试验研究

• 氯化氢隔膜泵膜片电化学腐蚀行为研究

  蔡丰义;陈英华;李海生;陈聚凯;张敬亮;张勋;张政;

  为了研究氯化氢隔膜泵膜片在高氯、高温氯化氢环境中的电化学腐蚀行为，采用Tafel极化法和电化学阻抗法(EIS)分析膜片的耐蚀性能，并利用SEM，EDS，XPS测试方法，对不同工况下的膜片腐蚀样品进行分析。结果表明，301L不锈钢膜片在HCl环境中腐蚀严重，极化曲线均没有稳定的钝化区，随着溶液浓度及温度的提升，自腐蚀电流密度增大，耐蚀性能下降；不锈钢膜片对温度表现出较高的敏感性，90 ℃ HCl溶液环境下的电荷转移电阻为3.682，仅为50 ℃时的6.7%，腐蚀电流密度为1.258×10~(-2) A/cm~2，是50 ℃时的3.94倍，离子扩散速率加快；Cl~-的竞争吸附使腐蚀产物中的氧化物难以维持稳定，表面难以形成钝化膜，容易导致不锈钢点蚀的发生。研究结果可为隔膜泵膜片耐腐蚀研究和设计提供依据和参考。

  2025年02期 v.53;No.632 1-7+32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1202K]
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• 室外蒸发器前加气液分离器对霜层分布和换热量的影响

  苗言明;胡家云;谭明飞;夏丁羽;李超;何其泽;王佳韵;李康;

  针对目前电动汽车热泵空调系统在低温条件下，室外蒸发器表面普遍容易结霜，进而影响换热效率、系统性能及续航里程等一系列问题，研究发现，由于蒸发器中制冷剂两相的热交换能力不同，导致结霜现象不均匀，进而对系统性能产生负面影响。为此，本文提出在室外蒸发器前添加气液分离器的方案，通过调节气相旁通阀的开度来优化蒸发压力，改善蒸发器和系统的整体性能。通过对比气相旁通阀最佳开度和0开度条件下，在不同环境温度(-5，0，5 ℃)、蒸发压力(0.199，0.242，0.291 MPa)、压缩机转速(2 000，3 000，4 000 r/min)时，系统换热效率、COP、蒸发器出口温度的变化趋势，结果表明，添加气液分离器后，换热效率最高提升6.9%，COP最高提升7.4%，蒸发器出口空气温度提升了3.6%～11.2%。这一改进设计能够有效缓解低温条件下的结霜问题，提升系统性能。

  2025年02期 v.53;No.632 8-15+57页 [查看摘要][在线阅读][下载 2082K]
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• 一种干湿联合式机械通风冷却塔运行性能的试验研究

  王明伟;张晓楠;孙全全;焦宗昌;孟庆良;张永振;李明;刘天天;何锁盈;

  为了解决机械通风空冷塔夏季冷却能力不足的问题，提出了一种干湿联合式机械通风冷却塔，并通过试验研究了3组循环水流量、2组进塔水温及2组风机频率下冷却塔的出塔水温和水蒸发量的变化规律。研究发现，循环水流量越大、进塔水温越低、风机频率越低，则循环水温降也越低。当进塔水温为40 ℃、风机频率为35 Hz时，干湿联合式机械通风冷却塔循环水流量为30，45，60 m~3/h时的循环水温降分别为4.74，3.95，3.56 ℃，与机械通风空冷塔相比(循环水温降分别为2.22，1.50，1.05 ℃)，水温降进一步降低了2.52，2.45，2.51 ℃；不同循环水流量对应的水蒸发量分别为0.098，0.106，0.142 kg/s。干湿联合式机械通风冷却塔可借助少量水的蒸发，进一步降低空冷塔的出塔水温，有助于提升空冷塔夏季高温时段的冷却能力，研究结果可为空冷塔的节能增效提供理论指导。

  2025年02期 v.53;No.632 16-22+73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1081K]
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设计计算

• 液氢加氢站热管理系统与核心装备技术分析

  韩冰川;陈永东;吴晓红;于改革;张秋双;邹宏伟;程沛;宋嘉梁;吕岩岩;

