试验研究

• 液氮-冰粒射流水滴冻结与冲蚀试验研究

  李敬彬;程康;李根生;黄中伟;陈昭廷;

  为了研究液氮-冰粒射流的形成过程和冲击效果，采用可视化试验研究了水滴凝固过程中内部温度及外部特征变化情况，成功调制出液氮-冰粒射流，并进行靶件冲蚀试验。结果表明：体积为5 μL的水滴在液氮中(-196 ℃)凝固内部温度变化分为预冷、凝固、冷却3个阶段，且水滴凝固速度较快，可在1.5 s内完成凝固；水滴凝固时，首先在外侧形成冰壳，再逐步向内凝结，由于体积变化，会导致冰粒局部破裂，需对冰粒体积进行优选；设计并加工了液氮-冰粒射流试验装置；通过靶件冲蚀试验，证实了液氮-冰粒射流的冲击效果显著好于纯液氮射流，在聚丙烯聚合物上的冲击除漆效果优于在铝合金板上的冲击效果。研究成果为液氮-冰粒射流的发展提供了理论基础。

  2022年09期 v.50;No.603 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 952K]
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• 数据中心用间接蒸发冷却空调机组性能测试及适用性分析

  陈梦;黄翔;金洋帆;武茁苗;陈红卫;王晓东;苗会成;

  为了降低数据中心空调系统的能耗，利用间接蒸发冷却性能测试平台，对数据中心用间接蒸发冷却空调机组在干工况、湿工况和混合工况3种不同工况下的性能进行测试及分析。研究结果表明：测试期间机组在干工况下运行时，平均冷却效率为60.2%，一次空气温降平均可达13.0 ℃；湿工况下运行时，二次空气经过湿膜等焓加湿冷却后温降平均可达1.9 ℃，平均冷却效率为60.5%，一次空气温降平均可达12.7 ℃；混合工况下运行时，此时压缩机开启，一次空气温降平均可达12.7 ℃，机组平均COP为3.8。同时通过计算间接蒸发冷却空调机组节电模式、节水模式的切换条件，就典型城市的全年运行小时数进行了分析，通过分析得到数据中心用间接蒸发冷却空调机组应因地制宜地选择运行模式以此降低数据中心空调系统能耗。

  2022年09期 v.50;No.603 7-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1021K]
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• 水力旋流器给料压力对多组分铁矿分配行为的影响

  张彩娥;陆帅帅;于福顺;丁明星;

  针对水力旋流器分级过程中组分间密度差异较大而导致分级性能较差的问题，以石英-磁铁矿人工混合矿为研究对象，将物理分级试验和数值模拟试验结合，研究给料压力变化对混合矿各组分分配行为的影响。结果表明：任一压力条件下，磁铁矿组分的分离粒度均小于石英组分的分离粒度，当给料压力位于0.14～0.16 MPa区间时，组分间交互影响系数为20%，数值较小，分离精度较高，随着颗粒粒度和颗粒密度的增加，颗粒平衡回转半径沿径向逐渐向器壁移动。研究成果可为调节给料压力减小组分间分配行为差异，提高分级精度提供理论依据。

  2022年09期 v.50;No.603 14-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1241K]
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设计计算

• 超高压泵承压件优化设计方法

  鲁飞;陈正文;韦志超;王振刚;梁勇;乔建勋;

  针对超高压泵承压件的开裂问题，对承压件的组成、疲劳裂纹产生和扩展的机理进行了分析，通过循环载荷特性分析及影响疲劳寿命的主要因素研究，得出影响承压件的疲劳寿命的两大因素为疲劳强度和承压件内壁受到的交变应力的结论，并进一步提出解决承压件开裂问题及提高寿命的两个关键技术途径为提高材料的疲劳强度和降低承压件内壁的应力水平。对采用改进设计的承压件的超高压泵在280 MPa压力下进行寿命考核试验，承压件寿命从50 h左右提高到250 h以上，提高了4倍。试验结果验证了提高承压件寿命的理论和方法的有效性。该方法可以在类似的超高压设备的设计中得到应用。

