试验研究

• 表面活性剂流体的空化-冲蚀耦合射流试验研究

  王治国;刘阳;魏然;王文娟;唐春丽;景玮;

  为了研究赫姆霍兹空化喷嘴的射流机理，依据空化射流理论，以低黏度黏弹性表面活性剂(VES)溶液为介质，基于Schnerr-Sauer空化模型与DPM模型对赫姆霍兹自激振荡空化喷嘴进行流场仿真，对添加颗粒后的VES空化-冲蚀耦合射流近壁面流场特性与颗粒撞击壁面的运动特性进行了数值模拟，并通过淹没射流试验台开展空化-冲蚀耦合射流试验，探讨了VES溶液空化-冲蚀耦合射流对靶材的冲击特性。结果表明：相比于清水，VES射流能够提供更高的冲蚀速率，为清水冲蚀速率的1.37倍，达到3.29×10~(-3) kg/kg；同等条件下，空化喷嘴的冲蚀速率为7.47×10~(-4) kg/kg，略小于流线型喷嘴，但空化喷嘴对靶材的冲蚀凹坑直径为10.5 mm，大于流线型喷嘴的7.5 mm，并且空化喷嘴对靶材的的冲击形貌为V形，相比于流线型喷嘴的W形，更有利于钻井破岩。通过分析空化作用及流体性质对靶材冲蚀特性的差异，阐述了VES溶液空化-冲蚀耦合的射流机理，研究成果为基于VES的空化-冲蚀耦合射流辅助钻井以及提高井下破岩效率提供了新的思路。

  2024年06期 v.52;No.624 1-9+40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1376K]
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• R1234yf新能源汽车空调电子膨胀阀测试系统研制

  陈剑云;李征涛;黄超;高磊;马林泉;彭家驹;周宇游;

  针对目前国内现有电子膨胀阀测试系统偏差大、测试范围小、耗能大，研制了一种新型R1234yf新能源汽车空调电子膨胀阀测试系统，该测试系统利用制冷剂节流后气相经压缩机加压、液相经制冷剂循环泵加压，两相充分混合后进入冷凝器，利用排气节流阀直接控制被测电子膨胀阀阀后压力。依据汽车热管理国家标准对该测试系统进行了可行性及热力性能分析，并与实际制冷方法、液环法测试系统冷凝热负荷及耗功总和进行对比。结果表明：该系统利用两相环法，可以减少冷凝后的冷凝热量，通过排气节流阀控制被测阀后压力，取消蒸发器，提高系统性能；在流经被测试电子膨胀阀的工质质量流量为0.02～0.18 kg/s工况下，该系统冷凝热负荷较实际制冷方法减小了71.6%，较液环法降低了37.9%，耗功总和则比实际制冷方法下降了63.7%～38.6%，但比液环法约增加了7.5%。该系统可为新能源汽车空调行业电子膨胀阀性能测试提供可行且节能的测试方法。

  2024年06期 v.52;No.624 10-16+48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1000K]
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• 风机转速对CO_2空气源热泵热水器性能影响的试验研究

  王栋;蒋天成;邓森森;陶银双;李梦雪;鲁月红;

  为了定量探究CO_2空气源热泵热水器系统性能随风机转速的变化规律，通过试验研究了不同工况下，改变风机转速对排气压力、过热度、CO_2质量流量、系统制热量、系统总功耗以及制热性能系数COP的影响；利用响应曲面法对试验进行了优化分析，同时利用试验数据拟合了COP回归模型，并进行可信度分析；通过回归模型预测了系统的最优运行工况并进行试验验证。结果表明：在压缩机频率和电子膨胀阀(EEV)开度一定的情况下，存在着最佳风机转速；在45～85 Hz范围内，随着压缩机频率的提高，COP先增大后减小，增幅最高可达8.97%，各频率下COP最大时对应的最佳风机转速不断减小；随着EEV开度在35%～55%范围内不断增大，COP先增大后减小，增幅可达到6.6%，各EEV开度下COP最大时对应的最佳风机转速不断增大；当压缩机频率为65 Hz、EEV开度为50%时，对应的最佳风机转速为1 000 r/min，系统COP达到峰值(4.09)。本文所拟合的COP回归模型最大误差为4.5%；预测系统最优运行工况为：压缩机频率68 Hz、EEV开度52%、风机转速956 r/min，此时系统COP最大，可达到4.29，预测误差为3.7%。本研究可为CO_2空气源热泵热水器系统保持高效运行提供理论指导。

