试验研究

• 高速气液混输增压泵设计及可视化测试研究

  董栋;李晓俊;虞瑞荣;谢功耋;李晓多;叶张益;

  针对常规离心泵在高含气混输工况下性能失效问题，设计了一种覆盖常规离心泵性能参数的高速气液混输增压泵，维持泡状入流并通过可视化测试，分析其在变工况下的性能与内部流动特性。结果表明，该泵在额定工况下可输送进口气体体积分数为55%的混合介质；随着进口气体体积分数的升高，泵扬程系数呈非线性下降趋势，入口流型逐步由泡状流Ⅰ转变为泡状流Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，当流型发展至泡状流Ⅲ时，泵性能损失和入口流型转变延缓幅度最大；提高转速，入口流型转变延缓率最高可达6.65%，并增强泵的抗气体掺混能力；小液相流量有助于在高进口气体体积分数条件下减缓性能下降，而增加液相流量则加剧了泵内气液分离；降低液相流量，入口流型转变延缓率最高可达7.04%。研究可为气液混输增压泵的优化设计及高效运行提供理论支持。

  2025年10期 v.53;No.640 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 2312K]
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• 基于POD的污染物非均匀浓度场控制方法研究

  王非;闫迅;林诚杰;孟钦鹏;王昕;

  针对工业通风方法基于污染物均匀分布假设，导致通风能耗过高的问题，提出一种基于流场预测与遍历寻优的智能通风控制方法，该方法能够按目标控制点的需求动态调控通风系统。利用本征正交分解（POD）对污染物浓度场进行降维与重构，获得低维基函数及其系数；通过基系数插值技术预测不同送风参数下的动态污染物浓度分布；采用遍历寻优算法，搜索并确定最优的送风参数组合，并在二维送风参数空间下进行了验证。结果表明，该方法预测的污染物浓度分布与数值模拟值的相对误差较小，能够准确地预测浓度场；寻优算法能够精准定位满足需求的最优送风参数，最优控制误差达到0.1%；控制程序在二维参数空间下的运行时间仅为78 s，显示出该方法具备应用于实时通风控制的潜力。研究提出的智能通风控制方法为工业通风提供了新的智能化解决方案，具有良好的适用性和应用前景。

  2025年10期 v.53;No.640 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2151K]
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• 循环流化床立管-阀门系统压力脉动特性的试验研究

  巴英达拉;贺娇;陈晓玲;刘梦溪;魏耀东;张玉明;

  针对立管-阀门系统内颗粒循环下行过程中压力脉动特性不确定、缺乏定量表征的问题，开展了压力脉动特性的试验研究。通过改变颗粒质量流率，测量阀门前后（P1和P2测点）气固两相流的动态压力特性，并基于动态压力、静态压力、标准偏差及功率谱密度等分析方法，深入探究了立管-阀门系统内的压力脉动特性。结果表明，随着颗粒质量流率G_s由0增大至117.72 kg/（m~2·s）时，系统内出现显著的低频高幅值的压力脉动现象，主要源于颗粒聚团、气固相互作用及气泡扰动的影响；P2点的动态压力的标准偏差与颗粒质量流率呈线性分布，标准偏差可用于对循环流化床的颗粒质量流率进行实时监测；当颗粒质量流率G_s=0时，立管上的P1和P2点均有一个主频，功率谱密度较小；随着颗粒质量流率增大至6.28 kg/（m~2·s）,P1和P2点均出现主频和次频的双频特征，P1点的功率谱密度随颗粒质量流率的增加先增大后减小，P2点的功率谱密度随颗粒质量流率的增加而增大；立管内的压力脉动均为低频压力（<0.41 Hz），是造成立管振动的激振力。研究可为循环流化床的颗粒循环系统的优化设计和安全运行提供理论依据和试验支撑。

  2025年10期 v.53;No.640 19-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1877K]
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设计计算

• 电动汽车涡旋压缩机涡旋腔非对称压力分布成因及特性分析

  赵子博;吴建华;王澈;

