试验研究

• 截止阀内流道空化形态演变规律及空蚀损伤试验研究

  黄立华;王江云;侯琳倩;杨矞琦;

  为了研究阀门非对称结构流道空化损伤机理，采用高速摄像机针对一种特殊结构的空化室内空化演变过程进行试验分析，考察了不同空化状态下空泡初生、发展、脱落、分离或融合再生或直接溃灭的过程。结果表明，随流量增加，空化强度增大，空化状态从单空泡初生、脱落演变为下凸圆后方云状空化带，再发展为全流场超空化。固定狭缝3 mm宽度，空化指数在1 224～652区间时，空化状态为泡状空化，空泡在上凸圆绕流135°边界层分离位置初生，经狭缝旋转与下凸圆空泡聚并、长大、溃灭，空泡演变周期约为40 ms；当空化指数在652～81区间时，空化状态为云状空化，微小空泡充满整个空化腔，在上、下凸圆后形成了高透光空泡团聚、溃灭区域，加剧空蚀损伤作用；当空化指数小于21时，出现超空化状态，微空泡溃灭引发的波动效应增大，阀门空蚀损伤速率达到极值。所得结果可为阀门非定常空化过程及阀门空蚀损伤分析提供理论基础。

  2022年08期 v.50;No.602 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 1010K]
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• 冷藏/冷冻车辆用蒸发器空气侧传热及压降试验研究

  王振环;崔然成;权宁哲;

  为了研究冷藏/冷冻车辆用制冷机组蒸发器不同参数对换热性能的影响，采用空气焓差法测试了蒸发器空气侧制冷能力和压降性能，并且通过分别改变蒸发器翅片形状(4种)、翅片节距(5种)、管排数(4种)以及空气流量(6种)对其进行了试验研究。结果表明：同时考虑制冷能力和压降，波纹状翅片制冷能力较强且压降增加率最低，约为百叶窗翅片的20%；同时考虑到蒸发器空气侧制冷能力和压降性能，当翅片形状为波纹状，翅片节距为5 mm，管排数为6排，空气流量为40 m~3/min时，蒸发器的性能最佳。研究结果对冷藏/冷冻车辆用制冷机组蒸发器应用具有一定的参考意义。

  2022年08期 v.50;No.602 8-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1103K]
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• 新型混合工质用于补气式大温跨热泵的变工况性能研究

  闫超杰;郭健翔;孙晋飞;张龙;包思凡;罗思义;

  针对大温跨单级热泵系统存在的排温增加、压比增大、循环性能大幅降低等问题，采用非共沸混合工质补气式大温跨热泵循环，在理论循环分析的基础上，对混合工质R134a/R245fa进行组分优化，提出新型二元混合工质M，在蒸发进水温度25～40 ℃、冷凝出水温度60～85 ℃的工况范围内进行试验研究。结果表明：系统在蒸发进水温度25 ℃，冷凝出水温度80 ℃的大温升工况下，COP达到2.127，排气温度仅为100.2 ℃，表明工质M在大循环温升工况下，具有较好的性能，满足低温热源、更高出水温度的使用要求。

  2022年08期 v.50;No.602 15-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1096K]
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设计计算

• 基于曲面响应分析的混流式多级泵优化设计

  郭勇胜;王鹏;袁寿其;杨海龙;王彪彪;司乔瑞;

  针对混流式多级泵结构参数众多，内部流动复杂，效率提升困难的问题，基于雷诺时均N-S方程，建立了混流式多级泵性能数值预测方法，并对其叶轮叶型进行优化设计。首先对首级叶轮几何参数优化设计，并进行全因子试验，发现线性回归方程失真，进而在初步设计方案的基础上增设星号点进一步设计试验，最终完成曲面响应的优化设计并绘制响应面图形，并进行了多个流量工况的五级泵数值预测和试验验证。研究结果表明：基于曲面响应求解的回归方程能准确预测叶轮参数，与优化模型数值计算结果相比效率预测偏高0.135 3%，扬程预测偏低0.025 73 m，误差均小于1%；拟合回归方程时，单因子对效率的影响顺序为D(0.012)﹥B(0.061)﹥A(0.133)﹥C(0.448)，单因子对扬程的影响顺序为D(0.000)=B(0.000)﹥A(0.101)﹥C(0.151)，B(叶轮叶片中间流线进口安放角)和D(叶轮叶片出口安放角)是影响效率和扬程的强显著因子；单级泵与五级模型泵两者效率特性曲线近似平行，扬程特性曲线在0.8Q_d～1.2Q_d范围内基本一致，说明以单级叶轮优化为基础对多级泵进行优化设计的方法可行。

  2022年08期 v.50;No.602 22-29+44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1610K]
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• 直线压缩机多参数优化及敏感性分析

  刘振;郑朴;陈曦;

