋怀德;郭宝骏;李玉华;赵融会;

    为自主开发LNG潜液泵并打破国外LNG泵技术垄断,本文开展了LNG低温泵主要过流部件的设计匹配,通过对可行性的设计思路和4种方案进行评估和优化,获得方案2等螺矩+7个长叶片为最佳方案。借助CFD仿真软件对LNG低温泵的流体域进行数值计算,并通过试验进行验证,试验结果显示,LNG低温泵的效率比ACD潜液泵高8.29%,汽蚀降低0.07m,优于国外同类典型型号,同时采用先进的耐低温材料、加工工艺和制造方法,提高了设计生产过程的可控性,采用与实际运行环境更接近且安全性能更高的液氮代替LNG进行低温试验,该泵型的开发成功,可为国产化提供参考。

    2023年06期 v.51;No.612 60-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1416K]
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  • 涡旋压缩机止推轴承润滑特性研究

    成金贵;李超;张燕;

    涡旋压缩机止推轴承接触面间油膜黏性剪切力和峰元剪切力耦合作用会动态改变该摩擦润滑特性,为了深入研究两者内部作用机理,运用平均雷诺方程和固体接触理论建立了止推接触面间摩擦润滑理论数学模型;在不同工况下,应用MATLAB软件编程,利用差分迭代和数值积分对止推轴承接触面摩擦润滑理论数学模型进行了数值模拟计算,并在多功能摩擦试验机上开展了涡旋压缩机止推轴承的摩擦润滑试验。结果表明:涡旋压缩机在混合润滑状态下工作时,止推接触面间摩擦系数有最小值,且此接触面间楔形角的形成是产生良好润滑的重要因素。摩擦力理论值与试验值相对误差在1.5%~8.7%之间,平均相对误差为4.5%左右,摩擦系数理论值与试验值相对误差在0.5%~9%之间,其平均相对误差在5%左右,理论计算结果与试验结果吻合良好,验证了所建数学模型的正确性。建立的理论模型可以为进一步完善止推轴承的设计和提高涡旋压缩机机械性能提供理论参考。

    2023年06期 v.51;No.612 66-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2290K]
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应用技术

  • 泄流孔对铸铝离心泵汽蚀特性的影响

    王凤娟;李雷;王丽霞;付春雨;辛承祖;

    为了解决发动机铸铝水泵在耐久试验阶段出现的汽蚀破坏问题,对泵体泄流孔处进行改进设计,将孔径由4 mm调整为2 mm,优化泵体泄流孔周边结构,以减小水泵临界汽蚀余量,降低汽蚀发生度。主要分析了水泵临界汽蚀余量的影响因素,借助Simerics MP+软件可知改进前?4 mm泄流孔位置处的最大气体体积分数为0.37,改进后?2 mm泄流孔位置处的最大气体体积分数小于0.1,并对改进后的水泵进行耐久考核及实际应用验证。结果表明,改进后的泵体在泄流孔附近无明显汽蚀破坏发生,有效提高了泵体抗汽蚀能力。

    2023年06期 v.51;No.612 76-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1331K]
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  • 基于RANS模型的不同边界条件风机三维流场模型应用研究

    司翔;许淑惠;徐荣吉;沃龙;

    为了更加真实地分析风机流场,并缩短数值计算时间,分别建立不同参数(尺寸、转速)的轴流风机的三维流场模型,基于RANS模型中的Realizable k-ε模型,分别采用速度边界、Fan边界、3D Fan zone 3种边界条件对风机内部流场、射流通风流场进行稳态计算,并将计算结果与文献中风机试验数据进行了对比验证。为了进一步验证风机内部流场模拟结果的准确性,对1台SF3-4轴流式风机进行性能测试,结果表明:采用3D Fan zone和Fan边界条件计算内部流场的气动性能数据与试验值最接近,平均误差分别为1.59%和4.42%,但要求的网格数较多,计算时间长,而采用速度边界条件虽平均误差为10.3%,要求的网格数较少且计算时间短。在模拟风机射流通风流场时,采用3D Fan zone与Fan边界条件能实现流场边缘处的微小尺度旋流及流场各处的温度变化,而采用速度边界条件虽能实现流场中心处的大尺度射流,但无法实现流场其他位置的流动、传热现象;3种边界条件的计算结果都与风机内部流场的实际性能参数吻合度高,研究结果可为风机流场研究提供参考。

    2023年06期 v.51;No.612 81-89+97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1992K]
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  • 一种预先降低平板闸阀启闭力矩的新方法

    高俊峰;鲍洋洋;李伟;明友;徐亭亭;

    为了解决高压管线平板闸阀启闭力矩过大的问题,根据密封机理,建立浮动阀座-闸板密封结构的流固耦合体动力学模型,以密封面的接触压力为启闭力矩的评价指标,研究闸阀的不同开度对密封面的压力FMZ、相对力矩P、流体流速V以及流体流动的影响规律。基于上述研究,提出一种预先降低闸阀启闭力矩的多级减压结构,通过控制流体介质流经密封结构前的压力,有效地降低闸阀启闭力矩;分析了多级减压结构参数R1,D1和L1对总扭矩的影响规律。研究表明:在闸板启闭开始/结束时,应加快启/闭速度,可减小流体的压力载荷对密封结构的冲击损伤;提出的多级减压结构使流体介质在流经密封结构前压力减少86%,有效控制了启闭力矩,保护了密封结构。本文提出的控制方法可为阀门的密封结构设计与优化提供理论基础,为工程应用提供参考。

    2023年06期 v.51;No.612 90-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1547K]
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  • TMD技术在核电站立式泵组结构共振处理中的应用

    刘明利;夏莹沛;张辉仁;郭瑞;

    针对某核电站立式泵组因结构共振导致电机振动过高的问题,提出了一种新的旋转机械振动处理方法,即通过调谐质量阻尼装置对旋转机械进行降振。分析了质量比、频率比、阻尼比对主系统振幅的影响,通过精准的计算、仿真、测试,制作了一套质量比为0.11、阻尼比为0.1、频率比为1.05的环形调谐质量橡胶阻尼装置,经现场验证,泵组振动值由14.5降低至1.1 mm/s,有效地解决了振动高故障。提出的调谐质量阻尼技术在立式泵组振动治理的应用为旋转机械振动处理提供了一种新的方法,具有一定的借鉴意义。

    2023年06期 v.51;No.612 98-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1425K]
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