试验研究

• 旋转磨料射流钻孔储层适应性研究

  周蒙蒙;李欢;李根生;黄中伟;李敬彬;程康;胡静茹;

  为了揭示旋转磨料射流破岩钻孔储层适用性，以油气储层常见岩石为试验岩样，分析了其破岩成孔特性和关键参数影响规律，并基于ALE-FEM流-固耦合方法，开展了其破岩机理研究。结果表明：旋转磨料射流可高效破碎页岩、煤岩、灰岩、砂岩、花岗岩，形成壁面光滑、带锥形凸起的大直径规则圆形孔眼；射流成孔直径和成孔深度随喷射压力增加而增大，随岩石抗拉强度增大而降低；射流压力25 MPa下，上述各类岩石成孔直径分别为50,90,62,70,53 mm；在旋转磨料射流冲击下，岩石表面出现环形应力集中带，且环形应力集中带宽度随喷射时间增加而增大，揭示了锥形凸起形成过程。研究结果可为旋转磨料射流应用于径向水平井技术提供参考和理论指导。

  2023年01期 v.51;No.607 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 1997K]
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• 液体椭圆孔端面泵用机械密封特性试验

  顾广溪;李开心;宋源森;白少先;

  为了探究液体椭圆微孔端面密封特性，通过液体密封试验考察了微孔端面密封的泄漏控制规律，对2种椭圆微孔端面和1种光滑端面开展对比研究，研究了不同压力和转速工况下泄漏率和温升的变化规律。试验结果表明：密封表面双列椭圆微孔设计在高速下可明显降低摩擦温升，转速达到15 000 r/min时，最高可降低80℃；合理的反向椭圆微孔可以降低并控制密封泄漏；椭圆多孔密封端面在多转速工况时存在增加磨损的风险，通过合理的反向椭圆微孔设计可一定程度上减缓端面磨损。

  2023年01期 v.51;No.607 8-12+17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1633K]
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• 立管式间接蒸发冷却器的结构与性能试验研究

  宋祥龙;韩玉;黄翔;

  为探索立管式间接蒸发冷却器可行性、结构与性能，设计了4组不同结构尺寸的冷却器并测试其降温性能，并对试验数据进行对比分析。结果表明，各试验冷却器温降均在6℃以上、湿球效率均在56%以上；增加换热面积可优化降温性能，冷却器单位面积处理风量宜控制在100～200 m~3/h之间；增大迎风面积、采用叉排布置增大流程可延长冷却时间，提高温降；增大管径可减小二次空气侧阻力，换热管宜采用30～50 mm管径圆管；采用管内直接布水与溢水相结合，并采用“上粗下细”的异径圆管，可保证换热管内壁形成稳定的贴附水膜，降温效果稳定。所得结果对立管式间接蒸发冷却器推广应用具有参考价值。

  2023年01期 v.51;No.607 13-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1002K]
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• 自然冷源冷藏陈列柜运行试验研究

  袁培;武宜霄;曾庆辉;吕彦力;胡朝龙;

  为了降低冷藏陈列柜运行能耗，将自然冷源引入具有储能装置的冷藏陈列柜，对搭建的自然冷源食品冷藏陈列柜系统的5种工作模式（制冷机组单独供冷、制冷机组供冷+蓄冷、蓄冷罐供冷、自然冷源供冷和自然冷源供冷+蓄冷）进行了试验研究。研究结果表明：在5种工作模式下，均能使柜内温度维持在-1～7℃之间，符合冷藏陈列柜食品冷藏要求。在制冷机组供冷+蓄冷模式下，以2.34 m~3/h的乙二醇溶液对蓄冷罐蓄冷12 h后，蓄冷罐能够储存121 400 kJ的冷量，该冷量可使柜内温度在9 h内维持在-1～7℃之间。当室外温度低于-4.5℃时，可运行自然冷源单独供冷模式。当室外温度小于-8℃时，利用自然冷源对陈列柜供冷的同时可以对蓄冷罐蓄冷。运行蓄冷罐单独供冷模式和自然冷源单独供冷模式，能够使系统的能耗分别降低68.45%和55.42%。