  针对1台现有直线压缩机，结合质量-弹簧-阻尼系统和等效磁路法建立其数值模型，并对该模型进行有限元和实验验证。利用验证后的数值模型对该直线压缩机的运行工况和结构参数进行了敏感性分析，结果显示，运行工况对最优结构参数影响较小。最后使用粒子群算法(PSO)对该直线压缩机的直线电机进行多参数优化，优化后的电机效率达到了89.28%，相比于原始样机提高了2.46%，并进行了变运行工况下的有限元对比，数值优化电机效率结果与有限元结果的偏差在2.92%以内。

  2022年08期 v.50;No.602 30-37+75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1688K]
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• R448A和R450A在船舶冷库制冷系统替代R22的能量分析和?分析

  马星星;朱生林;谢晶;王金锋;

  为更全面分析R448A和R450A在蒸发温度为-35 ℃、冷凝温度为40 ℃的船舶冷库制冷系统替代R22的合理性，分别对使用R22，R407C，R448A和R450A作为制冷剂的循环系统进行?分析和能量分析，计算和比较R407C，R448A和R450A作为系统制冷剂的COP、总?损失、各组件?损失和?效率。分析表明：R407C，R448A和R450A的COP分别为R22的77.59%，78.68%和97.05%，?效率为R22的78.82%，79.85%和85.31%；同时发现系统的总?损失主要来自压缩机和膨胀阀。因此，R450A在船舶制冷系统的改造中更具有应用前景。

  2022年08期 v.50;No.602 38-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1135K]
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• 涡旋压缩机油气混合介质径向间隙泄漏特性研究

  李超;金银霞;尹贺龙;刘忠良;魏宁;侯军军;

  针对油润滑的涡旋压缩机，考虑到压缩腔内油气混合介质物性参数的不同，计算了不同情况下的涡旋压缩机切向泄漏量。建立单个压缩腔的物理模型，运用CFD软件对该物理模型进行网格划分，并进行三维数值模拟，得到不同时间周期内，压缩腔内混合介质压力、速度的分布规律。并模拟分析在油气体积比分别为0.5%，1%，1.5%，2% 4种情况下径向间隙的泄漏量。结果显示，随着润滑油含量的增加，间隙泄漏量随之减少，且当油气体积比为2%时，切向泄漏量最小；在一定的油气体积比下，泄漏量随相邻压缩腔压差的增加而增加，且当压差为0.4 MPa时，切向泄漏量最大。研究结果可为油润滑涡旋压缩机的优化设计和应用提供参考。

  2022年08期 v.50;No.602 45-51+96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1448K]
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• 基于FLUENT软件的多级降压调节阀涡振特性分析

  徐东涛;葛长榕;孟祥瑞;于晓光;

  针对某管路系统多级降压调节阀涡激振动现象，基于计算流体力学(CFD)与热流固耦合模态分析方法，对调节阀的涡激振动特性进行分析。仿真得到调节阀流量特性曲线和3种工况下流体压力、涡核速度分布云图。设计一种调节阀流量检测试验装置，并对调节阀在不同开度的流量进行检测。试验数据与仿真数据保持一致，从而验证仿真的准确性。通过监测流场中漩涡脱落的升力系数，得到调节阀的升力系数时域特性曲线，利用快速傅里叶变换(FFT)将其转换为频域特性曲线，从而确定流场涡激振动的主频。在Workbench平台，利用热流固耦合模态分析替代传统静力学模态分析，得到调节阀的前6阶固有频率与第1阶模态振型。通过将涡激振动的主频与前6阶固有频率相对比，发现：随着开度增大，各级降压效果越来越明显，大涡逐渐形成小涡，漩涡脱落愈发显著。调节阀的涡激振动主频在140 Hz内，其各阶模态频率均在255.96 Hz以上。调节阀的模态频率没有落到涡激振动主频范围内，调节阀不会发生涡激共振现象。为设计安全可靠的管路系统提供保障。

  2022年08期 v.50;No.602 52-58+81页 [查看摘要][在线阅读][下载 2027K]
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技术进展

• 阀杆填料密封系统性能分析与试验研究进展

  陈凤官;明友;钱俊峰;余宏兵;耿圣陶;叶晓节;王渭;

  阀杆填料密封系统性能是控制阀整机性能的重要影响因素之一。针对流程工业中普遍使用的阀杆填料密封系统型式，分析了该类密封系统的密封机理及主要失效形式，并从密封系统的性能计算、模拟分析、性能评价、性能试验研究及装置等多个方面总结了阀杆填料密封系统性能研究的技术进展。通过分析与总结，讨论了目前相关研究的不足之处：未重视填料密封系统的摩擦性能指标、未考虑阀杆运动形式及不同服役条件等因素影响、尚未建有全面综合性能试验装置等，并指出了未来研究的方向与重点，即应综合考虑阀杆填料密封组合在生产制造、现场服役等环节的影响因素，并开展更为全面而系统的性能分析与试验研究工作。

  2022年08期 v.50;No.602 59-66+88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1120K]
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应用技术

• 基于AHP的油田柱塞泵常规故障等级评价方法

  左学谦;熊芝;聂磊;丁善婷;唐怀珍;宋德夫;

