试验研究

• 扩散焊混合式换热器热工性能试验研究

  于改革;陈永东;韩冰川;刘孝根;

  为了研究扩散焊混合式换热器热工性能，基于风洞试验平台开展了扩散焊混合式换热器传热与流动性能试验，并与数值仿真结果进行对比，分析了不同方法获取的传热因子和摩擦因子准则方程对不锈钢平直翅片的适应性。结果表明，扩散焊混合式换热器热负荷随空气侧流速增大而增大，阻力损失增加更为显著，当空气侧流速从8.1 m/s增加至28.2 m/s，热负荷增加了2.9倍，阻力损失增加了9.82倍；在空气侧2 440≤Re≤8 502范围内，基于统计方法获取的传热因子准则方程计算获得的热负荷与数值仿真、试验结果三者之间偏差为0.34%～16.55%，阻力损失理论计算与试验测值偏差均小于3%。试验验证了传热因子、摩擦因子准则方程及数值仿真的模型准确可靠。研究结果可用于指导单相工质扩散焊混合式换热器的热工设计。

  2025年03期 v.53;No.633 1-8+88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1294K]
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• 电动汽车双蒸发器热泵系统除湿制热性能研究

  谭明飞;胡家云;苗言明;谷晓阳;李超;何其泽;张天娇;李康;

  为了研究电动汽车热泵系统的除湿制热性能，设计并搭建了具备2种除湿制热模式（单蒸发器模式和双蒸发器模式）的电动汽车双蒸发器热泵系统，研究了2种模式在不同工况下的系统性能，对比分析了2种模式的运行特性。结果表明：在60%～90%的进风湿度，压缩机转速4 000 r/min的工况下，单蒸发器模式的除湿速率比双蒸发器模式高26.2%～62.8%,DSMER高25.7%～43.9%；双蒸发器模式的有效制热量比单蒸发器模式高26.6%～67.6%,COP高11.2%～50.0%；在满足车内除湿需求的系统除湿速率下，双蒸发器模式的出风温度和COP分别比单蒸发器模式高43%和28%。研究可为拓展电动汽车热泵系统的应用场景提供借鉴，对推动电动汽车热泵系统的发展与普及具有积极意义。

  2025年03期 v.53;No.633 9-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1533K]
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• 停输管道再启动过程油水两相流型演变与压降变化特性

  尹晓云;李静;申俊;刘力华;赵梓涵;朱祯;敬加强;KARIMOV Rinat M;

  针对稠油水环输送管线因水环失稳破坏需重新启动的问题，基于自行搭建的室内小型再启动环道模拟试验系统，以4种普通稠油为研究对象，试验研究了恒定水流速度条件下停输管道再启动过程中的流型演变特征与压降变化特性，分析了持油率H_o、油品黏度μ_o、停输时间t_(st)及恒定水流速度U_(cl)对再启动行为特性的影响，同时，通过对再启动过程各阶段特征的剖析，建立了再启动压降随时间变化的指数衰减模型。结果表明，以恒定流量再启动过程中，流型演变主要经历水流剪切剥离油层、油滴/油块运移扩散与粘附管壁成膜、油膜脱附4个阶段；压降存在初始峰值且随时间变化，可分为衰减和平衡2个阶段；再启动压降随时间变化的模型预测值与试验测量值吻合较好，其拟合优度值均接近1；在测试范围（H_o=0.26～0.76，μ_o=1.055 3～3.02 Pa·s,t_(st)=0.5～1.0 h,U_(cl)=0.25～1.01 m/s）内，再启动最大压降随持油率、油品黏度、停输时间及恒定水流速度的增大而增大，最大达30.38 k Pa；再启动时间随持油率、油品黏度和停输时间的增大而增长，但随恒定水流速度的增加而减短，最长为3 616.78 s。研究可为停输管线制定合理的重新启动方案提供理论依据与实际指导。

  2025年03期 v.53;No.633 17-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1731K]
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设计计算

• 恒温运输车跨临界CO₂制冷热泵系统性能研究

  杨梦莹;宋昱龙;王守国;曹锋;

