试验研究

• 煤化工装备中关键阀内件的失效行为及表面强化技术

  葛涛;王玉;白宇;武志红;

  针对煤化工装备中关键阀内件材质的劣化问题，采用宏/微观多尺度分析方法研究在不同服役工况下阀内件的失效风险因素，并提出阀内件表面的强化策略。结果表明：气-固稀相介质下阀内件失效行为是气-固两相冲蚀导致材料流失；气-固浓相介质下阀内件失效是气相和固相煤粉冲蚀、颗粒及黏着磨损等多种因素耦合，冲蚀所占比例较大；液-固介质下失效机理是腐蚀、冲蚀、磨损等多种因素耦合。基于阀内件失效风险，并结合材质的强-塑-韧适配性原理，提出了多功能一体化涂层的防控策略。通过超音速等离子喷涂技术在基体表面制备Ni Cr-Cr3C2金属-陶瓷涂层，涂层结构致密，硬度提高至HV0.31013。相比不锈钢材质，涂层硬度提高近5倍。拉伸测试表明，Ni Cr-Cr3C2涂层与基体结合强度达到67 MPa，且耐冲击性能优异，实现了材质表面的强化。

  2024年02期 v.52;No.620 1-7+39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1784K]
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• 室外换热器可变流路设计及试验分析

  陶骙;邵艳坡;吴恒;晏刚;肖芳斌;陈磊;黎顺全;李健锋;

  为了确定制冷与制热模式下换热器的最优流路，建立了空调室外机的蒸发器/冷凝器仿真模型，并将换热器仿真模型耦合入系统仿真中，分析了不同流路对系统换热量及系统性能的影响，以确定换热器在制冷与制热模式下所对应的最优流路。结果表明，当分路数在5～20范围内变化时，在制冷模式下整机能力及性能随着分路数增大而减小，在制热模式下整机能力及性能随着分路数增大呈现先增加后减小的趋势；制冷模式下的优选分路数为5～7路，制热模式下的优选分路数为14～16路。在此基础上，通过单向阀与电磁阀设计了制冷/制热模式下室外机运行分路数为7路/14路的可变流路方案，试验测试结果表明，各测试工况下能效均有提升且全年能源消耗能效（APF）提高5.4%，超低温为-15℃时制热量提升6.0%，性能提升2.8%。本文研究结果可为换热器设计优化领域的研究人员提供参考。

  2024年02期 v.52;No.620 8-15+47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1707K]
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• 风冷螺杆空压机测试系统及环境参数对性能影响研究

  周浩然;张良;杨玉麒;叶方平;

  针对大型风冷螺杆空压机散热量大，会使周围环境温湿度迅速发生变化的特点，设计了一种局部排风的空压机性能测试系统，并探究环境参数变化对空压机容积流量和比功率的影响。结果表明：测试环境温度均匀性能达到0.5℃以内，空压机进气口温度波动度在±0.3℃以内，确保了测试环境的稳定性；空压机的容积流量受环境温度和相对湿度的耦合影响，空压机处于低环境湿度时，相对湿度影响更大，处于高环境湿度时，则相反；空压机的比功率随着测试环境温度和相对湿度的增加而增大，受环境温度的影响更大；在测试范围内，环境相对湿度为50%，温度为20℃时，空压机性能最好。研究结果可为根据实际运行环境选定空压机提供一定的理论指导。

  2024年02期 v.52;No.620 16-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1730K]
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设计计算

• 透平式能量回收一体机水润滑转子稳定性研究

  宁延强;李岩;张德胜;叶晓琰;丁竞飞;

  为了保障膜法海水淡化系统中透平式能量回收一体机的稳定运行，对一体机水润滑转子的稳定性展开研究。基于流体动压滑动轴承理论，同时考虑水润滑轴承和口环间隙水膜的流体动压润滑效应，在MATLAB平台上利用有限差分法、扰动增量法求解雷诺方程，得到水润滑滑动轴承及口环的动力特性系数，并对水润滑转子系统的动力学特征方程进行求解，进而判别转子系统的稳定性，研究了临界状态下系统转速与质量的关系。结果表明：口环间隙水膜的承载力在转子稳定性分析中不可忽略，否则将产生较大误差；考虑口环产生的动压润滑效应后，滑动轴承处水膜压力约减小40%，系统动力特性系数增加，系统的临界转速相较仅考虑滑动轴承时提升了3 000 r/min，临界质量提升了8.4%；滑动轴承的主刚度系数与交叉阻尼系数受转速的影响明显高于口环处。研究结果为提高海水淡化一体机水润滑转子系统的可靠性提供了参考。

  2024年02期 v.52;No.620 24-31+74页 [查看摘要][在线阅读][下载 2058K]
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• 太阳能-余热联合驱动吸收过冷CO_2制冷-淡水联产系统性能分析

  代宝民;赵佳仪;刘圣春;杨海宁;李伟锋;章立标;陈月;