  为探究涡旋腔非对称压力分布的成因及特性，基于其非对称特征，建立了涡旋压缩机几何分析与热力过程数学模型，对某电动汽车涡旋压缩机开展涡旋腔内部动态压力测量试验，并对模型结果的合理性进行验证。在压比分别为2和5、转速为3 000 r/min和8 000 r/min工况下，计算了涡旋腔及与其临近的阀后腔、排气孔和泄压孔内压力随动盘转角的变化规律。结果表明：动静涡圈终止角相差50°时，压缩前、中期两侧涡旋腔存在约0.02 MPa的压差；压比为5时，随着转速的增加，两侧涡旋腔非对称压力分布特征相似，高转速下中心腔最大排气压力达2.1 MPa，过压缩问题突出；转速为3 000 r/min时，随压比增加，非对称压力分布特征存在差异，差异源于压缩机设计内压比与运行外压比相对大小的改变；低压比工况下，相较于不采用泄压结构，采用泄压结构后压缩机指示功率在3 000 r/min时降低了1.4%，而在8 000 r/min时则增加了0.65%。研究可为涡旋盘的结构设计与优化提供指导和参考。

  2025年10期 v.53;No.640 27-34+45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1810K]
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• 吸尘器电风机流动特性及能量损失机理研究

  刘文静;袁建平;何仁智;王鹏;司乔瑞;

  为探究吸尘器电风机的能量转换特性，开展了不同工况下风机流场的全流域数值模拟，以进行流动特性分析，经性能测试验证后，基于熵产理论分析了叶轮的局部熵产率的分布情况。研究结果表明：叶片进口处出现明显的流动冲击，在叶轮出口处，尾流和射流混合导致速度梯度增大并形成射流尾迹流结构。随着流量减小，叶轮内部伴随着大尺度的回流现象；局部熵产是影响风机能耗的主要因素，在设计工况下，局部熵产占比为59.06%，高熵产区域主要集中在叶片的进口、叶片前缘吸力面和叶片出口尾缘处；通过分析叶轮不同环面的二次流分布情况，发现随着流量的增大，叶轮进口处的二次涡流更加明显，且高熵产区域大多出现在二次流产生的区域，说明二次涡流是引起能量损失的重要因素。

  2025年10期 v.53;No.640 35-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 2498K]
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• 喷针形状对可调式射流泵性能的影响

  张艳;陈云良;赵慧;向伟宁;

  为改善可调式射流泵性能，将常规喷针头部的末端突起结构改为光滑圆弧连接的流线型结构，以减小喷针对工作流体的扰动。对常规喷针、流线型喷针的可调式射流泵，在不同喷嘴开度工况下进行数值模拟分析，研究喷针形状对其传能效率及内部流场的影响。结果表明，相比于常规喷针，流线型喷针的喷嘴内流道平顺，能够较好地改善喷针、喷嘴过流条件，有助于射流传能；流线型喷针的可调式射流泵总体效率有所提升，在喷嘴开度为50.41%时，效率最大提高约2.5%，喷嘴相对水头损失可减少5.19%；流线型喷针能够较好地改善喷嘴内的压力分布，在喷嘴开度50.41%、流量比0.4工况下，保证最低负压计算值约为-89 kPa，避免喷嘴内压力过低、发生空化。研究结果可为可调式射流泵结构设计、性能改善提供参考和依据。

  2025年10期 v.53;No.640 46-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 2548K]
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• 不同结构3D打印催化剂载体的传热-流动-反应特性研究

  邹宏伟;梁庄典;陈永东;韩冰川;王刚;

  针对管内甲醇重整制氢的效率瓶颈，提出利用3D打印技术设计结构化催化剂载体。通过传热-流动数值模拟，在Re=140条件下，对比了直槽道、曲折槽道与螺旋槽道3种结构；以直槽道为模型，深入探究了反应性能，并建立了数值计算模型（甲醇转化率偏差≤5%,CO选择性偏差≤0.6%）；通过模型预测和试验验证，完成了3种结构的结构筛选。结果表明，螺旋槽道的性能评价指标（PEC,Performance Evaluation Criteria）最大，其值为14.7；甲醇重整制氢反应的甲醇转化率和CO选择性均随温度的升高而上升，随体积流量的增加而降低；通过模型预测与后续筛选试验发现，螺旋槽道性能仍最优，其中，试验数据显示，螺旋结构的甲醇转化率达65.8%，比曲折槽道和直槽道分别高11.4%和24.4%。研究结果可为3D打印催化剂载体的设计提供理论依据。