  针对我国液氢加氢站热管理系统及核心换热装备相关研究不足，国外现有液氢站运行能耗偏高，难以实现大流率、低能耗运行等问题，探讨了液氢加氢站的基础运行特征，梳理了国内外热管理系统的典型工艺路线，分析了液氢加氢站热管理系统、换热装备相关的技术研究现状，并比较了不同液氢加氢站热管理系统技术特点；提出了一种新型的集汽化调温、混合接触与冷媒释冷功能三位一体的热管理系统，分析了高效热管理装备技术特征，并针对总加氢量2 000 kg/d，最大加注速度7.2 kg/min的整站设计目标进行分析。研究表明：通过热管理系统及换热装备的有序用能，可至少回收38%的液氢冷能，同时减少汽化器热负荷和占地面积；通过对氢闪蒸气(BOG)的多效冷能利用，可以实现燃料电池工况下整站峰值电耗≤100 kW。相关研究可为液氢加氢站的发展和应用提供理论和技术支撑。

  2025年02期 v.53;No.632 23-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1951K]
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• 乙醇分割式机械蒸汽再压缩热泵精馏系统开发及性能研究

  廉文韬;吴小华;杨鲁伟;侯超;宁旭丹;

  针对乙醇-水采用常规机械蒸汽再压缩(MVR)精馏技术无法达到节能精馏需求，兼顾精馏系统的安全性和经济性，开发了一种外部工质分割式MVR热泵精馏系统；构建了液相采用NRTL方程、气相采用RK方程的NRTL-RK组合模型，用于拟合物系的热力学性质；借助Aspen Plus软件，对常规精馏、常规MVR热泵精馏、直接压缩式MVR热泵精馏和外部工质分割式MVR热泵精馏等4种系统进行了模拟研究，对比分析了系统热力学性能、安全性等。结果表明，系统引入水作为循环工质，通过压缩水蒸气而非乙醇蒸汽，提高了系统的安全性。采用分割式结构，上精馏塔温差仅为3.54 ℃，有效减少了压缩机进出口温差；NRTL-RK组合模型的分析结果与试验数据对比表明，所构建的NRTL-RK组合模型可精确拟合乙醇-水物系的热力特性；所设计开发的外部工质分割式MVR热泵精馏系统，较常规乙醇精馏系统，可节约能源72.15%，可节约运行费用70.87%。该系统已在实际生产中得到成功应用，节能效果显著。研究结果可为乙醇精馏生产过程中的节能改造提供参考。

  2025年02期 v.53;No.632 33-40+101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1070K]
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• 超声振动边界下亥姆赫兹腔室空化性能及涡行为分析

  侯博文;方珍龙;

  为了提升高湍流状态下亥姆赫兹式自振射流的工作能力，采用大涡模拟对由UDF动网格驱动的超声聚焦振动边界的自激振荡腔室内部的两相剪切流进行了数值仿真，并通过对比出口压力的模拟值与试验值，验证了模型的可靠性。对比分析有、无外加超声振动激励和不同激励频率对射流流动的自激频率、速度特征和空化能力的影响。从能量转化角度揭示了腔室内部剪切特性增强的原因，对、有无激励下腔室内气相的分布和射流结构的各区间射流性能进行分析，阐明了超声激励下周期性涡结构的发展过程。结果表明，相比于普通射流，当超声激励为25 kHz时，自振频率提高了3.14倍，且主频和振荡幅值更加突出，但频域性能提升致使射流速度受到最大1.89%的抑制；伴随激励频率的上升，速度受抑制趋势并不显著；超声激励的存在促进了腔室内涡结构能量传递与反馈，加剧了腔室内剪切效应，使射流出口流道(0.5≤y/r_2≤0.81)范围内气相含量跃升，大幅度增强了自激振荡空化射流的能力。研究结果可为亥姆赫兹式自振射流的应用提供理论依据。

  2025年02期 v.53;No.632 41-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 1521K]
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• 低比转速离心泵临界空化特性研究

  赵奇峰;刘德民;赵林;王钊宁;

  为研究低比转速离心泵空化初生时内流场情况及诱发压力脉动现象，并确定合理的临界空化判定指标，开展了空化性能模型试验和基于RNG k-ε湍流模型及Rayleigh-Plesset空化模型的稳态及瞬态仿真模拟，效率和扬程误差均在3%以内。分别在未空化和不同空化程度工况下进行了性能、流场、脉动分析，结果表明，空化致效率下降1%工况下，叶轮内流态整体稳定，由局部空泡输运及溃灭造成湍流耗散并诱发低频压力脉动；空化致扬程下降3%工况下，叶轮内流态紊乱、形成漩涡，能量损失较大，并诱发宽频带压力脉动，易造成泵体振动及噪声危害。在进行该类型离心泵设计时，建议将临界汽蚀余量设为效率下降1%时的装置汽蚀余量及以上，以确保泵的稳定运行。研究结果可为低比转速离心泵的优化设计提供参考。