  为了同时满足制冷和淡水的共同需求，提出了太阳能-余热联合驱动吸收过冷CO_2制冷-淡水联产系统（AbsCWCS），在提高CO_2制冷系统能效的同时可生产淡水。建立系统的热力学模型，分析了环境温度和太阳辐射强度对系统能效（COP）的影响。此外，为进一步分析气候条件的影响，选取5个典型缺水城市，对年度性能系数（APF）和年淡水产量进行了评估。结果表明：Abs-CWCS的COP和淡水产量均显著提升，与基础CO_2增压制冷-淡水联产系统（Base-CWCS）相比，COP提高了1.95%～41.02%，淡水产量增加了0.8～28.6倍，Abs-CWCS的CO_2制冷系统排气压力可降低7.86%;AbsCWCS可有效提高系统的APF,5个典型缺水城市的APF可提升3.66%，年淡水产量的提升率可达9.54%～64.62%。研究结果为同时解决制冷和淡水需求提供了可靠的解决方案。

  2024年02期 v.52;No.620 32-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1797K]
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• 新型工业微反应器的开发研究

  张秋双;陈永东;韩冰川;于改革;

  针对目前工业领域的微反应器存在处理能力小、设备耐压耐温能力有限、紧凑度低和流速低等缺陷，开发了一种应用于特定领域的新型工业微反应器，“蚀刻+扩散焊”工艺使其具有极好的耐压耐温性能，制造工艺使设备高度紧凑且内部通道灵活多变，在特定的化工工艺中具有巨大的优越性。针对新型工业微反应器的开发提出了拱形混合结构（AFMS），矩形混合结构（RFMS）和碰撞流混合结构（CFMS）3种混合结构，采用数值模拟方法研究其混合性能。结果表明，混合效果随着雷诺数的增加而增加，在湍流条件下可以获得理想的混合效果；与AFMS相比，RFMS和CFMS在一定程度上可以促进混合过程，但会带来较大的压力损失，混合指数与压降比进一步验证了AFMS是最佳结构；当100<Re<1 000时，AFMS的混合指数在出口处为0.2～0.6，将AFMS后的直通道改为Zig-zag通道，混合指数可以达到0.94,Zig-zag通道显著改善了混合效果，而无明显的压力损失。研究结果为新型微反应器原型的结构设计提供重要参考。

  2024年02期 v.52;No.620 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1726K]
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• 蜗舌深度对离心风机气动性能和噪声影响研究

  李建建;

  针对新风空调离心风机功率高、噪声大的问题，基于CFD仿真与试验研究了不同蜗舌深度对离心风机气动性能和噪声的影响，并着重对A10,A30,A40共3种方案蜗壳在25～60 m~3/h流量范围内风机性能和噪声水平进行了分析。结果表明，蜗舌深度优化后，在额定流量45 m~3/h工况下，仿真全压值提高5 Pa，全压效率提高17.28%，试验测试功率降低7.8 W，噪声降低1.7 dB；合理选择蜗舌深度能够改善蜗壳扩压段处流动，提高风机气动性能，同时降低风机噪声。研究结果可为离心风机设计提供指导。

  2024年02期 v.52;No.620 48-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1528K]
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• 多级串并联离心泵运行特性研究

  王红超;魏志聪;李晓俊;朱祖超;

  为了研究泵系统串并联的工作特性，设计了一种由3台泵组成的双进口、双出口的串并联组合形式，通过试验和数值模拟结合的手段对每台泵能量特性进行分析。结果表明，通过对工作模式3不同流量下各泵的流量进行监测，发现并联的一级泵之间流量分布规律并不相同，最大流量差为0.15 Q_d，两者之间流量差值随流量的不断增大呈现先增大后减小的规律；出口1的扬程与M2的扬程较为接近，最大差值为0.188 H_d，与M1的扬程差值较大，最大差值为1.139 H_d；出口2的扬程基本不随工况发生变化，但是受上游2台并联一级泵的混合流态影响会产生波动。研究结果可为离心泵复杂串并联系统的设计和改进提供参考。

  2024年02期 v.52;No.620 54-59+91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1493K]
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• 消波器对水介质柱塞泵脉动吸收特性的仿真及试验

  王新海;毛汉源;秦子明;石兆存;

  针对柱塞泵排出流量的周期性变化所产生的压力脉动，导致振动噪声过大的问题，设计了一种结合蓄能器组与孔板的新型消波器，通过理论计算、数值模拟和试验对蓄能器组的参数进行了确定。结果表明，通过组合使用不同充气压力的蓄能器，消波器可有效衰减不同工况下的压力脉动，衰减比约为50%；蓄能器与孔板相结合的消波器可有效降低流体压力脉动，尤其对250 Hz以下的低频段吸收效果明显；针对不同排水背压，插入损失均可达到7 dB以上。研究结果对柱塞泵的降噪优化设计具有参考价值。

  2024年02期 v.52;No.620 60-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 1795K]
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• 地域与建筑类型对低环温空气源热泵减碳量定量评估的影响分析

  郭扬;刘骏亚;包继虎;牛晓文;陆磊;周坤;