  2024年06期 v.52;No.624 17-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 933K]
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设计计算

• SOFC阴极空气预热器耦合传热特性及参数影响分析

  宋嘉梁;陈永东;于改革;邹宏伟;

  针对固体氧化物燃料电池(SOFC)高温区碳化硅基阴极空气预热器这一新型换热设备，开展极高温工况下的烟气-空气的辐射-导热-对流耦合传热特性及参数影响分析，基于ANSYS Fluent采用DO模型分析高温气体辐射换热及气体吸收系数对换热器性能的影响，并与S2S模型及不考虑辐射换热模型的计算结果进行对比；同时研究了壁面发射率及烟气进口温度对耦合传热的影响规律。结果表明，烟气进口温度800～1 100 ℃条件下，辐射换热的影响较大，但烟气吸收系数及气体辐射的影响可以忽略；壁面发射率、烟气入口温度对耦合传热的影响非常明显，壁面发射率和烟气入口温度越高，空气出口温度越高。研究结果可为碳化硅基阴极空气预热器的设计提供理论依据。

  2024年06期 v.52;No.624 25-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1298K]
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• 高压减压阀气动参数设计与计算

  梁东奇;冯浩波;刘佳薇;张帅;张旭东;杨孔华;

  为了研究减压阀在气动系统中工作时的静态特性，对减压阀内流场进行了建模、仿真以及试验验证，通过SST k-ω模型求解减压阀内速度场和压强场，并推导出高压减压阀流量、进、出口压强、阀门开口高度等参数之间的关系，得到减压阀在气动系统工作过程中进、出口压强变化曲线，并分析了不同参数对减压阀减压性能的影响。结果表明：减压阀弹簧刚度增加会影响出口压强和进口压强的变化趋势；活塞面积和限流孔直径对减压阀的出口精度有着显著影响，当限流孔直径为2.4 mm的减压阀的活塞面积从18.5 mm~2提高至58.7 mm~2时，出口压强精度可以从7%提升至1%；当活塞面积为58.7 mm~2的减压阀的限流孔直径从2.4 mm增加至3.2 mm时，出口压强精度从7%降低至10%。研究结果可为同类减压阀的设计提供参考。

  2024年06期 v.52;No.624 33-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1238K]
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• 多翼离心风机集流器偏心安装对空调新风系统风量的影响

  李树云;单联瑜;吴俊鸿;彭光前;张晓轩;叶建军;谢军龙;

  为了研究集流器对多翼离心风机的影响，基于真实空调新风系统模型，构建了空调新风系统多翼离心风机CFD三维模型。对集流器偏心前后的风机内部流场展开分析，最后得出集流器的合理偏心安装方案，并通过试验对其进行了验证。研究结果表明，当偏心角 θ=120°，偏心距L=4.2 mm时，风机流道内流动情况得到明显优化，叶道堵塞情况得到改善，叶轮有效通流面积增大，叶轮出口气流速度提升，叶轮与集流器间的泄漏流减少，风机效率有所提升，蜗壳出口处风量提高3 m~3/h，增幅约5.6%。研究结果可为多翼离心风机的优化设计提供参考。

  2024年06期 v.52;No.624 41-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 2046K]
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• 跨临界CO_2储能系统中填充床蓄冷性能的动态分析