  2022年09期 v.50;No.603 20-25+32页 [查看摘要][在线阅读][下载 924K]
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• 基于CFD-DEM的离心泵叶轮磨损特性研究和优化设计

  刘栋;倪子建;黄凯;王卫华;严建华;

  为研究叶轮几何参数对离心泵叶轮磨损特性的影响，采用CFD-DEM耦合方法计算了离心泵的内固液两相流动及颗粒对叶轮的磨损。采用响应面方法，以效率和平均磨损率为优化目标，完成了叶轮的优化设计。结果表明：叶片出口安放角、进口安放角和包角显著影响了离心泵叶轮的磨损特性。出口安放角为27°时磨损最严重，继续增大出口安放角，叶片吸力面中间位置和压力面出口位置磨损明显改善；随着进口安放角的增大，叶片的磨损严重区域从吸力面中间部位向进口方向延伸；随着包角增大，磨损严重区域向叶片中间部位偏移；优化后的离心泵扬程效率均有提升，叶轮磨损严重区域的最大平均磨损率从9.7×10~(-9) kg/s降低到6.5×10~(-9) kg/s，叶轮的抗磨损性能明显改善。

  2022年09期 v.50;No.603 26-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1454K]
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• 一种燃气轮机用自力式压力调节阀性能试验系统研制

  马士虎;章茂森;王黎明;江海龙;靳淑军;李忠;明友;

  因燃机用调压阀的使用性能有特定要求，因此需要研制一种特定性能测试试验系统。详细介绍了燃气轮机用自力式压力调节阀性能试验系统设计方案，并对精确模拟燃机切换工况和管路阻力所采取的技术方案进行了探讨。在0～2.6 m~3/h的流量范围内对管路阻力变化、切换时间2个参数通过实际测试进行了验证。结果表明，该系统具有切换时间可调及管路阻力可调的特点，管路阻力损失模拟一致性较好，调压阀在17～29 s的时间范围内都可以实现系统对其要求的调节性能。该系统对类似功能产品的性能验证系统具有一定的参考和借鉴价值。

  2022年09期 v.50;No.603 33-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 766K]
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• 快开三偏心真空蝶阀优化设计及应用

  齐大伟;张孙敏;李远明;吴斌;李泽龙;吕德润;

  针对常规三偏心蝶阀啮合角固定，偏心2较大，从而造成阀门开启扭矩增大，需采用大口径油缸，进而增加耗油量，延长开启时间，不能满足本系统开启速度要求的问题，通过研究，在常规三偏心蝶阀的基础上，针对切换阀的使用特点对阀门的结构形式进行了优化设计。阀门密封面通过采用正圆形结构，最大限度地降低了阀门开启所需扭矩，保证阀门运行的稳定性和可靠性，并对阀门执行器结构进行了设计，采用偏转角度为15°的非对称设计的拨叉式执行器，使开启扭矩增大约20%，通过以上两种措施，减小油缸缸径，从而减少耗油量，满足系统开启速度要求。主阀门和附属阀门采用长度可调的连杆机构连接，有效补偿安装、变形等带来的误差，便于安装、使用及维护，机械联动的方式有效解决了电器控制受干扰时无法及时切换状态的问题，保护离心真空泵系统的稳定运行和风洞试验的顺利进行。

  2022年09期 v.50;No.603 38-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 827K]
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• 太阳能驱动除湿转轮与蒸发冷却复合空调系统性能研究

  邓文杰;陈柳;褚于颉;