  针对目前柱塞泵在油田开发过程中存在能耗大、维修频次与费用高、检修点多面广、运行安全系数低等突出性问题，采用了一种基于层次分析法的评判方法对油田柱塞泵进行常规故障等级评价。首先，对柱塞泵现场统计归类的常规故障建立故障分层评价结构模型；其次，将9标度与失效模式影响和关键性分析中的严酷度相对应建立权重矩阵；随后，建立各故障层次的原因集对故障等级的隶属关系生成模糊判断矩阵；最后，利用权重矩阵和模糊判断矩阵进行矩阵相乘运算，得到故障等级评判矩阵，在此基础上与故障量化向量进行综合计算，得到故障等级的量化值来确定故障等级。以油田柱塞泵液力端为对象，采用该故障等级模型，对其进行了实验验证。研究结果表明：该方法在油田现场应用效果明显，大修费用降低20%左右，设备运行时间提升15%，计划维护时间提升25%，为柱塞泵的现场状态监控管理水平提升提供理论依据，具有一定实用价值。

  2022年08期 v.50;No.602 67-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2028K]
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• 大型预制送风管道弯头导流降阻特性仿真

  汤毅;王海东;卢佳华;白清菡;王瑞鲲;

  为了研究超大型风管弯头中导流片不同设置形式所导致的不同内部流动和压力损失问题，针对某一大型风管段，分析了2片，4片和6片导流片的设置形式以及导流片集中、分散和均匀位置的安装方式对弯头和风管下游段的气流组织和压力损失影响。结果表明，随着导流片数量的增加，弯头内阻力系数逐渐降低，降幅从2.76%(2片)～5.85%(6片)；导流片靠近弯头壁面两侧设置的降阻效果最佳，而导流片的集中分布则会增加系统2.35%的能耗。在有声学等特殊功能要求的不同类型建筑中，推荐导流片的设置位置应进行有针对性的设置。

  2022年08期 v.50;No.602 76-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1024K]
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• 大温升复叠式高温热泵压缩机输气系数预测模型研究

  胡晓微;王佳文;董胜明;田绅;张蓓;张玉瑾;

  为了准确获得压缩机输气系数，搭建了复叠式高温热泵系统试验台，对此开展理论及试验研究。建立了压缩机输气系数的机理模型、拟合关联式模型、BP人工神经网络模型和优化后的BAS-BP人工神经网络模型，通过4种模型分别对压缩机输气系数进行预测，结果表明：其经过优化后的BAS-BP人工神经网络模型预测高、低温压缩机输气系数结果平均误差为1.61%和1.02%，较BP人工神经网络模型误差降低了1.01%和0.75%，较机理模型误差降低了4.56%和6.87%，较拟合关联式模型误差降低了1.63%和2.16%；RMSE都为0.008 6，R~2分别为1.000 8，1.090 8，在4种模型中拟合性能最佳，表明优化后的BAS-BP人工神经网络模型比机理模型和拟合关联式模型对压缩机输气系数有着更好的测算能力和良好的泛化能力。

  2022年08期 v.50;No.602 82-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1149K]
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• 预应力模态下对旋风机叶片流致振动特性

  姜华;常越勇;宫武旗;张子惠;

  为了研究预应力模态下对旋风机叶片流致振动特性，采用基于预应力模态的强迫振动响应方法进行仿真分析，以非定常流场压力脉动为激励载荷，对叶片实现强迫振动响应计算。分析了流场非定常激振力的特征频率，对比了无预应力模态和预应力模态下监测点的强迫振动响应特性。研究结果表明，对旋风机流场激振力特征频率为一级、二级叶轮的通过频率及其倍频；由于一级叶轮的3倍叶频与一级叶片2阶固有频率接近，二级叶轮4倍叶频与二级叶片3阶固有频率接近，从而叶片结构发生小幅共振，分别产生相应监控点的振动加速度最大峰值；无预应力模态由于忽略了预应力下的刚化效应，其监控点振动加速度曲线峰值高于预应力模态，两种模态计算出的监控点总振动加速度级差值最大约1.5 dB。

  2022年08期 v.50;No.602 89-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1200K]
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• 管道对称性对后混合磨料水射流喷嘴流场的影响

  吴伟;唐勇;袁硕;李明杰;

  为了研究磨料管道的对称性对后混合磨料水射流的混合效果及射流速度的影响，通过改变磨料管道的对称性，设计了4组(单喷嘴、1组对称、2组对称、环形)磨料管道对称性不同、其余参数均相同的后混合喷嘴，并在相同的流场边界条件下对其进行了模拟分析。结果表明：磨料管道非对称喷嘴的磨料混合效果最差，磨料集中偏向于磨料来流侧，高速水流的能量损失较大；磨料管对称型喷嘴明显改善了磨料与高速水流的混合均匀性和提高了磨料水射流的流速，沿中轴线的最大水射流速度分别是非对称型喷嘴的1.1倍，1.2倍，1.3倍左右，在距喷嘴出口4 mm截面的磨料水射流平均速度是非对称型喷嘴的1.20倍，1.27倍，1.29倍左右。该仿真计算结果可较好地为喷嘴的设计和加工提供理论参考。

  2022年08期 v.50;No.602 97-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1496K]
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