  2023年01期 v.51;No.607 18-23+43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1180K]
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• 盘管内冰浆换热特性试验研究

  姬长发;张逸飞;王雨萌;陈蓉;王美;杜研;

  为了探明冰浆输送过程中换热规律，搭建冰浆流动换热测试试验台，试验研究了入口含冰率、管径以及流速对冰浆换热特性的影响规律。结果表明：冰浆的换热量随流速和管径的增大而增大，随含冰率先增大后减小，且存在极大值，此时冰浆流速为2 m/s，入口含冰率为6%，最大换热量为3.02 kW；以换热阻力比（单位管长换热量与压降的比值）为评价标准寻找冰浆流动的最佳状态点，发现当管径为20 mm、流速为0.5 m/s且入口含冰率为6%时，换热阻力比达到最大，最大值为16.42 W/Pa，此时达到冰浆流动换热过程的最佳工况点，单位阻力耗散能量下所能提供单位管长换热量最大。研究结果可为冰浆在盘管内输送过程中出现分层、聚集和冰堵等问题的解决提供参考。

  2023年01期 v.51;No.607 24-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1222K]
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设计计算

• 搅拌罐式过滤机液压驱动齿啮式滤盘的设计及应用

  陈崔龙;朱碧肖;张德友;丁建国;

  针对平底式液压驱动齿啮式滤盘无系统性计算的问题，设计了一种搅拌罐式过滤机的液压驱动齿啮式滤盘，详细介绍了啮齿、锁紧环、液压缸等关键部件的选型、设计、计算、校核过程。并以2万t锂电三元正极材料项目为例，对其进行了实际应用验证，结果表明该滤盘能够快速实现滤盘清理和再生，其过滤精度高，可达0.5μm，能够截留较小粒径三元材料，获得较高收率。

  2023年01期 v.51;No.607 30-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1192K]
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• 液体射流泵空化流动特性分析

  华有明;陈云良;熊顺;徐永;

  为分析工作液压力及流速、安装高度对液体射流泵空化流动的影响，应用Realizable k-ε湍流模型结合SchnerrSauer空化模型，对面积比为4的液体射流泵进行研究，并通过与试验数据进行对比，验证了模型的有效性。计算结果表明：射流泵工作液压力及射流速度从196 kPa、22.60 m/s提高至462 kPa、33.87 m/s，初生流量比到极限流量比的工况范围明显减小，从0.234降至0.108；射流泵安装高度从3.0 m降低到-2.0 m时，初生流量比从1.250增加至1.713，极限流量比从1.435增加至1.907。较大的工作液压力及流速会加快空化初生到极限空化的发展过程，实际应用时可通过降低射流安装高度减免空化发生。研究成果可为分析液体射流泵空化影响因素，减免空蚀破坏提供依据。

  2023年01期 v.51;No.607 36-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1221K]
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• 煤化工反吹阀用波纹管国产化设计研究

  张全厚;钱江;宋林红;张文良;杨志新;赫斌;

  为了研究煤化工反吹阀用波纹管失效原因，运用有限元法对波纹管进行静力学和瞬态动力学分析。与静力学分析结果对比，考虑惯性力及阻尼作用后，波纹管的最大应力有所增大，疲劳寿命下降，最大应力出现位置由波纹管中部转向阀杆端部。为了验证仿真计算的准确性，设计了专用的高温、高压疲劳试验台，实现了苛刻工况波纹管型式试验。和试验结果对比，波纹管设计寿命与真实寿命偏差30%以内，失效位置与仿真分析结果一致。根据仿真和试验结果，提出了优化阀杆端部波纹管材料及波形结构改善波纹管寿命的设计方法。

