试验研究

  • 钙镁二元水合盐复合热化学储热单元的储热特性研究

    刘洪芝;刘思琪;叶振东;程禧龙;张弛;

    针对热化学储热材料在系统中储热密度低的问题,基于钙镁二元水合盐MgCl_2/2CaCl_2和天然介孔材料硅藻土(WSS),采用真空浸渍法制备了具有正方形空气通道的钙镁二元水合盐复合热化学储热单元WSS7,WSS13,WSS20,并对其进行了孔结构、微观形貌、吸附动力特性和循环稳定性的分析;建立了具有正方形空气通道的钙镁二元水合盐复合热化学储热单元的一维热质耦合数值模型,并验证其模型的可靠性;数值模拟了钙镁二元水合盐填充的质量分数和入口空气相对湿度对该储热单元在开式热化学储热系统中储热性能的影响。结果表明,入口空气相对湿度的增加可有效提高钙镁二元水合盐复合热化学储热单元出口的最大温度、延长出口空气高温持续时间、提高其放热功率和储热密度;钙镁二元水合盐的质量分数的增加可以有效延长出口空气高温(>40 ℃)的持续时间,其中钙镁二元水合盐的填充质量分数为20.38%的WSS20具有较好的储热性能,其储热密度为416 MJ/m~3,是WSS13的1.5倍,比较适用长周期的太阳能跨季节储热。

    2022年07期 v.50;No.601 1-8+28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1719K]
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  • 一种基于高压水射流的混凝土表面处理设备研究

    徐文化;张敏;何华庭;王海洋;

    针对现有混凝土防撞护栏表面破除技术易造成结构损坏、使用传统设备适应性差、作业效率低等问题,研发了一种基于高压水射流的混凝土表面处理设备,并在实际工程中进行测试应用。现场试验结果表明,该设备可灵活调整距离和角度,能够较好地适应防撞护栏表面形状,100 MPa以上的水射流压力大面积冲刷护栏表面,快速破除混凝土,效率约为人工风镐凿除的7倍;同时保证破碎精准度和改善混凝土修复加固工程质量,施工安全系数显著提高。该设备关键零部件磨损小,有利于减少设备耗能,与传统破除机械相比使用寿命翻倍,具有较好的工程应用前景和推广价值。

    2022年07期 v.50;No.601 9-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1225K]
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  • 电子膨胀阀过热度设定值对车用热泵系统制热性能的影响

    苏之勇;寇景康;李海军;崔四齐;翟俊杰;

    为了研究在车用热泵系统中,电子膨胀阀过热度设定值对系统制热性能的影响,搭建车用热泵系统实验台,在超低温工况-10 ℃下,通过电子膨胀阀对蒸发器出口过热度、压缩机排气口过热度进行控制,分析电子膨胀阀过热度设定值对系统主要制热性能参数的影响。结果表明:当主阀过热度设定值从1 ℃升高到9 ℃时,压缩机排气温度随之升高,系统制热量降低了14.2%,压缩机功率降低了20.0%。当补阀过热度设定值从10 ℃升高到30 ℃时,压缩机排气温度随之升高,系统制热量降低了23.0%,压缩机功率降低了29.2%。主阀过热度最优设定值为5 ℃,补阀过热度最优设定值为20 ℃,此时系统制热能效比达到最佳。

    2022年07期 v.50;No.601 15-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1263K]
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设计计算

  • 高速螺旋密封临界密封能力的结构敏感参数分析

    郑娆;陈潇竹;李双喜;陈坤毅;宋子锋;