  姚小彦;陈晓文;黄勇;黄研;刘鹏虎;程祖田;王焕然;

  为进一步提升CO_2储能系统性能，建立了不同换热阶段CO_2与填充床的换热模型，探究了填充床长度等关键设计参数对蓄冷单元的影响规律。结果表明：由于温跃区的存在，初次循环中存储在蓄冷材料内的大量冷量未被利用，导致其(火用)效率较低。随着循环次数的增加，温跃区向后移动，蓄冷单元的(火用)效率不断增加。在第15次循环后，蓄冷单元的冷量回收效率和(火用)效率稳定在96.10%和82.44%。与填充床长度相比，填充床直径对其温度分布影响较大。本研究可为跨临界CO_2储能系统填充床的工程应用提供理论指导。

  2024年06期 v.52;No.624 49-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1250K]
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• 微型高速燃油泵空化数值模拟与试验研究

  廉佳;王维军;王晓全;王新超;邹轶群;吴刚;

  以某型微型高速燃油泵为研究对象，采用SST k-ω湍流模型与ZGB空化模型对不同工况下的空化内部流动进行数值模拟；采集了不同工况、不同高度下的X，Y，Z三个轴向的振动加速度，对有、无空化的振动特性进行了分析。结果表明，流量、转速、高度等参数变化对微型高速燃油泵空化特性有显著影响；在额定转速下，随着燃油泵进口压力的减小，空泡首先出现在泵进口弯管内侧及叶轮叶片背面，进一步扩大至整个叶轮流道，基本阻断了流动，叶轮中的含气率也从小于5%增大到了70%左右；仿真与可视化试验均可观察到空泡初生位置在弯管处，接着扩散至吸入弯管并逐渐增大，随后形成明显的气液边界线，最终导致完全断流；空化发生时，每个轴向在2倍叶频出现了明显的振动，依次增大趋势为X，Y，Z；随着高度增加，空化程度加剧，各方向振动频谱发生变化，最大峰值均呈现降低的趋势，但激发了较高频率的振动信号；振动功率谱密度幅值变化规律与空化发展程度相对应，可以作为泵内空化程度的表征。本文为微型高速燃油泵空化判别及空化流动控制提供了理论基础。

  2024年06期 v.52;No.624 58-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 2557K]
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技术进展

• 工商制冷空调用换热器技术现状与发展趋势

  张秀平;刘晓红;周到;王汝金;马金平;吴利平;胡一清;

  为了进一步促进我国工商制冷空调用换热器性能和可靠性的发展，以及制冷剂替代的研究，基于对我国工商制冷空调用换热器的调研，深入分析了换热器(管壳式换热器、板式换热器、翅片管式换热器、套管式换热器、微通道换热器等)的技术现状，并对其技术发展趋势进行展望；指出了目前我国工商制冷空调用换热器在强化换热技术、加工制造工艺等方面取得的进步，但随着应用市场的需求多样化，对换热器提出了更高的技术要求，今后换热器研发应从节材、新型制冷剂研发、加工制造智能化等方面着手，以提高换热器传热效率并节约材料成本，适应制冷剂替代的行业发展趋势。

  2024年06期 v.52;No.624 67-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 889K]
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应用技术

• 高压自紧式聚酰亚胺垫片密封性能影响因素分析及结构优化

  郑娆;刘丽静;李双喜;刘登宇;

  为了解决液体火箭发动机在异常工况下的密封失效问题，建立了发动机充气阀阀芯密封结构的有限元模型，分析了密封结构参数、加工误差及卡滞偏斜对充气阀阀芯密封性能的影响，并进行了试验验证。结果表明：综合考虑可加工性、密封效果，圆阀座是充气阀的首选结构；在不同圆角半径下，圆角半径在0.35～0.45 mm范围内使用效果最佳；平面度偏差及卡滞偏斜在0～0.07 mm范围内对密封效果和使用寿命几乎没有影响。本研究可为航天军工用高精密密封的设计和优化提供参考，有助于提高我国高精密密封的技术水平。

