试验研究

• 轴流泵流致振动、机械激励及驱动端激振特性试验研究

  张文奇;代路;柳勇;杨帅;吴大转;

  为了建立多种激励源特性与轴流泵机体输出振动特性之间的关联性，针对轴流泵开展了流致振动、机械激励及驱动端激振特性试验研究，通过采集不同激励源的激励特性，并与机体输出振动特征进行频谱对比分析，获得流致振动、机械激励及电机驱动端激振所贡献的振动频谱及其变化规律。结果表明，机械激励的主要诱因为转子不对中与碰摩，振动频率特征主要集中于1倍转频；流致振动的主要诱因为泵动静干涉和周期性流动现象，振动频率特征主要集中于2倍转频、叶频及其高次谐波；电机驱动端激振的诱因为高频磁通，振动频率特征为900 Hz以上的高频振动；各激振源分别贡献不同频段、不同幅值的振动，并最终形成多激振源耦合形式的振动输出；流致振动和机械激励的激振幅值对转速表现出明显的敏感性，随着转速下降而迅速下降；电机驱动端激振幅值则随着分析位置与电机的距离增大而迅速衰减。研究结果可为后续的轴流泵减振降噪优化提供理论支撑。

  2024年09期 v.52;No.627 1-7+83页 [查看摘要][在线阅读][下载 2006K]
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• 双逆流式露点间接蒸发冷却器的性能试验研究

  蒋苏贤;黄翔;褚俊杰;代聪;梁凯;赵娅舒;

  为了将蒸发冷却器应用于住宅建筑中，实现更大的降温温差和露点芯体尺寸的减小，提出了一种双逆流式露点间接蒸发冷却器，该冷却器采用双逆流式结构和高效湿通道材料。在双焓差试验室内，以干球温度35 ℃、湿球温度25.8 ℃工况为例，分析了该冷却器的冷却效率及制冷量等。结果表明，在中等湿度地区，二/一次风量比为0.9，采用喷15 s停60 s的喷淋方式时，冷却器湿球效率达到104%，露点效率达到79%，制冷量达到1.76 kW，COP最高为7.5，能够满足应用于住宅建筑中室内送风温度26～28 ℃及能耗降低等指标要求。该研究可为住宅建筑用露点空调器的设计提供参考。

  2024年09期 v.52;No.627 8-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1442K]
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• 基于复合PWM的高速开关阀先导控制电液换向阀特性试验研究

  卢德来;李智源;王伟;廖瑶瑶;张敬阳;

  针对传统液压支架换向阀存在流量控制不精准、压力冲击大等问题，提出一种高速开关阀先导式电液换向阀控制液压缸方案，搭建试验平台对方案中阀的特性进行了研究，对比了高速开关阀和常规电磁开关阀做先导级时电液换向阀的响应速度，由于高速开关阀滞后时间短，控制腔压力上升较快，故高速开关阀先导时电液换向阀响应速度快；提出脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)的方法，控制电液换向阀主阀芯位移方法。结果表明，主阀芯稳态位移经历4个阶段且在一定占空比范围内可以呈现比例开启效果；在供液压力10 MPa下实现高速开关阀对主阀芯位移在全行程内的调节，复合PWM信号控制区间占空比为30%～65%，常规PWM信号控制区间占空比为35%～50%，复合PWM信号相较于常规PWM信号有着更宽的调节区间，更适合换向阀芯位移比例控制。研究结果可为液压支架控制阀的设计开发提供参考。

  2024年09期 v.52;No.627 16-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1817K]
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• 充注量对冰场跨临界CO_2制冷系统性能的影响

  张振迎;王世琪;武雨萌;常莉;王洪利;

  为了提高冰场跨临界CO_2制冷系统的实际运行性能，搭建了跨临界CO_2制冰系统试验台，研究了在不同节流阀开度和高压压力下，充注量对系统性能的影响。结果表明：在充注量一定时，节流阀对蒸发器出口干度与过热度的调节能力有限；合适的充注量使得蒸发器出口制冷剂状态处于饱和态附近，不会出现大幅过热现象；随着充注量的增加，系统的质量流量显著增加，压缩机等熵效率略有下降，充注量每增加0.4 kg，系统质量流量增加约23 kg/h，压缩机等熵效率下降约1.1%；3种充注量下，系统均存在最优高压压力和COP，最优高压压力范围为7.9～8.3 MPa，最优COP范围为1.34～1.75；充注量为4.0 kg时的系统性能最优，在最优高压压力下，制冷量为6.5 kW，COP为1.75，稳定冰面温度为-16.5 ℃，制冰时间为135 min；相对于3.6 kg和4.4 kg充注量，充注量为4.0 kg的制冷量分别提高了38.3%和8.3%，最优COP分别提高了30.6%和21.5%，制冰时间节省了10.0%～15.6%。研究结果可为CO_2制冰系统运行与维护提供参考。