    针对螺旋密封临界密封能力受结构参数影响大,且螺旋密封的各结构参数相互耦合导致密封设计难度大的问题,建立了螺旋密封数值模型,计算了密封的速度场、压力场和临界密封能力,分析了螺旋密封不同结构参数对密封能力影响规律并从对密封能力的影响以及设计制造难易的角度筛选结构敏感参数。通过对试验数据的拟合处理,得到了针对密封偏心情况的临界密封能力修正公式;利用Matlab优化工具箱中的fmincon函数对螺旋密封临界密封能力修正公式进行优化求解。研究得到了齿顶间隙、螺纹齿高、相对槽宽对螺旋密封性能的影响规律并判断螺纹齿高、相对槽宽为螺旋密封结构敏感参数;提出了一种密封结构参数优化方法,该方法优化得到螺旋密封在螺旋角α=18.5°,螺纹齿高h=0.45 mm,相对槽宽K_1=0.5,齿顶间隙s=0.05 mm时螺旋密封具有最优的密封能力与模拟和试验结果相符;研究结果为螺旋密封的工程应用提供了设计基础。

    2022年07期 v.50;No.601 21-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1566K]
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  • 竖直管中超高温压参数CO_2的传热特性分析

    朱兵国;巩楷刚;孙健;彭斌;朱鑫杰;

    针对超高参数CO_2在大直径管中传热性能数据缺乏等问题,采用数值模拟的方法对超高参数CO_2在30 mm管中的传热特性进行了研究,并通过在均匀加热条件下开展CO_2在竖直管内的传热实验研究对其准确性进行了验证。结果表明,超临界压力CO_2在不同温区的传热特性表现出巨大差异,当入口温度低于拟临界温度T_(pc),在T_(pc)前壁温出现了峰值现象,传热发生了恶化,而当入口温度大于T_(pc),壁温沿着主流方向单调上升;热流密度和压力对最小传热系数h_(min)的影响较小,质量流速G对h_(min)影响较为明显,质量流速增大1.5倍时,传热系数增大约1.4倍;基于数值模拟结果本文给出了超高参数工况下临界热流密度的判据。研究结果将对超临界CO_2发电系统受热面的设计与安全运行提供理论指导。

    2022年07期 v.50;No.601 29-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1700K]
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  • 高速离心泵叶轮动态特性分析

    王彦伟;朱启培;李育房;

    为了研究离心泵叶轮在启动过程以及流体作用力下的动态特性,采用单向流固耦合的方法获取离心泵启动过程中叶轮的动态特性,分析了不同工况下稳态径向力的分布规律以及非定常流动下叶轮所受瞬态径向力的变化规律,并通过谐响应分析获取叶轮在瞬态径向力下所产生的结构振动特性。研究发现:叶轮在启动阶段所受径向力先急剧增大而后减小,最后稳定到30 N处波动,其振动幅值先急剧增大后减小到0.01 mm处后稳定波动;非定常流动作用下叶轮所受瞬态径向力出现周期性变化,在频率为101.67,610 Hz处,叶轮振动幅值明显增大,表明在这2个频率处叶轮易出现振动失稳。

    2022年07期 v.50;No.601 37-43+49页 [查看摘要][在线阅读][下载 1369K]
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  • R32及PVE润滑油混合物密度、比热容和黏度计算模型与分析

    杜仲星;谷波;田镇;曾炜杰;邱琳祯;

    为建立R32及PVE润滑油混合物的高精度的物性快速计算模型,基于REFPROP 9.0软件数据源,建立了R32制冷剂的密度、比热容和黏度计算模型,其最大相对偏差分别为0.3%,0.425%和0.27%。通过试验测试,建立了PVE VG68润滑油的密度、比热和黏度计算模型,其最大相对偏差分别为0.005%,4.1%和10.01%。R32/PVE润滑油混合物的密度和比热容计算分别采用理想混合模型和Jensen模型,通过改进优化得到的混合物黏度计算新模型平均相对偏差为17.84%,且具有很强的物理意义。上述快速计算模型在物性分析及制冷系统仿真计算等场合具有较强的应用价值。

    2022年07期 v.50;No.601 44-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 1467K]
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  • 双开口气波制冷机非定常流动三维数值模拟

    吴响响;王泽武;许晓飞;胡大鹏;