  2023年01期 v.51;No.607 44-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1022K]
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• 黏度对锥阀空化动态特性的影响机制

  袁聪;宋锦春;

  针对黏度对锥阀空化特性的作用机理尚未明确的问题，对水压锥阀及油压锥阀空化射流进行三维动态数值模拟，分析造成其动态行为差异的流场行为，研究黏度对锥阀空化动态特性的影响机制。结果表明，油压锥阀与水压锥阀均同时存在漩涡空化及附着型空化，并且空化诱发机制基本一致。油压锥阀的转捩过程较为缓慢，其漩涡空化结构具有明显的拟序性；而水压锥阀则具有明显的三维特性。水压锥阀空化射流的剪切层厚度仅为0.01 mm左右，阀芯表面的片状漩涡结构源于近壁面剪切效应；而油液射流的剪切层厚度则大10倍以上，油压锥阀近壁面链状漩涡空化与射流核的局部分离流现象有关。在阀芯后沿处，水压射流的近壁面剪切强度是油压射流的3倍，水压锥阀附着型空化卷入部分漩涡空化，而油压锥阀附着型空化则被卷进漩涡空化。

  2023年01期 v.51;No.607 51-56+104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1296K]
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• 不同口环密封结构对转子动力学特性的影响

  李小兵;郭荣;王晓娜;程效锐;王晓全;

  为了研究不同形式密封结构对高速离心泵密封动力学特性的影响，通过数值计算的方法对环形密封、迷宫密封、轴向槽型密封3种不同形式的密封结构在相同边界条件下的泄漏量、刚度阻尼特性和密封内流特性等方面进行了研究。研究结果表明：迷宫密封的密封效果最好，环形密封次之，轴向槽型密封最差；轴向槽型密封的泄漏量比迷宫密封高出34%。然而，轴向槽型密封的主刚度系数和主阻尼系数较迷宫密封高出1倍以上，密封动力学特性最好；且轴向槽型密封可以减弱密封内部环流，减弱进口预旋速度。

  2023年01期 v.51;No.607 57-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1482K]
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技术进展

• 复叠制冷系统技术进展

  宗萌;刘利;杨启超;李连生;

  为进一步提高复叠制冷系统的热力性能并满足环境保护的要求，对复叠制冷系统的关键技术进展进行了综述。重点整理并分析了制冷剂工质对的选择，总结了冷凝蒸发器和压缩机的选型和节能发展方向，指出采用虹吸制冷剂冷却压缩机电机和润滑油方法，其可使系统的COP值提高约5.76%，并对系统结构整体优化及回热器、喷射器对系统性能的影响进行论述，归纳了保证系统安全运行的措施，探讨了复叠系统和载冷系统相结合的复合制冷形式，指出通过提高载冷段的蒸发温度可进一步提高系统的运行效率，并展望了复叠制冷系统进一步发展和研究方向。

  2023年01期 v.51;No.607 64-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1165K]
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应用技术

• 流体静压型机械密封中辅助密封位置对密封性能的影响

  何强;黄伟峰;丛国辉;张翊勋;刘莹;刘向锋;

  辅助密封是静压型机械密封重要的组成部分，其位置变化会对高压条件机械密封的性能产生重要影响，针对该问题，本文考虑密封组件之间的多体接触关系与O形圈辅助密封的影响，建立了静压型机械密封的热流固耦合计算模型。基于此模型，分析了机械密封性能随辅助密封位置参数变化的规律和机理，对比了不同安装部位O形圈位置参数的敏感性程度。结果表明，不同安装部位O形圈的位置参数对机械密封性能影响程度显著不同，其中密封环背部O形圈对密封性能影响极大，其泄漏率的平均变化率为2.06，因此在设计和制造过程中需特别注意。

  2023年01期 v.51;No.607 73-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1261K]
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• 基于CFD的低温回热器流动传热性能分析

  邓靜;陈永东;王严冬;于改革;吴晓红;宋嘉梁;