  2025年10期 v.53;No.640 55-61+72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1621K]
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• 含气率对螺杆泵两相流流场及形变特性的影响

  张学静;王莉;朱桂盛;姚宇望;韩伟;

  为研究泵内流动特性与多场耦合机理，基于Eulerian-Eulerian非均相流模型和浸入实体法，在不同含气率工况下对混输双螺杆泵流场进行瞬态模拟，分析了泵出口流量、压力、相态分布及转子表面流速的变化规律；将流体压力施加到转子和衬套，得到转子与衬套的径向、周向、轴向变形及应力应变规律；并将监测点压力与试验结果进行对比，验证了结果的准确性。结果表明，出口流量随着含气率呈现先增加后减少的趋势，在含气率为50%时达到最大值；压力从入口到出口呈阶梯形变化，在同一腔室内几乎不变，含气率与最后一级螺杆的增压能力呈正相关；整个流道内的气相主要聚集在螺杆根部、出口边附近及螺杆转子啮合处；液相在出口、主从螺杆转子的啮合处及螺纹顶部速度相对较高；转子径向变形和周向变形在出口处达到最大值；含气率为95%时，转子的径向方向和周向方向的最大变形值分别达到3.501 7×10~(-6) m和3.603 7×10~(-6) m，衬套的径向方向变形在出口处达到最大值，且大于其他方向变形值。转子和衬套的结构强度在不同含气率工况下均满足要求；含气率对泵出口流量、泵腔压力分布、气相分布、液相流速及变形产生影响，但不影响转子与衬套的结构强度。研究结果可为优化双螺杆泵的型线设计、间隙控制提供参考，从而有效提升泵在多相流工况下的输送效率、运行稳定性。

  2025年10期 v.53;No.640 62-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 3218K]
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• 航空发动机润滑密封系统油气分离器分离性能研究

  李柯宁;贾兴运;熊德明;戴大利;程会川;张志红;

  针对航空发动机滑油系统中滑油-空气混合物的有效除气问题，提出一种方形进气口且结构简单紧凑的动压式油气分离器。采用模拟与试验相结合的方法分析其分离效果，并运用控制变量法探讨流速、滑油体积分数及油滴粒径对分离效率的影响规律。结果表明：高流速、低滑油体积分数条件下，油气分离器的分离效率最高；流速对分离性能的影响显著，当流速为35 m/s时，空气分离效率η_d最高可达88.8%；滑油体积分数对分离性能的影响亦较为明显，当滑油体积分数为5%、粒径为5μm时，滑油分离效率η_c最高可达93.5%。对于粒径为15μm及以上的大油滴，本结构动压式油气分离器的分离效率η_k接近100%。本研究可为高分离效率、低流阻油气分离器的研发提供参考。

  2025年10期 v.53;No.640 73-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1731K]
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技术进展

• 涡旋压缩机泄漏数学模型研究综述

  曹锋;何珅同;胡昊宇;杨旭;

  涡旋压缩机的泄漏研究对其理论仿真、结构设计和性能分析至关重要。文中介绍了涡旋压缩机的2种主要泄漏途径，对国内外学者的研究成果进行了综述，分析比较了基于三维CFD和一维仿真的泄漏计算模型，并探讨了考虑润滑油时的物性混合方法。在三维泄漏计算方面，研究多采用Fluent,CFX,PumpLinx和Simerics MP+等软件，主要集中在结构改动对性能的优化或影响；一维计算则主要采用修正喷管模型、平行板流动模型、不可压缩黏性流动模型等，侧重于性能提升与模型预测精度，且多数模型需依赖试验进行修正，并具有一定适用工况范围。研究结果表明，间隙大小对泄漏结果影响显著，通道形状、粗糙度及润滑油等因素也会影响泄漏行为；在考虑润滑油时，通常将工质与油按均相混合物处理。在密封方式改进方面，可针对新型流动结构开展理论与试验研究。就不同研究手段而言，三维CFD仿真未来可向系统化、流固耦合、逆向工程与人工智能结合等方向发展；一维仿真则应纳入传热与变工质工况，结合范诺流模型、含油条件及两相流模型等进一步优化泄漏预测。本研究可为涡旋压缩机的开发与性能优化提供参考。