    针对气波机振荡管内气体非定常流动特性难以通过实验捕捉、二维数值计算不能完全真实模拟高压气体运动过程等问题,首先进行了双开口气波制冷机三维非定常流动数值计算模型开发,并验证了模型的可靠性;然后研究了振荡管内非定常流场流动特性,并得到了振荡管内多点激励载荷。研究结果表明:振荡管内流体压力波动范围为-15~85 kPa,温度波动范围为249~372 K;振荡管内沿通道高度方向的流体压力和温度分布基本不变,但靠近高压端口的管内流体沿通道长度方向的压力和温度都有较大梯度。研究结果为进一步分析气波机的压力交换制冷机理、振荡管流致振动和延寿提供了技术支持。

    2022年07期 v.50;No.601 50-57+70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1393K]
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  • ScrewWorks螺杆转子设计与加工软件的开发及应用

    袁皓;舒悦;姚同林;蒋俊彦;刘常峰;

    为了提高螺杆主机开发效率,保证设计一致性和方便数据管理,作者开发了螺杆转子设计与加工软件ScrewWorks。软件涵盖了转子端面型线设计、转子高温变形分析、转子冷热态间隙计算、转子刀具设计及模拟切削、几何特性的计算、主机工作过程模拟、转子受力计算等主要设计模块,并为各个模块开发有向量化赋值、交互式参数调整、可视化显示、数据读取和保存、开放式文件流、自动出图纸等附属功能。型线类型包含螺杆压缩机/膨胀机、螺杆真空泵、罗茨机等含有螺旋齿面的机械。利用矩阵化算法能够快速计算“万点”型线,误差已降至0.1%以下,保证了计算精度。

    2022年07期 v.50;No.601 58-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1365K]
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  • 3种型式CO_2跨临界带膨胀机热泵循环性能研究

    杨俊兰;姬旭;李金芮;白杨;

    为了提高CO_2跨临界热泵系统的性能,通过建立热力学模型,将3种带膨胀机的CO_2跨临界循环,即单级膨胀机循环(SCE)、双级一次节流中间完全冷却循环(TPCE)、双级二次节流中间完全冷却循环(TSCE)与单级节流阀循环(BASE)进行了制热性能对比分析。结果表明:蒸发温度变化时,TSCE循环的制热系数COP_h最大,分别比SCE和TPCE循环平均高出6.32%和10.01%;当气体冷却器出口温度高于37 ℃时,SCE循环的COP_h最大,低于37 ℃时,TSCE性能最好;TPCE和TSCE循环在蒸发温度变化过程中,存在蒸发温度的最优值,对应对基础循环的提升程度ΔCOP最大,TPCE和TSCE循环的ΔCOP最大值分别为27.27%和15.21%;根据假设条件,进而得到了最优高压和蒸发温度和气体冷却器出口温度之间的关联式。

    2022年07期 v.50;No.601 64-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1478K]
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  • 含砂原油对方形补偿器的冲蚀模拟

    陈一鸣;陈微;刘宏达;何金宝;

    为研究不同因素对方形补偿器内固体颗粒冲蚀作用规律的影响,基于DPM模型,结合流固耦合稳态模拟及控制变量的方法,对热补偿能力相同的四种标准方形补偿器内壁面的冲蚀速率进行计算。结果表明,4种补偿器内的冲蚀速率随固体颗粒质量流率的增加而增大,其中,Ⅲ型补偿器C弯管局部冲蚀集中区最大占比达到96.2%,Ⅰ型补偿器冲蚀速率与质量流率近似呈线性正相关;在不同粒径范围内,4种补偿器先后出现波动的冲蚀速率变化周期,各型补偿器最大冲蚀速率差距明显。其中,Ⅳ型补偿器内的冲蚀速率可达到1×10~(-7) kg/(m~2·s)量级,明显高于其它3类补偿器;在热补偿量一定的情况下,弯径比为1.5的Ⅳ型补偿器最大冲蚀速率达到弯径比为2.75的Ⅰ型补偿器的6倍,随弯径比的增加,各型补偿器的冲蚀区域均出现明显的扩大。其中,Ⅳ型补偿器在外弧面区出现最大范围0°~240°的“带状”磨蚀区域,最大冲蚀速率逐渐下降并在弯径比为1.5时达到最低值。因此,应根据流体介质中固体颗粒粒径、质量流率及补偿器结构合理选择补偿器类型,从而减轻管件局部点蚀与大范围磨蚀对管道内表面电化学腐蚀保护膜的破坏,以降低冲刷腐蚀速率。