  2024年09期 v.52;No.627 23-30+107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1429K]
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设计计算

• 基于湍流模型的螺旋槽机械密封端面流动特性分析

  谢星;张翊勋;丛国辉;刘杰;王永乐;丁思云;李鲲;

  为了研究高转速液膜润滑螺旋槽机械密封湍流流动特性，基于k-ω湍流模型，计算了密封端面液膜相对速度、压力与湍动能分布，并分析了不同转速与膜厚下密封开启力、泄漏率与端面各流动熵产损失占比。结果表明：槽区位置流体速度小，密封堰区流体速度大；液膜压力分布呈周期性，在螺旋槽背面前1/2流向位置处产生了空化；螺旋槽入口湍动能较大，在螺旋槽深度方向上，越靠近密封动环螺旋槽底壁面，流体湍动能越大；流体膜区域总熵产损失明显大于螺旋槽区域，总壁面熵产损失占比≥60%，总湍流流动损失占比≥30%；随着转速增加，开启力与泄漏率增大，壁面熵产损失增加，直接熵产损失降低，当转速≥10 000 r/min时，湍流与脉动熵产损失相对稳定，占比35.64%～37.24%；随着膜厚增加，开启力降低，泄漏率增大，壁面熵产损失先增大后减小再增大，直接熵产损失降低，当膜厚≥4 μm时，湍流与脉动熵产损失相对稳定，占比40.26%～42.15%。研究结果可为高转速低能耗机械密封结构设计提供理论指导。

  2024年09期 v.52;No.627 31-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 2297K]
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• 内混式空气雾化喷嘴雾化影响因素试验与仿真研究

  郑沂怡;李文璞;邵和;王鑫;高玉荣;陈曦;

  为了研究3种内混式空气雾化喷嘴的适用场所，分析了空气雾化喷嘴的雾化特性，确定结构参数对喷嘴雾化特性的影响。基于VOF两相流模型及Realizable k-ε湍流模型，建立了三维稳态模型，分析3种内混式空气雾化喷嘴的雾化过程以及混合腔内压力和速度变化；搭建雾化试验平台，分析了3种内混式空气雾化喷嘴的雾化特性。结果表明：喷嘴的雾滴粒径与供气压力呈负相关关系，而与供水压力呈正相关关系；雾滴速度随供水和供气压力增加均呈现出增加的趋势；1号喷嘴的喷雾受工况参数影响较大，能够实现约为90°的雾化角和4.7 m的射程，雾滴粒径最小能达到8 μm，综合雾化性能好；2号喷嘴的大液滴被压缩空气推向两侧，形成的喷雾较为分散，雾化角度约为141°，射程约为1.5 m；3号喷嘴的液相受压缩空气作用集中在中央，形成的喷雾雾化角度约为20°，射程高达3.7 m，雾滴速度约为28 m/s。研究结果为喷嘴设计和完善喷雾降尘系统提供理论指导。

  2024年09期 v.52;No.627 39-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 2415K]
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• 离心压气机叶片载荷对间隙敏感性的影响

  胡小文;张同桐;毛义军;胡斯特;

  为了研究压气机叶片载荷分布影响间隙敏感性的机理，对2款叶型在不同间隙下的流动结构及不可逆损失来源进行了分析。结果表明，相对于前部加载叶型，中部加载叶型可以降低叶轮效率对间隙的敏感性，效率衰减斜率会随着设计载荷后移而减小，幅度可达14%；间隙泄漏流与主流的掺混损失对间隙变化带来的叶轮损失的增加起主导作用，占比接近70%；对于前部加载叶型，在25%流向位置附近存在二次泄漏现象，间隙增大后，二次泄漏流继续增强，进而引发三次泄漏，中部加载叶型无此现象；叶片载荷加载方式对间隙敏感性产生作用的主要机理是，前载叶片在间隙增大时，具有更强的通道二次流和泄漏涡结构，进而会带来更高的熵产率和损失，引起压气机效率下降更快带来间隙敏感性增加；通过优化通道内二次流和泄漏涡结构，有利于得到间隙敏感性更低的气动设计。研究结果可为研制低间隙敏感度高性能的压气机提供参考。