  2024年06期 v.52;No.624 76-82+98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1118K]
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• 双向流新风空调气动性能研究及应用

  高旭;李必平;王昆;熊军;王子涛;李泳樺;迟莽;

  为了提升室内空气交换效率，以空调双向流新风系统为研究对象，对其模块内部及其与整机装配结构、气流压损特性分布等展开研究分析，确认优化方向。采用数值模拟与全因子试验寻优，分析了通风腔进气壁面主流方向突扩/渐扩的不同扩压比例分配，锥形、圆弧形与S形导流片型线及其安装位置，传统单通道进气通过设置分流改为双通道进气样式，以及在排风通道内采用设置导流格栅等整流结构的方法，提升吸排新风模式下风机系统的气动性能；最终基于风量台与半消音噪声室等试验设备，验证数值模拟结果的正确性。结果表明，优化后双通道通风腔方案较原有单通道方案在噪声相当的基础上，吸风新风量增加11.8%，排风风量增加9.4%，噪声降低3%。研究结果可为双向流新风领域研究提供一定实际应用价值及现实指导意义。

  2024年06期 v.52;No.624 83-89+104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1870K]
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• 基于柔性转子的液膜密封稳态性能研究

  张菊华;郝木明;李天照;商凯杰;宋凯亮;王长钊;任宝杰;

  为了研究转子柔性状态下动力学特征对航空发动机附件机匣轴端液膜密封的影响，结合转子的振幅、弯曲角度和热流体动力润滑理论，建立了柔性转子-液膜密封稳态分析模型，探究柔性转子-液膜密封的成膜机理，研究偏心量、倾斜角度、结构参数和工况参数对液膜密封性能影响规律。结果表明：当动环发生偏心时，液膜压力分布呈现不均匀性，随着偏心量由0.1 mm增至0.5 mm时，密封泄漏量上升了11.84%；倾斜角度的增加在一定程度上可以减弱膜压不均匀性，但对密封性能的影响不明显，当倾斜角度从1×10~(-5) rad升至3×10~(-5) rad时，泄漏量仅增加2.1%；在工况参数不变时，适当减少螺旋槽数，并选取合适的螺旋角度，可以有效抑制泄漏现象；在相同的结构参数条件下，适当降低转速及压差可以有效降低泄漏量；基于柔性转子的液膜密封由于较大偏心量的存在，会导致密封性能下降，此外，高转速与大压差会进一步增加泄漏量，工程应用中可通过减少槽数，修改螺旋角度的方式抑制泄漏。研究可为液膜密封的优化设计提供理论依据。

  2024年06期 v.52;No.624 90-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1894K]
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• 裂纹对叶片固有频率影响的研究分析

  弓锋利;尚飞虎;韩卫;张俊悦;解江涛;孙垚垚;

  为了研究裂纹对叶片固有频率的影响规律，建立了叶片的有限元几何模型，分析了裂纹位置和裂纹深度对叶片固有频率的影响。结果表明：当裂纹在叶片不同位置时，叶片固有频率的下降率为4.06%(过渡弧处)>1.08%(叶型中部)>0.04%(靠近叶顶)；当裂纹在不同深度时，叶片固有频率的下降率为13.25%(40 mm)>8.12%(30 mm)>4.06%(20 mm)>1.35%(10 mm)。为了验证仿真结果的有效性，进行了试验分析，试验结果与仿真结果基本一致：裂纹在叶片不同位置时对固有频率的影响为过渡弧处>叶型中部>靠近叶顶，并且在叶片过渡弧处的固有频率随着裂纹深度的增加而降低。研究结果可对叶片早期裂纹的预测和检测提供一定参考。

  2024年06期 v.52;No.624 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1182K]
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