  为了探究CO_2应用在轨道运输车辆热管理上的可行性，基于多物理仿真平台搭建了恒温运输车辆用跨临界CO_2制冷热泵系统，并通过试验验证了仿真结果，同时进一步对变工况下系统的排气压力和充注量进行了研究。结果表明，最优排气压力随着环境温度和室内换热器进风温度的升高而升高，本研究通过数据模拟的方法提出了以环境温度和进风温度为自变量的最优排气压力预测关联式；环境温度及进风温度均对系统的制冷剂充注量范围具有显著影响，全工况范围内系统的适充范围为3.2～6.1 kg；经合理设计和优化的恒温运输车辆跨临界CO_2制冷热泵系统，在宽温域工况范围内具有优异的性能，特别是在制热模式下，系统COP均达到3.2以上；优化后的恒温运输车热控系统在300 000 s内仅启停2次，实现了良好的动态温控响应。研究结果可为跨临界CO_2热管理技术在恒温运输车辆领域的推广提供理论依据。

  2025年03期 v.53;No.633 26-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1970K]
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• 弯管进气时进口流场对压气机性能的影响

  胡宗武;黄宁;赵洋;李星;陈冠言;张洁;

  针对弯管进气方式下离心压气机进口流场发生畸变，进而对压气机性能产生重要影响的问题，通过自主设计的压气机试验装置，结合特性试验与PIV流场测量，定量揭示了弯管进气下压气机性能与流场结构的关联机制。结果表明，相较于直管进气，弯管进气导致离心压气机在最高效率点的压比和效率最高分别下降2.7%和9.8%，表明弯管结构显著劣化压气机性能；PIV测试揭示进口截面存在反向旋转双涡结构，其强度与压气机流量和转速呈正相关；基于对进口管路径向截面的速度均匀性指数分析，界面速度均匀性较好，径向速度均匀性影响较弱（γ的绝对值小于0.2），而周向速度分布的非对称性与压比（γ=-0.976）、效率（γ=-0.923）呈强负相关，表明周向畸变是性能劣化的主导因素。研究结果可为离心压气机的性能提升提供参考。

  2025年03期 v.53;No.633 36-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1410K]
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• 无轴式磁悬浮离心泵水动力性能研究

  刁伟成;陈肇麟;王贝易;丁强;孙涛;

  为了实现无轴式磁悬浮离心泵的稳定运行，对悬浮转子的受力展开研究。采用数值计算结合试验验证的方法，对离心泵运行时的内部流场进行计算，重点研究离心泵在不同入口流量工况下，离心泵所受径向力、轴向力随时间的变化，同时探究悬浮转子内部阀片高度、转子入口直径对转子受力的影响。结果表明，离心泵在转速7 000 r/min、流量低于43.3 L/min时，离心泵悬浮转子在旋转中心处形成稳定涡核，低压区均匀分布，转子水力激振力呈稳定周期性波动；流量为75.0 L/min时，涡核破碎，转子旋转中心处低压区随时间无规则变化，转子水力激振力无规则波动，且波动幅值较高；内部阀片高度对径向力影响可以忽略，但是对轴向力影响显著，在入口流量为65.0 L/min时，阀片高度平均每增加1 mm，转子所受轴向力下降20 N；转子入口直径对转子受力影响较小，但是在高流量65.0 L/min时，D+1模型效率比D模型提高了2.1%。研究结果可为优化离心泵结构参数，减小悬浮转子受力，提高离心泵水力性能提供指导。

  2025年03期 v.53;No.633 44-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1642K]
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• 空气源热泵翅片管换热器积灰特性研究

  赵勇;马广兴;常琛;何怡;苑文燕;霍思源;

  针对空气源热泵因室外换热器脏堵而耗能增加和效率降低的问题，以翅片管换热器为研究对象，综合运用数值模拟与试验验证的方法，借助Fluent流体动力学软件，对颗粒物在6排管的翅片管换热器表面的沉积进行研究，采用SST k-ω模型，分析不同粒径颗粒物在换热器表面的沉积特性。同时，搭建积灰试验系统对数值模拟结果进行验证，利用CCD工业相机捕捉积灰过程中翅片表面的图像，并通过MATLAB对图像与数据进行处理和分析。结果表明，换热管表面的颗粒物沉积分布主要在±75°区域，沉积占比达94%；在换热管的背面，即±（160～180）°区域，沉积占比仅为2%；在较低风速下，换热器表面的颗粒物沉积质量随风速增大而降低；风速达到1.5 m/s后，沉积质量开始上升；混合颗粒物对换热器的脏堵效应具有协同作用，相较于单一粒径颗粒物，混合颗粒物在换热器表面的最大沉积质量、压降及脏堵系数均呈现出更高的水平。研究结果可为空气源热泵系统在实际应用中的维护与优化提供参考。

  2025年03期 v.53;No.633 52-60+103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1616K]
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• 叶根圆弧对圆盘泵空化性能的影响

