试验研究

• 超高速部分流泵工作特性试验研究

  郝小龙;张明根;王志峰;李振将;胡丽国;

  为获得部分流泵在超高工作转速下的扬程系数、功耗损失与工作效率特性，设计了2种外径尺寸规格的部分流泵，在专用高压氦吹试验系统上进行了氦气驱动运转试验。针对每种尺寸的部分流泵均进行了2种氦气压力条件下连续多个输出流量的工作特性参数测试，试验最高转速达到了120 000 r/min以上。试验结果表明：外径22 mm的部分流泵在转速从85 200 r/min升高至125 000 r/min过程中扬程系数从0.87降至0.67，最高工作效率不超过0.38；外径27 mm的部分流泵在转速从102 000 r/min升高至138 000 r/min过程中扬程系数在0.50～0.61间缓慢变化，最高工作效率不超过0.21；且2种尺寸规格泵功耗损失都随转速升高急剧增加，工作效率明显下降，在超高转速情况下泵的功耗损失是十分突出的问题。试验结果对于后续设计超高速部分流泵具有重要的参考价值。

  2022年06期 v.50;No.600 1-5+70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1326K]
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• 亚临界CO_2系统压缩机性能试验研究

  程建路;胡开永;汪倍倍;朱婷婷;

  为了提高亚临界CO_2系统压缩机工作效率，搭建了亚临界CO_2制冷系统实验台，分析了频率、吸气压力及过热度对压缩机容积效率及系统性能的影响。结果表明，随压缩机频率的增加，制冷系统COP减小，当压缩机频率从30 Hz增大至70 Hz时，系统COP降低了22.37%；压缩机吸气压力升高时，制冷系统COP呈上升趋势，当吸气压力从1.63 MPa增加到1.74 MPa，COP增长率为2.58%；压缩机吸气过热度增加时，系统COP逐渐减小；压缩机容积效率随吸气压力增大而增大，吸气过热度对容积效率影响较小。

  2022年06期 v.50;No.600 6-10+17页 [查看摘要][在线阅读][下载 906K]
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• 数据中心用板翅式间接蒸发冷却器二/一次风量比的试验研究

  王颖;黄翔;寇凡;靳如意;

  为了研究数据中心间接蒸发冷却器二/一次风量比对其换热性能的影响，搭建了数据中心用板翅式间接蒸发冷却试验台，并进行了测试分析，结果表明：干模式下，机组风量比从0.8逐渐增至1.8的过程中，冷却器换热效率提升明显，3种工况下的最佳换热效率分别为59.6%，55.4%，54.2%，最佳二/一次风量比为1.5；湿模式下，随着二/一次风量比的逐渐增大，一次空气的出风温度逐渐降低，换热效率显著提高。在乌鲁木齐、西安、南京工况下的最佳二/一次风量比分别为1.4，1.4，1.5，换热效率可达68.42%，66.35%，65.28%。由于干、湿模式下换热驱动势的差异，湿模式下的最佳风量比小于干模式，且随着二次空气进口湿球温度的升高，其最佳二/一次风量比也随之增大。最佳风量比的确定也不一定是设备热交换效率最高的状态点，要综合考虑由于二次空气流量增大引起的风机能耗问题。

  2022年06期 v.50;No.600 11-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1087K]
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设计计算

• 阀门端部连接耐火试验系统及试验方法

  王剑;范宜霖;雷艳;彭林;黄健;张继伟;徐晓刚;

  为考核阀门端部连接在燃烧状态下的抗弯和抗压的设计性能，分析了现行标准推荐的端部连接耐火试验系统存在的问题和不足，结合阀门端部连接火灾环境下的实际工况，设计了一套阀门端部连接耐火试验系统并提出了试验方法。该系统基于改进的增压系统、测漏系统和独立研制的弯矩加载装置等组成，能有效控制系统的压力波动范围在±10%、测量参数的精度误差范围在±5%以内、提高系统使用寿命及经济性。对燃烧工况下连接件承压性能试验系统的设计及试验方法的优化具有一定的指导意义和参考价值。

  2022年06期 v.50;No.600 18-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1110K]
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• 空化效应下端面液膜机械密封性能分析

  梁彦兵;丁雪兴;王世鹏;严如奇;

  针对端面螺旋槽液膜密封空化效应，基于Schnerr-Sauer空化模型，采用流场计算软件FLUENT对机械密封端面液膜密封流场进行空化模拟，探究液膜密封在不同转速、入口压力、槽深、液膜厚度以及不同螺旋角对空化效应的影响规律。研究结果表明：端面螺旋槽液膜密封在考虑空化效应时的开启力、泄漏率均小于不考虑空化效应工况下的值，而且工况参数和结构参数的影响规律基本相似。综合考虑端面螺旋槽液膜密封的密封性能以及可靠性，建议取槽深为10～14 μm、液膜厚度为3～4 μm和螺旋角为15°～20°时，端面螺旋槽液膜密封的整体密封性能最佳。