  2025年02期 v.53;No.632 50-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1875K]
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• 变风量系统用智能风阀流量检测模型

  黄瑶瑶;李灵至;蔡慧;蔡文剑;尹招琴;

  针对现有智能风阀流量检测模型无法准确描述阀片角度和风流量之间关系的问题，基于伯努利方程分析阀片角度与流量系数之间的函数关系，由于风阀阀片的转动会不可避免地改变管道内的气流分布，阀片角度的改变将影响流量系数，进而在流量检测模型中加入阀片角度补偿，利用回归分析形成一种新的风阀流量检测模型，根据平均皮托管测得的压差和对应的风阀阀片角度即可计算得到风阀流量值。并提出一种参数获取方法，根据风阀的流量范围设定风机频率范围，利用最小二乘法拟合得到参量值，进行模型验证，若流量检测误差小于10%，则参量设定准确。基于智能风流量校准平台分别对直径为100，150 mm的圆形风阀和尺寸为200 mm×120 mm的方形风阀共3种型号的智能风阀进行试验验证，结果表明，基于新的流量检测模型，3种不同型号的智能风阀的最大流量检测误差分别是10%，6.1%和6.6%，在阀片角度为0° ～ 70°的范围内，改变输入风量仍可以实现准确的流量检测，有效解决了现存的流量检测问题，证明了新构建的流量检测模型具有较好的可行性和普适性。流量检测的准确度将直接影响智能风阀的运行效果和流量控制的精确度，新模型的构建为变风量系统的精准控制和性能提升提供了技术支撑。

  2025年02期 v.53;No.632 58-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1482K]
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• 热储层渗流对中深井地埋管系统换热性能及地层温度恢复的影响

  谷伟;丛培德;李博;马玖辰;

  为研究地热水渗流过程对于中深井地埋管的传热特性的影响，建立了井孔内外的非稳态传热模型，采用有限体积法(FVM)对井内外不同区域的瞬态温度进行计算，并与现场试验结果进行对比，以验证所提出的模型和算法的准确性。结果表明，与无地热水渗流工况相比，当热储层厚度为400 m，渗流速度为10×10~(-7) m/s，地埋管的进、出水温差ΔT及平均能效系数■分别提高了5.5 ℃和16.22%；当渗流速度为10×10~(-7) m/s，热储层厚度由50 m增加至600 m时，供热期平均单位埋深换热量■上升81.92%；热储层厚度为600 m时，间歇期地层温度恢复率达到99.43%；地热水渗流速度和热储层厚度的增加显著提升了中深井地埋管的换热性能和地层温度恢复率。研究结果对中深井地埋管在复杂地质条件下的系统高效运行及实际工程应用提供了理论支撑。

  2025年02期 v.53;No.632 65-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1867K]
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技术进展

• 敞开式食品冷藏陈列柜柜体节能研究进展

  袁培;陈帅良;郭晓林;唐飞;刘奥龙;吕彦力;

  食品品质是评价冷藏陈列柜性能的重要指标，食品区的温度直接影响着食品的新鲜度、安全性和保质期，冷藏陈列柜对于食品区空气温湿度的科学调控是保障食品品质的关键。目前，敞开式冷藏陈列柜存在柜体能耗高、食品品质不达标的问题，本文从气流组织优化、制冷系统改进、柜体改进3个方面对敞开式食品冷藏陈列柜的研究进展进行综述和分析。首先，详细介绍了气流组织优化方面的研究，包括优化送回风口结构、加装翼型导流结构，用于提高风幕性能及柜内温度均匀性；其次，综述了制冷系统改进研究进展，主要包括蒸发器结融霜优化、换热器结构改进及制冷剂替代；最后，探讨了自然冷源、相变材料、热管技术及负荷预测在敞开式冷藏陈列柜中的应用，引入自然冷源可显著降低柜体能耗，应用热管改善陈列柜蒸发器进出口的空气状态，提高柜体的运行效率。

  2025年02期 v.53;No.632 74-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1447K]
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应用技术

• 混合制冷剂饱和流动沸腾传热关联式研究

  何志强;方贤德;方玉祥;李晓欢;李冲;