  2025年10期 v.53;No.640 81-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1719K]
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应用技术

• 基于热容法的表面张力贮箱流动及传热特性研究

  翟璐璐;张梁;朱祖超;刘锦涛;李文;

  为了实现在轨卫星剩余推进剂的精确测量，基于热-流-固耦合计算方法，开展了热容法测量时推进剂瞬态流动及传热特性的数值计算，分析了不同沉底加速度工况下贮箱内推进剂的流动特性、温度分布及热通量分布特性，通过对比仿真与试验监测点实时温度变化数据，验证了数值计算模型的准确性。结果表明，贮箱内液体推进剂晃动频率随着沉底加速度的增大而增大，沉底加速度由0.066 5 m/s~2增大至0.294 m/s~2时，推进剂晃动频率由0.055 Hz增大至0.116 Hz，气液交界面上方流体温度变化相较交界面下方的温度变化更加明显；以总功率180 W对贮箱表面持续加热180 s后，贮箱外壁面与流-固交界面存在一定温差，平均温差为0.12 K；监测点位置越低，温度上升越缓慢，贮箱内温度监测点温度变化主频率与液体推进剂晃动频率变化一致。研究结果可为在轨卫星推进剂剩余量测量提供参考。

  2025年10期 v.53;No.640 94-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 2612K]
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• 基于代理模型外混式空气雾化喷嘴雾化性能优化研究

  孙泽刚;郑中豪;刘煜;王卓敏;

  为探究工况参数对外混式空气雾化喷嘴雾化性能的影响规律，并确定喷嘴达到最佳雾化效果时的最优工况参数，采用有限元模型构建与优化计算相结合的方法开展相关研究。以气体入口压力、液体入口压力及液体运动黏度为优化变量，以雾化锥角和出口流量系数为优化目标，设计并进行正交试验。基于正交试验数据建立响应面代理模型，通过遗传算法对该代理模型进行优化计算，随后开展仿真验证与结果对比分析。结果表明：气体入口压力、液体入口压力及液体运动黏度均对喷嘴雾化性能具有显著影响；当气体入口压力为0.057 2 MPa、液体入口压力为0.111 2 MPa、液体运动黏度为0.057 3 Pa·s时，喷嘴雾化性能达到最优。与原模型相比，雾化锥角增大34.62%，出口流量系数提升49.36%。研究可为喷嘴的工况参数设置提供参考。

  2025年10期 v.53;No.640 102-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1562K]
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• 周向槽机匣处理对轴流泵空化特性的影响

  童志庭;路祥宾;苏宏冉;张功元;张月;

  为了抑制低扬程潜水轴流泵运行过程中的空化问题，将压气机周向槽机匣处理扩稳方法，拓展应用于轴流泵，设计了7种机匣处理的方案，基于SST k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型，通过定常数值模拟，分别从周向槽的安装位置、槽宽和槽深3个方面，研究对轴流泵空化性能的影响。结果表明，空化现象是由叶顶泄漏流逸出形成的低气压区域造成；安装周向槽后，轴流泵扬程存在一定损失，安装位置对轴流泵空化影响最大；相较光壁机匣，周向槽位于轴向弦长10%位置时空化提前发生，位于叶顶轴向弦长前缘45%位置时抗空化性能最好，必需汽蚀余量降低2.9%;3组不同宽度的周向槽对比发现，随着周向槽宽度的增加，泵的抗空化性能越好，必需汽蚀余量最高降低4.01%，但扬程损失也在增加；3种不同高度的周向槽均使必需汽蚀余量降低了2.9%，表明周向槽高度对空化性能的影响较小。研究结果可为水泵空化现象的抑制提供理论依据。

  2025年10期 v.53;No.640 111-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 2097K]
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