  针对双冷源温湿度独立控制空调系统需要两套冷源和COP低的问题，提出了太阳能驱动除湿转轮与蒸发冷却复合空调系统。系统能对新风进行降温除湿处理的同时制备出高温冷水，高温冷水供给新风处理机组和空调显热末端。建立了系统数学模型，应用TRNSYS软件对系统动态特性进行了分析。模拟结果表明：当系统再生温度为70 ℃时，典型周新风处理后的温度范围为16.6～17.8 ℃，制备高温冷水的温度为15.5～16.8 ℃。与双冷源温湿度独立控制空调系统相比，典型周本系统的平均COP可高出57.9%和平均节电率为36.2%，典型月可减少45.9%的CO_2排放量。

  2022年09期 v.50;No.603 43-50+57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1400K]
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• 不同叶片型式对高速航空液冷泵的影响

  赵鑫;王维军;谭向军;吴大转;李宁;王晓全;

  为研究不同叶轮型式的高速航空液冷泵外特性和非定常压力脉动，采用3种不同型式的离心叶轮，基于RNG k-ε双方程湍流模型对其流场进行了数值求解，得到了泵的外特性曲线、静压分布、流线分布及隔舌处、蜗壳出口处2个监测点的压力脉动频域特性，并对其进行了试验验证。结果表明：在设计工况下，模型1的效率最高，模型3的增压最高，模型3扬程曲线呈水平直线；模型1的主频为叶频，采用长短叶片型式模型的主频在50 L/h时为2倍的叶频，在150 L/h时为叶频。分析结果为航空液冷泵的优化设计提供了一定的理论依据。

  2022年09期 v.50;No.603 51-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1459K]
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• 可调式动态流量平衡阀结构参数优化及试验研究

  侯建军;胡洋;李斌;李树勋;吴翰林;

  针对可调式动态流量平衡阀缺乏系统的研究方法、精度难以满足要求等问题，对动态流量平衡阀进行系统的数学建模；运用Simulink进行仿真平台的搭建，对弹簧刚度系数、引压孔直径、各腔室体积、膜片外径等结构参数对其动态特性及调节精度的影响进行了深入研究。根据仿真结果，改进了现有动态流量平衡阀初步设计的结构参数；结合CFD仿真对流量控制精度进行模拟，得到了优化前后压差-流量曲线。试验证明，优化后的动态流量平衡阀的调节精度在±5%以内，且在30～300 kPa全压差范围内模拟结果和试验结果相对误差不超过6.5%，证明优化与动态特性模拟方法具有良好的精度，对此类产品设计具有重要意义。

  2022年09期 v.50;No.603 58-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1191K]
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技术进展

• 集成式CO_2超市制冷系统的研究进展

  耿旭东;周啸虎;邵双全;李锋;司春强;马进;

  由于良好的环境性能和热力学性能，天然制冷剂CO_2在商业集成制冷系统中逐渐得到推广应用，本文归纳了集成式CO_2超市制冷系统的最新研究进展。首先对目前CO_2超市制冷系统中主要的热回收方式以及控制策略进行了汇总；随后对集成的空气调节功能进行了介绍，主要包括其与不同循环优化措施结合的效果；最后对目前应用较广的“多合一”CO_2超市制冷系统的应用情况进行了介绍。结果表明：采用热回收能够有效满足超市的热水需求以及供暖负荷，同时相比于传统供暖方式，能耗可以下降7.5%～12.9%；对集成的空气调节功能，其季节能效比能够达到4.0以上；对“多合一”CO_2超市制冷系统，超市的制冷、供暖和空气调节负荷都可以由CO_2系统来提供，并且优化后的系统能够有效减少系统的占地面积及温室气体排放量。

  2022年09期 v.50;No.603 66-75+84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1793K]
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应用技术

• 基于机器学习的海洋平台往复式压缩机故障诊断方法

  吴斯琪;曹颜玉;张秀林;吴迪;王维民;郭美那;李启行;