  2024年09期 v.52;No.627 48-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2274K]
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• 引流-泵送槽液体润滑端面密封性能研究

  彭骞;丛国辉;李鲲;张翊勋;郑国运;沈宗沼;

  为进一步探究机械密封端面组合槽型对密封综合性能的影响规律，建立了基于质量守恒和能量守恒的引流-泵送槽液体端面润滑密封的准三维热流体动力润滑模型，并验证了其准确性，采用SUPG有限单元法对液膜压力、温度以及密封环端面温度进行迭代耦合求解，由此对密封端面状态与密封性能参数影响规律开展分析。通过端面场分析，揭示了引流槽“动力润滑散热”与泵送槽“空化泵送减漏”的作用机理。在p_s=1 MPa，n=3 000 r/min，h_0=1.5 μm工况条件下，增加引流槽周向长度，增大泵送径向位置比，调节引流径深比至0.52～0.60，泵送槽周向长度与径向宽度比至(13.5～14.5)/(1～2)，引流槽深至4～6 μm，泵送槽深至2～3 μm，可有效提高密封端面的动压承载、润滑散热能力并减小端面泄漏量。研究结果可为该类密封的设计提供参考。

  2024年09期 v.52;No.627 57-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 2423K]
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• 浸没式喷水推进器壳体阻力特性及内部回流研究

  王一璠;王海民;

  针对典型的浸没式喷水推进器壳体，为了分析单一壳体与船体-壳体一体化结构下的阻力特性，以及涡流发生器对改善壳体内部流动分离的影响，重点分析了涡流发生器的安装方向和角度对流动控制的影响。结果表明，船体底板结构对壳体-船体结合后的阻力特性产生显著影响，壳体压力损失系数在15 m/s的来流工况下从3.42增加到3.73；采用发散布置的涡流发生器能有效抑制壳体内部上方的流动分离，并将壳体外壁的压差阻力降低了58.4%，显著提升了壳体阻力性能；适当的涡流发生器安装角度(15°)不仅能有效控制壳体内部流动分离，而且在保持进口流场均匀性的同时显著提升壳体的阻力性能。研究结果为浸没式喷水推进系统的设计提供了理论依据。

  2024年09期 v.52;No.627 66-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2468K]
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• 川藏铁路电力机车司机室空气品质控制研究

  肖峰敏;苏雄;易柯;肖云华;曹小林;王聪;饶政华;左近龙;

  为了保证电力机车在川藏铁路运行过程中司机室内有良好的空气品质，通过调研雅安至林芝段沿线海拔、温度及隧道热害情况，分析人体对空气成分的耐受性，建立司机室空气品质仿真模型，研究了机车运行过程中司机室内O_2和CO_2质量比的动态变化特性。结果表明：该路段部分隧道存在热害及有毒有害气体问题；人体对空气成分的耐受性要求为司机室内CO_2质量百分比不应超过0.23%，以及O_2质量百分比应控制在21.5%～25.4%；司机室下方的O_2质量百分比高于司机头部上方，司机前方的O_2质量百分比较低。人员头部上方区域的O_2质量百分比大多都在19%以下，室内前端的CO_2质量百分比达到0.28%以上；机车以160 km/h的时速运行在热害及有毒气体隧道内关闭新风系统，而在其他路段将新风量从常规的25 m~3/(h·人)增加到40 m~3/(h·人)，可使司机室内O_2和CO_2质量百分比均满足室内环境要求；当车速一定时，随着新风量的提高，司机室内环境会有较好的改善；当新风量一定时，随着机车时速的增加，司机室内所需满足空气环境要求的新风量将会减少。研究结果可为川藏铁路机车设计提供参考依据。

  2024年09期 v.52;No.627 74-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1702K]
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技术综述

• LNG储运安全保障技术发展与展望

  朱祖超;崔宝玲;张光;王超;于佳文;