    2022年07期 v.50;No.601 71-78+92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1572K]
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技术进展

  • 高压液氢泵研究进展

    韦炜;何志龙;邢子文;吕金龙;

    高压液氢泵在加氢站中拥有巨大的应用潜力。由于液氢密度远大于气氢,高压液氢泵与氢气压缩机相比,在压缩功耗上有着显著优势。不过,高压液氢泵在压缩低温工质时面临着冷却、密封等技术难点,技术指标要求苛刻。为了寻找更好的解决方案,本文回顾了高压液氢泵数十年来的发展历程,期间出现的各式结构表明,解决冷却、密封问题可从以下方向着手:(1)增加夹套结构以增强泵缸外的冷却与绝热;(2)采用多腔室设计,实现预压缩与除去蒸发气体;(3)增强密封件性能。多种方式可以同时采用,不过需要注意成本与性能之间的取舍。本文还介绍了高压液氢泵的应用成果,总结了现有产品的技术特点,希望为高压液氢泵的研究与生产提供一些参考。

    2022年07期 v.50;No.601 79-84+104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1045K]
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应用技术

  • 基于CEEMD与SVM的离心泵转子不对中故障诊断方法研究

    肖幸鑫;宋礼威;张翊勋;董亮;张宇航;

    为了更好地判断离心泵转子不对中故障,通过互补经验模态分解(CEEMD)结合支持向量机(SVM)对转子不对中故障进行识别,搭建离心泵故障模拟实验台,利用电涡流振动位移传感器采集离心泵转子位移信号,使用CEEMD算法分解离心泵在正常状态与故障状态下信号,通过相关系数法和阈值,选取有效内涵模态分量(IMF)分量进行信号重构,计算重构信号的时域特征参数并组成特征向量,最后利用SVM对故障进行识别分类。结果表明,采用CEEMD方法可以有效提取出离心泵转子不对中时的故障特征。采用SVM方法对重构后的信号提取的特征向量进行训练,故障识别准确率可以达到93%,能够有效识别离心泵转子不对中故障。

    2022年07期 v.50;No.601 85-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1547K]
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  • 孔型阻尼密封在透平膨胀机喷嘴叶片上的应用

    赵以奎;李时明;王枭;陈启明;于跃平;常超;

    针对透平膨胀机喷嘴叶片动静部件间隙流动损失问题,首先对喷嘴叶片膨胀比进行计算,并与实验数据进行对比,验证计算方法的准确性和可靠性,然后对加装孔型阻尼密封前后的喷嘴气动性能进行对比计算,结果表明,对于本文计算模型,加装孔型阻尼密封使得喷嘴叶片膨胀比提高1%,焓损失降低5%,且动静部件间隙减小50%后,喷嘴叶片膨胀比进一步提高1%,焓损失进一步下降5%。

    2022年07期 v.50;No.601 93-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1334K]
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  • 太阳能-水源热泵系统运行调控优化

    刘长清;吴荣华;展浩;

    针对太阳能-水源热泵系统的运行调控问题,模拟分析了该系统运行调控中不同热泵启停控制方法、水箱间循环启停温度、水箱间循环流量对系统性能的影响。结果表明:对于太阳能与水源热泵负荷配比为8∶2,热负荷为190 kW的系统,以青岛气候为例,采用将用户末端回水温度设为热泵启停参考温度的系统的总能耗可减少2 608 kW·h,平均COP为3.16;分别在供暖季前期和后期将水箱间循环启停温度设为40和42 ℃的系统较全季设为40 ℃的系统的总能耗可减少1.997 5×10~4 kW·h。对于该系统,水箱间最佳循环流量范围为3.5~4 kg/s。优化后的系统全供暖季运行费用可减少19 606.8元。

    2022年07期 v.50;No.601 98-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1402K]
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