  针对深远海平台往复式压缩机智能在线监测以及故障诊断预警需求，提出以往复压缩机示功图为基础的智能诊断方法。将正常示功曲线与实测示功曲线置于同一示功图中对比识别，依靠一种卷积神经网络模型的特征提取和自学习能力进行示功图分类和往复式压缩机智能故障判别。通过使用Fluent软件数值模拟压缩机故障并提取气缸内压力变化生成示功图，为智能机器学习模型提供数据库，进行训练和测试，结果显示所提出的基于卷积神经网络故障识别方法准确率在95%以上，最高准确率可达99.14%，为实际压缩机的预测性智能维护提供了理论支撑。应用于深海平台往复压缩机故障诊断，智能分类识别了压缩机排气过程中的压力振荡现象，初步诊断为压缩机气阀排气量不匹配。

  2022年09期 v.50;No.603 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1367K]
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• 制冷变频压缩机内排气管路压力脉动研究

  韩宝坤;田志远;鲍怀谦;张宗振;王金瑞;魏永长;

  针对制冷变频压缩机内排气管振动异常问题，以某型号压缩机为研究对象，基于计算流体动力学(CFD)，探究内排气管路的流动特性。首先采用流固耦合方法完整模拟压缩机工作过程，监测排气孔速度变化，得到入口速度边界。然后进行内排气管路非稳态数值模拟，分析管路中的压力脉动，发现压力峰值主要集中在低频，最大峰值出现在40 Hz附近，为2倍转频，在1，3倍转频处也出现了较明显的压力峰值；管路组成部分对管路压力脉动的影响程度不同，其中缓冲器的抑制作用最为明显。最后探究缓冲腔、管径及管长对管路压力脉动、压力损失的影响，发现减小管径和增加管长均会降低管路中的压力脉动，但会增加压力损失；增加缓冲腔的容积可以抑制一定的压力脉动，且对管路中的压力损失影响较小。

  2022年09期 v.50;No.603 85-90+99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1234K]
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• 地板送风数据中心气流组织设计与优化分析

  陈宇欣;梁珍;

  为实现数据中心节能降耗，对实际工程一模块机房的最佳气流组织方案进行优化研究。利用CFD仿真软件对地板送风冷热通道开放、地板送风冷通道封闭、地板送风热通道封闭与内墙侧送风热通道封闭这4种送风形式展开模拟，对比分析其气流场、高度方向Y=1 m处温度截面与RTI，SHI热环境评价指标。探究空调送风量变化对机架冷却的影响，以及机柜内部服务器排列方法在气流组织优化上的潜能。研究结果表明：地板送风冷通道封闭方案下具有更好的气流均匀性和温度稳定性，冷却效果好且无局部热点风险；空调系统送风量为最大送风量的70%时机柜冷却指数达到100%；当服务器均匀间隔摆放时，高度方向上的温差(3.7 ℃)最小。

  2022年09期 v.50;No.603 91-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1474K]
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• V型球阀阀芯优化及流场分析

  王佳琪;何世权;喻临风;张锦;刘帅帅;

  针对造纸厂等企业中含有固体颗粒、纤维工况的流体介质对阀门冲蚀磨损问题，以V型调节球阀为研究对象，对中阀芯锥角30°的V型球阀进行阀芯优化，旨在为了减少冲蚀磨损进而设计出两种不同结构流通面积的阀芯锥角。对比分析阀芯锥角分别为30°，60°，90°的V型球阀，应用CFD软件对其内部流场进行三维数值模拟，通过模拟计算得到流量特性曲线、流道内的速度分布云图、压力分布云图和速度矢量图。结果表明，优化后的阀芯结构相比初始结构，阀内最大压力由535.43 kPa降至492.70 kPa逐渐稳定，阀内最低压力由低于饱和蒸汽压的-242.67 kPa升至150 kPa，减少了空化现象；且速度更加均匀稳定，阀内高速流通区域平均速度由27.77 m/s~2降至19.53 m/s~2；提高了调节性能和流通稳定性，同时延长了阀门的使用寿命。

  2022年09期 v.50;No.603 100-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1064K]
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