  2022年06期 v.50;No.600 23-30+60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1935K]
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• CO_2跨临界双级循环制冷系统最优中间压力的热力学分析

  王栋;梅申功;陈卓;李晨辉;夏曦;汪祥支;

  为提升CO_2双级循环制冷系统的性能，基于一套CO_2跨临界双级循环冷柜系统，通过建立能量热力学模型和?热力学模型，计算其最优中间压力值，并采用实验结果来验证模拟结果的准确度，最后对整个系统的热力学性能进行模拟研究。研究结果表明：模型在预测最优中压方面具有很高的准确度，在试验工况下，误差仅为1.91%；高低压的几何平均值比最优中间压力值略低，偏差在3%左右；相对于高压来讲，CO_2跨临界双级循环制冷系统的COP对中压不太敏感；气冷器出口温度对系统性能影响较大，温度超过限值后，系统性能急剧下降，在本文的研究范围内，该温度为36 ℃。本研究可以为小型CO_2跨临界双级循环制冷系统的优化设计及如何维持系统高效运行提供理论指导。

  2022年06期 v.50;No.600 31-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1230K]
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• 竖直降膜蒸发冷凝管内液膜流动特性研究

  谢迎春;刘军;徐畅;蒋执俊;王宗满;李玲;孙国强;黄达伟;马洪亭;

  为了研究气液逆向降膜蒸发式冷凝器管内液膜的稳定性，通过数值仿真模拟方法，获得了绝热条件下降膜蒸发式冷凝器竖直管内液膜的流动特性。结果表明：在管内自然通风和强制通风条件下，竖直管内降膜过程均可分为起始段、稳定段、起伏段、波动段4个阶段，逆向气流扰动会改变4部分在管内的分布位置与范围；稳定段液膜厚度取决于液体雷诺数，空气流动速度增加会增大波动程度并扩展波动段范围，当液体雷诺数为2 440～6 100时对应的临界气体雷诺数约为914～2 583，以临界气体雷诺数强制通风时相比无强制通风时液膜的波动段平均延长了11%，这表明逆向通风强度与液膜稳定性密切相关，在本文模型下液体雷诺数为4 880时液膜稳定性较好。研究结论对于竖直管内降膜蒸发冷凝换热器的设计和运行具有重要的指导意义和参考价值。

  2022年06期 v.50;No.600 39-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1134K]
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• 超声射流系统设计及仿真分析

  何魁魁;戴玉堂;王嘉凯;

  为了改善超快激光的加工效果，设计了超声气体射流系统。通过超声与射流的耦合可实现声能与射流压力能叠加，增强射流的脉动性，形成脉动射流。以氮气为传递介质，利用FLUENT软件研究了在稳态条件下不同喷头结构的流场分布并对喷头结构进行优化；在瞬态湍流状态下，运用动网格技术将超声与射流场耦合，仿真分析了超声振动参数对流场分布的影响以及各参数间相互作用规律。仿真结果表明：在超声频率20 kHz、幅值为20 μm、进口流速2 mm/s条件下，流场最大流速从4.01 mm/s增至21.19 mm/s，随入口流速增加出口流速增幅逐渐下降，在高速射流入口条件下，出口最大流速也增加近两倍左右。在超声作用下射流脉动性显著增强，但射流流束的集中性会减弱，超声振幅的改变只能对射流场结构产生改变，对射流最大流速几乎无影响，超声频率的增加可提高流场最大流速及其脉动性。

  2022年06期 v.50;No.600 47-53+83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1632K]
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• 旋流泡罩相分离性能的研究

  袁惠新;莫倪旭;付双成;周发戚;

  针对传统泡罩塔的雾沫夹带、液泛等问题，提出了新型塔内件——旋流泡罩，其利用旋流聚结和离心沉降原理将进入气中的液滴捕捉，可以实现高效的相分离。旋流泡罩的性能包括操作性能和相分离性能，分别用压力降和分离效率来表征。进气量对压力降的影响分别通过试验和模拟获得，并用压力降的试验数据来验证模拟的可靠性；利用Euleria-Lagrangian方法来处理气液两相流动，同时考虑液滴的聚结和破碎，研究进气速度、进气液滴粒度和进气液滴浓度对旋流泡罩相分离性能的影响。研究结果表明，压力降随进气量的增大而增大，在研究的进气量范围内，旋流泡罩压力降为300～1 300 Pa；相分离效率随进气粒度和进气速度的增大而提高，但存在临界进气速度值，此时，相分离效率最高可达98.7%；进气粒度越小，临界进气速度值越小；对于小液滴，其液滴浓度对相分离效率的影响比大液滴的影响更为显著。研究结果对于旋流泡罩的设计和优化具有重要意义。

  2022年06期 v.50;No.600 54-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 966K]
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技术进展

• 直接驱动式电液伺服阀研究进展

  涂福泉;石理;李圣伟;陈超;魏斯佳;苏子豪;韦俊伟;