  施芝郑;江启峰;张惟斌;衡亚光;罗西棚;涂云川;

  为探究叶轮对圆盘泵空化性能的影响，以某圆盘泵为基础，提出一种叶根圆弧优化模型，采用SST k-ε湍流模型与Zwart-Gerber-Belamri空化模型对圆盘泵进行数值模拟，并进行外特性试验验证（误差<5%），分析叶轮内的压力、空泡体积和湍动能分布。结果表明，叶根圆弧结构整体提升了圆盘泵的扬程和效率；当空化余量为2.5 m时，叶根圆弧模型扬程达到了12.373 3 m，较原模型提升了65.94%；在不同的空化余量（2.5,3.0,8.0,12.0 m）下，相较于原模型，叶根圆弧模型的平均压强提升1.23%～23.13%，低压区扩散被抑制，压力面与吸力面压差降低，叶轮内空泡体积减小；叶轮出口湍动能明显降低，能量耗散减弱，整个流道流动更加稳定。叶根圆弧模型揭示了叶根圆弧通过平衡压力梯度抑制空化的机理，为圆盘泵优化设计提供了理论依据。

  2025年03期 v.53;No.633 61-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1458K]
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• 超高速微织构螺旋槽干气密封热-流-固耦合分析

  刘暅豪;丁雪兴;丁俊华;

  为探究超高速干气密封端面轴向变形对密封性能的影响规律，在考虑力载荷、热载荷作用下，建立三维几何固体域模型以及流体域模型，引入Air真实气体效应、湍流效应等多重复杂效应情形下，研究超高转速干气密封间隙流体对动、静环耦合面轴向变形规律以及变形对密封性能影响。研究表明，当n为40 000 r/min,P_i为8～14 MPa,T_i为373.15～493.15 K时工况条件下，密封环端面出现不同程度的微变形；当n为40 000 r/min,P_i为11 MPa,T_i为373.15 K时工况条件下，力变形下的泄漏率最大（MS-DGS,4.19 g/s），热变形下的泄漏率最小（MS-DGS,1.69 g/s），在热-流-固耦合变形下，泄漏率是介于力变形和热变形范围之间（MS-DGS,3.66 g/s）;MS-DGS端面轴向变形较S-DGS端面轴向变形较小，且MS-DGS较S-DGS泄漏率降低1.94%。研究可为超高速干气密封的优化设计提供参考。

  2025年03期 v.53;No.633 69-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1906K]
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技术进展

• 室内自然对流散热的直膨式空气源热泵研究进展

  马国远;孙尚瑜;许树学;荣维来;

  在“煤改电”清洁取暖政策推动下，空气源热泵取暖技术得到快速发展。在介绍传统热水型和热风型空气源热泵供暖技术研究的基础上，着重解析新型直膨式空气源热泵供暖技术的原理、末端发展型式及其构造特征，如冷凝直接散热、冷凝间接散热和冷凝蓄热散热末端，并对其应用领域及实际运行效果进行了综合评价，自然对流散热的直膨式空气源热泵供暖无中间热媒二次换热，制热速度快，有效改善了室内热舒适性，提升了能效比。此外，展望了空气源热泵供暖技术未来的发展方向，从末端高效化和系列化、工质低全球变暖潜能值（GWP）化、运行和调控合理化、热泵多功能化、与住宅兼容化等方面进一步完善，可为促进和扩大其工程应用提供参考。

  2025年03期 v.53;No.633 79-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1169K]
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应用技术

• 基于响应面高维代理模型的双吸式离心泵优化设计

  黄腾;江新喻;黄秉方;胡一帆;刘志远;李琪飞;

  为了提高双吸式离心泵的运行效率，对某水厂原水泵的叶轮结构进行了优化设计。通过对叶轮的几何结构进行系统研究，以叶轮后盖板的进口安放角β_(1h)、前盖板的进口安放角β_(1s)、后盖板的出口安放角β_(2h)、前盖板的出口安放角β_(2s)及叶片包角φ为主要优化参数。在变量的取值区间内对叶轮进行几何重构，并生成训练集，进而构建响应面高维代理模型。以此模型作为优化目标变量y，对叶轮进行了优化研究，并通过对比优化后双吸泵扬程、效率的数值模拟结果与试验结果，验证了模型的可靠性。结果表明，优化后的叶轮在设计工况下显著改善了流动分布，减少了不稳定流动，并有效降低了叶轮进口的湍动能，同时提升了叶轮出口的速度；在压水室出口一侧，泵的整体效率提升约3%；优化后的模型在流量为0.7Q_d,0.8Q_d,0.9Q_d,Q_d的各工况下均实现了超过3%的效率提升，其中，在0.7Q_d和0.8Q_d工况下，扬程的涨幅最大，增长了约0.8 m；优化措施显著拓宽了双吸式离心泵的高效工作区，提高了其整体性能。研究结果不仅验证了优化方法的有效性，而且为双吸式离心泵叶轮设计提供了一种高效的优化途径。