  为了准确预测混合制冷剂饱和流动沸腾换热系数，从31篇文章中，收集建立了一个含有3 901个数据点的传热数据库，包含共沸混合物R507，R513A，近共沸混合物R410A，R404A，以及非共沸混合物R407C，R417A，R452A，R448A，R455A，R454C，R447A等11个制冷剂。该数据库参数范围：管内径D为0.5～21 mm；饱和压力p为0.019～2.501 4 MPa，质量流率G为50～1 109 kg/(m~2·s)，热流密度q为2.5～60 kW/m~2，干度x为0.003 6～0.998，滑移温度T_g为0.002～10.88 K。收集了26个纯制冷剂、16个混合制冷剂传热系数关联式。将现有关联式预测值与试验数据进行比较，结果表明，预测效果最好的关联式平均绝对误差δ_(MAD)为37.3%，平均相对误差δ_(MRD)为-18.3%。基于对现有模型的分析，提出了一个新的传热系数关联式，其δ_(MAD)为28.8%，δ_(MRD)为0.1%，预测效果较现有关联式有显著提高。

  2025年02期 v.53;No.632 86-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1099K]
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• 工商业用低环境温度空气源热泵(冷水)机组碳足迹分析

  屈博艺;吴俊峰;孙云;赵盼盼;戴琳;王寿川;宋哲;

  为辨识工商业用低环境温度空气源热泵(冷水)机组碳足迹分析的关键阶段和主要影响因素，指导机组低碳设计，基于生命周期评价理论，对工商业用低环境温度空气源热泵(冷水)机组的原材料获取、加工装配、运行、运输、回收与处置5个阶段的主要碳排放分别进行了计算及敏感度分析。结果显示，在机组的整个生命周期中，碳排放的主要来源是运行阶段的电力消耗以及制冷剂的泄漏，占比超98%，其他阶段基本可以忽略；机组使用更低全球变暖潜值(GWP)的R454B制冷剂替换R410A制冷剂时，生命周期总碳排放量降低15.14%；机组的能效水平由2级提升为1级时，生命周期总碳排放量降低2.56%；能源结构变化带来的生命周期总碳排放量降低超过6.77%。工商业用低环境温度空气源热泵(冷水)机组生命周期的减碳应重点关注运行阶段，采用更低GWP的制冷剂、提升机组能效水平及国家能源结构中新能源比例是机组生命周期减碳的重要途径。

  2025年02期 v.53;No.632 94-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 922K]
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• 三偏心蝶阀密封原理分析及优化设计

  余晓光;周位伟;刘诗梅;周枭;蒋永兵;郝娇山;

  为了提升整体式阀座结构三偏心全金属蝶阀的密封性能，针对不同结构形式的三偏心蝶阀的密封面压痕和变形情况，通过离散化方法对三偏心全金属蝶阀的密封圈单层单元的应力和变形进行分析计算，并对密封结构进行了改进和试验验证。结果表明，三偏心蝶阀在关闭时，密封圈沿流道方向的每个截面单元受到作用力的大小和方向都不同，在大端面位置，密封圈截面单元受到的最大合应力为9.145 MPa，且方向向下，在小端面处，最大合应力为6.482 MPa，方向向上；经过改进的金属多层密封圈，其受到相同扭力作用时变形量增大了15.4%～27.7%，更有利于阀座和密封圈的密封面贴合形成密封区间；利用特殊设计的密封圈结构和装配工艺，可以使金属多层密封圈实现自动调整，进一步提高密封性能，使三偏心全金属蝶阀既可以具有良好的密封性能，又具有较长的使用寿命。研究可为高性能三偏心全金属蝶阀的设计提供参考。

  2025年02期 v.53;No.632 102-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1127K]
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• 叶片开孔位置对电潜泵气液混输性能的影响

  张伟;刘义刚;甄东芳;张华;肖增鹏;王通;蒋召平;王健;周岭;

  为了探究电潜泵内部流动机理，改善气液两相条件下电潜泵的能量特性，基于欧拉-欧拉非均相流模型，采用定常数值模拟方法研究了不同叶片开孔位置对电潜泵的水力性能和内部流场的影响。通过纯水工况下的水力性能试验，验证了数值模拟方法的准确性。对比分析了叶片开孔位置在不同流量工况下对压力分布、气相分布等内部流场以及电潜泵外特性的影响。结果表明，改变开孔位置不会提高电潜泵在纯水工况下的性能；但在含气条件下，在叶片中间和前端位置开孔能够提升电潜泵在大流量工况下的水力性能，中间开孔方案的提升效果最为明显；在5%的入口含气率下，相比未开孔方案，中间开孔方案的扬程提高了0.89 m、效率提高了3.7%。研究结果可为电潜泵的优化设计提供参考。

  2025年02期 v.53;No.632 109-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1696K]
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