  针对发展高端电液伺服阀技术已成为航空航天及舰船领域的研究热点的现状，本文以直接驱动式电液伺服阀为对象，介绍了直接驱动式电液伺服阀的历史概况。从阀的结构原理出发，着重论述了阀的结构改进、电-机械转换装置变换等的研究进展。对应用于直驱阀上的不同新型材料，从功能原理到基本特性进行了系统分析。其中，PZT材料的响应速度较快，可达10 μs；GMM材料的能量转换效率较高，可达80%；MSMA材料宏观应变较高，可达10%。直驱阀在极端温度环境下的性能改善、冲蚀磨损特性分析及其数字化、智能化设计将成为未来的重点发展方向。

  2022年06期 v.50;No.600 61-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1336K]
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应用技术

• 水力测功机瞬态特性研究

  孟明站;杨帅;吴大转;郑枫;潘燚;

  为了研究水力测功机瞬态启动过程的加载特性，采用三维计算流体动力学(CFD)方法，通过建立水力测功机的三维全流域模型，使用网格滑移技术对水力测功机启动过程进行模拟，分析了不同加载时间和加载方式下水力测功机的瞬态性能。研究结果表明，水力测功机瞬态启动过程流场相比于稳态过程具有明显的滞后性。且启动加速度越大，加载时间越短，流场的滞后效应越明显，同转速下的吸收扭矩越小。

  2022年06期 v.50;No.600 71-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 2759K]
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• 应用容积可变转子压缩机的多联机空调降噪研究

  施清清;赵旭敏;周伯儒;叶晓飞;丁少鹏;

  针对应用容积可变转子压缩机的多联机空调制热工作过程中，出现的室内机管路脉动嗡嗡声和室外机压缩机启动不连续撞击声问题，利用音质体验和时频分析的方法，确定了2个噪声问题的产生机理，同时通过仿真手段和理论研究提出了降噪设计方案，经过试验验证，室内机管路脉动嗡嗡声频谱主要峰值分别降低13.2，11.2 dB，室外机压缩机启动下气缸滑片处外壳位置，振动加速度时域信号幅值减小94.4%，撞击声消失。试验结果表明，降噪设计方案合理、技术可行。

  2022年06期 v.50;No.600 78-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1106K]
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• 基于散布熵的往复压缩机气阀故障特征提取方法

  赵海峰;张家骏;吕建卓;

  针对传统信号处理方法难以准确提取往复压缩机气阀振动信号故障特征的问题，引入一种新的非线性分析方法——散布熵，以实测往复压缩机气阀振动信号为研究对象，从鲁棒性与稳定性两方面进行了适用性分析研究。首先，通过对工频干扰消除前后的阀片断裂信号，以及添加不同信噪比高斯白噪声的正常气阀信号进行鲁棒性分析；然后引入变异系数对气阀正常、阀片断裂及弹簧失效三种状态的振动信号进行稳定性分析；最后在该基础上进行特征提取研究。结果表明：散布熵不仅对工频干扰不敏感，而且在信噪比0 dB时的熵值变化率不超过5%，气阀3种状态的散布熵变异系数均低于1%，从而为往复压缩机气阀状态监测与故障诊断提供了一个鲁棒性强、稳定性好的有效特征。

  2022年06期 v.50;No.600 84-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 951K]
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• 严寒地区太阳能辅助土壤源热泵系统运行策略优化

  刘逸;陈培强;秦羽;孙颖;徐莹;亓冬鑫;

  针对严寒地区建筑供能能耗大，土壤源热泵系统连年取热造成的土壤热失衡问题，以太阳能辅助土壤源热泵系统为研究对象，提出常规、多模式切换地埋管分区运行策略并对其按季度进行划分，在各季度期间设置不同的温控参数，研究不同运行策略的设置对太阳能辅助土壤源热泵系统性能的影响规律，从而得出相对最优运行策略。判优参数包括供暖保证率、机组COP、换热器取热量、土壤温度及运行费用。结果表明：与常规运行策略相比，多模式切换地埋管分区运行策略的供暖保证率100%、机组COP提升14.42%、换热器取热量减少35.3%、十年后土温升高1.13 ℃、年运行费用减少618元。

  2022年06期 v.50;No.600 90-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1272K]
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• 超高压多级笼套式节流阀的压差分析

  聂涛;胡桂川;周群;赵杭;李显勇;

  为了开展超高压笼套式节流阀的自主研发，解决压降比小(10～15 MPa)、冲蚀破坏严重、寿命短等问题，提出三级套筒小孔阀芯和出口带底座节流小孔的新型流道结构，通过对不同阀芯结构下连续单相流仿真计算，对比分析了不同结构阀芯对节流阀内部湍流流动、压力、速度、质量流量以及最终节流效果的影响。最后，对阀芯小孔位置进行布局和节流阀内部结构进行设计。此研究提高了阀芯使用安全性能和节流效果，多级节流降压值比一级节流大1.85倍左右，为25 MPa左右。为提高节流阀的使用寿命提供了一定程度上的技术支撑。

  2022年06期 v.50;No.600 98-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 2064K]
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