  2025年03期 v.53;No.633 89-96+118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1328K]
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• 中线衬胶蝶阀实现小开度流量调节的研究

  周位伟;刘柏圻;郝娇山;刘诗梅;张黎;

  为了满足特殊工况对中线衬胶蝶阀在小开度5%～15%范围内有流量，且能实现快速响应的需求，分析了常规中线衬胶蝶阀的设计原理，并着重对密封副的结构、密封方式和启闭行程等进行了研究。针对其工艺需求及优缺点，利用衬胶阀座可塑性较好的特点，对阀座进行了改进设计，并详述了改进方案的设计思路、细节和优势。采用模拟结合试验验证的方法，对改进结构和常规结构进行流量分析。结果表明，改进结构5%开度的流量系数Cv与常规结构15%开度的Cv相当；改进后的阀门在5%开度即可产生流量，且在15%开度范围内，改进结构的Cv比常规结构高100%～250%；在20%～50%开度范围，2种结构的Cv趋于相同；在50%～100%开度范围内，改进结构的Cv比常规结构低10%～25%；通过将实际阀门流量试验数据与仿真分析的数据进行比较，流量变化趋势一致，特别是在小开度区域，验证了该改进设计的可信度。研究结果可以为中线衬胶蝶阀小开度有流量的相关研究提供参考。

  2025年03期 v.53;No.633 97-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1255K]
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• 双循环除湿机系统性能优化

  张楚烦;蔡慧;焦建格;蔡文剑;

  为了优化双循环除湿机系统性能，以压缩机运行频率为切入点，探究双循环除湿机在不同电子膨胀阀开度下的系统运行状况。研究建立了电子膨胀阀开度与系统制冷量、冷媒质量流量、系统能效比以及除湿量的理论模型，并验证了特定开度下系统达到最佳能效比时对应的压缩机运行频率。结果表明，当压缩机运行频率分别为38,42,45 Hz时，对应最佳能效比的电子膨胀阀开度分别为18%,25%,30%，系统能效比达到最高时，压缩机运行频率与膨胀阀开度呈正相关趋势；优化前，双循环除湿机系统能效比为0.993；优化后，将电子膨胀阀开度设置为25%、压缩机频率设置为42 Hz时，系统能效比可达1.817。本研究结果为同类型双循环除湿机提供了一种控制思路，有助于有效提升系统性能。

  2025年03期 v.53;No.633 104-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1139K]
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• 可靠性强化试验技术在电动闸阀故障识别中的应用

  张林;汤文斌;刘杰;闫晓;湛力;李明刚;周吴;

  为探究电动闸阀的可靠性及轻微故障识别技术的难点，采用可靠性强化试验技术在非破坏条件下开展电动阀门故障模拟试验，成功获取了2种典型故障模式的响应数据，最后采用决策树、随机森林和梯度提升3种机器学习方法，并结合网格搜索和Actor-Critic强化学习2种优化方案，对试验数据进行了分析。结果表明，可靠性强化试验技术能够在不破坏阀门的前提下，低成本、高效地模拟阀门卡滞和卡死故障；电流与振动特征的组合显著提高了故障识别精度，尤其是在随机森林和梯度提升算法中正常数据识别精度达98%，在随机森林和决策树算法中故障数据识别精度最高达到82%；多特征融合有助于充分利用数据的特性提升模型性能；强化学习在提升随机森林性能方面表现出色，振动特征下准确率提升21%，振动电流组合特征下提升15%，电流特征下提升6%；但在梯度提升树中未能显著改善性能，反而导致其产生一定程度的下降；决策树适合处理多特征组合数据，表现出更高的故障识别精度；而随机森林在单一特征和多特征组合下均表现稳定，训练时间和识别精度均具有较高的鲁棒性；梯度提升树在某些特征类型下的表现波动较大，应针对其特点进行进一步优化；在实际工业故障诊断中，应优先考虑随机森林和决策树算法，结合多特征融合和优化方法以提升分类性能。研究可为电动闸阀的故障识别提供参考。

  2025年03期 v.53;No.633 110-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1153K]
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