  为探究超临界二氧化碳（S-CO_2）再压缩布雷顿循环系统低温回热器冷侧ZigZag微通道内结构参数ZigZag角度θ、单位周期流道轴向长度P对S-CO_2湍流状态（16 000≤Re≤68 000）下流动传热性能的影响，对其传热与流动阻力进行了数值模拟。结果表明：随着θ的增大，低温回热器冷侧S-CO_2传热性能提高而流动阻力急剧增大；随着P的增大，传热性能与流动阻力均下降；对比二者变化，ZigZag微通道内S-CO_2流动传热性能对θ更为敏感；为使低温回热器冷侧综合传热性能较优，Re不宜过高，θ=15°时，Re不宜大于5.5×10~4。利用数值模拟结果拟合Nu关联式，拟合值与模拟值最大偏差12.44%；拟合关联式与Kim关联式（θ=40°）吻合较好，最大偏差8.95%。

  2023年01期 v.51;No.607 79-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1483K]
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• 天然气引射器流场特性及有效工作区间研究

  吴奇霖;刘硕;许晶禹;

  为了降低天然气开采成本，探索天然气引射器重复使用的可行性，对不同工况下天然气引射器的内部流场开展分析，探究流场特性和有效工作区间，并通过现场生产数据对数值模拟方法进行了验证。研究表明，引射器喷嘴附近出现压力、温度和速度极值点；固定出口压力5 MPa，当高压井压力从6 MPa提升至13 MPa时，可携带的低压井压力可从5 MPa降至3.5 MPa，期间，引射器内部负压区压力降低，速度峰值提高，且峰值附近温度降低；有效工作区间内，通过匹配入口条件可改善引射效果，提高被引射井开发效率，即在该参数范围内可重复使用引射器。

  2023年01期 v.51;No.607 85-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1206K]
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• 泡状入流条件下旋流泵气液两相流动特性

  魏清希;刘政;王辉;贺登辉;梁武科;

  为研究泡状入流条件下旋流泵内气液两相流动特性规律，对旋流泵进行了全流道数值模拟，并通过试验对其进行验证，分析不同入口体积含气率及不同液相流量对旋流泵内部流动结构演化的影响，并探讨流动结构与外特性的关联。结果表明，在1%～20%入口体积含气率条件下，气泡进入旋流泵后大部分聚集在叶轮轮毂附近，泵内气液两相流型主要有3种，分别为凝聚气泡流、气囊流和气液分离流；当入口体积含气率为1%时，液相介质中少量气体的混入有助于泵压升和效率的提高，而当含气率增大到5%时，泵内循环流旋涡数量增多，并且向无叶腔内聚集，从而增加了能量耗散，导致泵做功能力降低，进而降低了泵的性能。研究结果可为气液两相条件下旋流泵的优化设计和选型提供参考。

  2023年01期 v.51;No.607 92-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1792K]
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• 蒸汽喷射器人工神经网络建模

  张琨;张震;韩宇宁;谷迎港;邱庆刚;

  为了改进蒸汽喷射器的设计方法，针对非能动应急喷射冷却系统的核心设备射气抽水式蒸汽喷射器建立了人工神经网络模型，并分析对比了不同训练算法对模型预测效果的影响。结果表明，文中采用的莱文贝格-马夸特算法（Levenberg Marquardt algorithm,LM）、弹性反向传播（Resilient Back Propagation,RBP）和量化共轭梯度（Scaled Conjugate Gradient,SCG）3种人工神经网络模型对试验数据的拟合效果和预测效果均优于传统蒸汽喷射器计算公式，其中以莱文贝格-马夸特算法得到的效果最好，其对试验数据的拟合效果提升了68%，预测结果误差均在15%以内。该文建立的人工神经网络模型为蒸汽喷射器效率提升提供了更精确的方法。

  2023年01期 v.51;No.607 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1236K]
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