  针对低温空气源热泵减碳量定量评估方法缺失的问题，基于DeST与GB 55015—2021的规定得出该类机组的标准化年使用条件，并采用哈尔滨实测气象数据进行了验证。依据T/CECA-G 0164—2022的规定，提出了低温空气源热泵减碳量的评估方法。通过实验室的测试数据及自行编制的计算软件对2台样机进行了减碳量评估，结果表明：在不同建筑类型应用时，低环温空气源热泵减碳量差距最大为74%；不同城市的减碳量差距最大为28%；寒假的设置对学校建筑减碳量的影响为24%。研究结果对低温空气源热泵的应用具有参考价值。

  2024年02期 v.52;No.620 67-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1695K]
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技术进展

• 大规模地下储氢用压缩机现状与发展趋势

  肖强;张乐;张建军;钟曾根;曾胜;王玲子;

  地下储氢是实现氢能大规模存储的最具潜力的方式，氢气压缩机是氢气注采过程中的核心设备，其中离心压缩机与往复压缩机是较适应于地下大规模储氢的压缩机类型。本文从压缩机设计配置、流量压比、润滑与排气温度限制、安全与泄漏等多个角度比较了离心与往复压缩机的特点，梳理了这2种压缩机的研究及应用现状。分析了应用于地下储氢时离心与往复压缩机目前还存在的技术问题，这主要为往复圧式缩机难以实现大流量运行，而离心压缩机压缩氢气时不易实现高压比，因此均需做出优化与改进。本文面向氢能领域前沿发展方向，为我国进一步发展大规模地下储氢的地上设备提供建设性意见。

  2024年02期 v.52;No.620 75-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 1221K]
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应用技术

• 基于GMM的流体旋转设备运行可靠性在线评价方法

  郗涛;王博;吴贤慧;王莉静;张建业;

  针对流体旋转设备运行工况多变且难以区分，导致运行可靠性评价准确率低的问题，提出了一种基于高斯混合模型（GMM）的流体旋转设备运行可靠性在线性评价方法。首先，根据设备历史运行数据，基于快速搜索和发现密度峰值的聚类算法（DPC），进行工况划分，构建不同工况条件下的基于GMM的运行可靠性基准模型；其次，使用XGBoost算法对设备实时运行状态进行工况识别，约减冗余指标，构建设备运行可靠性的评价指标体系；然后，计算度量评价指标与对应工况下基准模型指标的偏离程度，以马氏距离作为度量标准，进一步计算得到设备运行可靠性评价指数；最后，以矿用离心机设备为例，进行了多工况下的运行可靠性实例分析和模型验证。研究结果表明，该方法能够在线实时反应设备当前的运行可靠性水平，当离心机设备运行可靠性低于0.857时，认为设备进入劣化状态，且评价准确率达到98%以上。

  2024年02期 v.52;No.620 83-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1911K]
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• 泥浆射流泵冲蚀磨损特性

  孙坤杰;程怀玉;张祖提;柴彤山;龙新平;

  为了研究泥浆射流泵的冲蚀磨损特性，基于欧拉-拉格朗日方法对泥浆射流泵内部的固液两相流动开展了数值模拟，重点对泥浆射流泵内部液固两相流的冲蚀磨损规律进行了研究。结果表明：泥浆射流泵喉管进口和喉管中后段是产生冲蚀磨损的主要部位，吸入室和扩散管未产生明显冲蚀磨损。颗粒质量流量从1 kg/s增大到1.8 kg/s时，泥浆射流泵最大冲蚀速率增大了93.7%；泥浆流速从2 m/s增大到5 m/s时，最大冲蚀速率增大了11.48倍；颗粒直径从200μm增大到450μm时，最大冲蚀速率先减小后增大。相较于颗粒质量流量和颗粒直径，泥浆流速对射流泵内表面的冲蚀磨损影响更大，但产生冲蚀磨损的主要部位不会随泥浆流速、颗粒质量流量和颗粒直径发生明显改变。研究成果可为射流泵的设计提供参考。

  2024年02期 v.52;No.620 92-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1556K]
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• 混装不同叶轮的多级离心泵驼峰性能研究

  杨顺银;李林锋;陈先培;

  针对多级离心泵小流量区域的扬程易产生驼峰、运行不稳定的问题，提出了一种不同水力的叶轮进行混装的改进方案，并通过对比试验对改善扬程驼峰的有效性进行了验证，结果表明：通过叶片数为5、出口宽度为23.7 mm的A叶轮与叶片数为3、出口宽度为33.6 mm的B叶轮进行混装，较好地改善了多级离心泵小流量区域的扬程驼峰；效率为76%的A叶轮与效率为75%的B叶轮混装后泵效率为75.7%，不会因改善驼峰而牺牲泵的效率；相较传统的通过改变单个叶轮水力模型的叶片数、叶片出口角、叶轮出口宽度等参数来改善扬程驼峰的方法，更加方便灵活，且不会因改善驼峰而牺牲泵的效率。研究结论可为改善多级离心泵扬程驼峰的设计方法提供参考。

  2024年02期 v.52;No.620 100-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1352K]
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