  中国作为液化天然气(LNG)进口大国主要通过LNG运输船运至沿海地区的LNG接收站，经气化后向内陆地区通过管道进行输送，其中，储罐和高压泵等储运关键设备发挥着核心支撑作用。本文阐述了LNG从船运到LNG接收站再进入管线输送过程中所涉及的LNG储运技术与关键设备发展状况，分析了LNG船运过程传热与蒸发抑制技术，储存、冷凝及气化等静设备以及长管线输送动力设备等关键设备的研发难点，讨论了LNG管线安全输送保障技术。提出了要进一步加强理论研究和关键技术突破，重点研发LNG储运关键设备，确保LNG储运过程的安全可靠性，实现LNG储运关键设备全部国产化和能源重大工程的自主可控发展。

  2024年09期 v.52;No.627 84-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1646K]
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应用技术

• 基于CNN-VIT模型的非接触式机械密封多源故障状态识别方法

  陈金鑫;丁雪兴;陆俊杰;徐洁;张帅;

  针对非接触式机械密封多源故障信号频率高、识别难和易受干扰的难题，搭建密封试验台，模拟4种典型故障工况和正常运行工况，布置声发射(AE)测试系统测取10 000个特征样本，将卷积神经网络(CNN)结构与Vision Transformer模型相结合，并在CNN输出数据中引入Patch概念构建了一种改进模型，随后应用于密封故障状态识别，提出了一种新型的非接触式机械密封状态智能识别方法，并分析了改进模型各层网络决策对密封AE数据的影响。结果表明，AE技术能够高效监测非接触式机械密封多源故障状态信号，该方法对密封状态识别的准确率最高可达99.42%；改进模型更加关注稳定运行状态信号中频率为0～50 kHz和100～150 kHz的噪声频带数据，动环表面剥落状态信号中频率为100～150 kHz的噪声频带数据和270±40 kHz的摩擦AE频带数据。研究结果可为机械密封的智能化、高可靠、长寿命发展提供理论基础。

  2024年09期 v.52;No.627 98-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 2529K]
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• 嵌入式冰箱压缩机仓散热优化研究

  韩宝坤;王仰超;徐玉峰;杜华东;姚顺翔;王金瑞;

  针对嵌入式冰箱压缩机仓散热效果不佳的问题，采用数值模拟与试验结合的方法对其散热进行研究。模拟了嵌入式冰箱压缩机仓的散热过程，结果显示冰箱背部气流未经过充分散热再次进入到压缩机仓形成短路气流，且由于橱柜的影响进入压缩机仓内的总气流相较于自由状态下减少了51.78%；针对散热效果差的原因提出了3种不同适用场景的优化方案，并对各方案在通风量、能耗、制冷性能方面进行对比研究。结果表明，3种优化方案均能改善散热效果，但各有优劣，优化方案的总风量比原嵌入方案分别提高了3.9%，75.3%，55.3%；在32 ℃和16 ℃的环境温度下，3种优化方案的能耗相较于原嵌入方案分别降低了6.50%和3.90%，23.03%和25.07%，17.70%和17.50%。研究结果为不同适用场景下的嵌入式冰箱压缩机仓散热优化提供了解决思路和参考。

  2024年09期 v.52;No.627 108-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1967K]
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• 基于小波变换的轴流风扇2阶叶频噪声机理分析及叶型优化方法研究

  丁超;徐超;李玉乾;

  为了研究空调室外机轴流风扇2阶叶频噪声产生来源和抑制方法，采用大涡模拟仿真，结合能谱分析和小波分析方法，识别影响2阶叶频噪声的典型流场位置和流动结构，对风扇叶型优化设计方法进行研究和试验验证。结果表明，2阶叶频噪声主要受风扇与周围部件的间隙及叶尖出口区域流动的影响，通过增加风扇与隔板间隙9 mm，即可降低2阶叶频噪声6 dB；针对风扇的优化设计方法，前加载叶型可显著降低2阶叶频噪声，而通过调整周向积叠线，可将不同叶高区域2阶叶频噪声相位差控制在π/3，从而抑制幅值叠加，实现降低2阶叶频噪声6.7 dB。研究结果可为空调室外机轴流风扇的叶频噪声优化提供技术参考。

  2024年09期 v.52;No.627 114-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1745K]
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