试验研究

• 自激吸气式脉冲射流装置机理的试验和理论研究

  叶飞;刘新阳;赵礼;陈豪;

  为了揭示自激吸气式脉冲射流装置的脉冲产生机理，通过试验获取了装置典型测点压力、靶心冲击压力的时间变化过程和内部水气流动图像，分析了工作压力1.4～1.8 MPa和围压0～0.15 MPa下冲击压力的平均值、脉冲频率和脉冲效果，并结合水气两相流理论研究了装置内部的水气流动结构和水气流动过程。结果表明，围压不变和工作压力越高，冲击压力平均值越大，围压0.1 MPa时，增加幅度为51%；工作压力不变和围压越高，冲击压力平均值越小，工作压力1.8 MPa时，降低幅度为63%；不同工作压力和围压的冲击压力脉冲频率变化不大，在0.5～1.0 Hz之间，但工作压力越高或围压越低，脉冲效果越好；装置内部的碰撞体附近和射流核两侧为亚声速水气流动，下喷嘴入口为超声速水气流动；装置在内部负压区域形成了泡状水气涡团，吸气量、碰撞体测点压力和冲击压力的时间变化过程与典型时间水气涡团的旋转速度和气泡直径之间具有明显的相互影响关系。

  2023年03期 v.51;No.609 1-7+11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1947K]
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• 常温推进剂自动排气阀设计及性能试验研究

  张永江;常智新;高彦峰;黄福友;郭铭杰;赵明朝;孟婧;

  为了解决常温推进剂（包括偏二甲肼、四氧化二氮、硝酸27S等）加注系统管路填充时气体自动排出问题，本文研制了一种适用于腐蚀性介质环境的复合式自动排气阀，采用复合式排气结构，密封材料选用聚四氟乙烯，新设计了副阀导向结构，以保证副阀阀芯精确的上下反复运动，形成可靠密封。采用试验装置对新研制自动排气阀入口处压力、出口处排气量进行了测量，对0～0.27 MPa范围内的排气量、0～0.28 MPa范围内的反复排气能力、抗冲击性能以及阀门寿命进行了研究。试验结果表明，新研制自动排气阀结构、工作原理可行，其排气质量流量与入口压力满足正相关的关系，反复排气工作压力可达0.28 MPa，且其寿命指标满足设计要求。

  2023年03期 v.51;No.609 8-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 942K]
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• 空调式厂房油雾颗粒扩散分布试验研究

  王非;杨清波;翁文兵;王昕;王旭东;

  为了研究不同气流组织、运行风量等情况下空调式厂房中各个粒径颗粒的空间分布，在高大空间厂房中，选择0.5,1.0,2.5,5.0μm等典型粒径的油雾颗粒作为研究对象，对比分析不同粒径的油雾颗粒在“下送上排”、“喷嘴下回”、“喷嘴上排”3种气流组织下的垂直浓度分布结构，并分析了不同运行风量对油雾浓度分布的影响。使用平均通风效率指标比较了各类空调工况下油雾颗粒的排污有效性差异。结果表明：3种气流组织中，“喷嘴上排”在5.0μm以下的各个粒径段的排风效率最高，这种气流组织下风量减小时，空间区域各个部分颗粒浓度均有增加，但中间偏上的部分颗粒浓度增加更明显。研究结果可为以油雾颗粒浓度控制为目标的工业厂房空调系统气流组织设计提供参考。

  2023年03期 v.51;No.609 12-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1837K]
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• 基于图像处理法的间接蒸发冷却器喷淋布水效果的试验研究

  徐绍芳;付钰毓;代勋;冯敏;张榕铮;陈奕;

  针对如何提高间接蒸发冷却器的润湿特性，以改善实际工程应用中的布水均匀性的问题，搭建了芯体布水实验台，采用水基荧光显示和数字图像处理法，重点研究了喷淋时间（5～180 s）、喷淋流量（2～6 L/min）以及喷嘴高度（50～250 mm）对芯体中3个典型位置的金属铝箔板表面布水效果和润湿率的影响。结果表明：随着喷淋时间的增加，板面润湿率增加，但一定时间后，进入动态稳定期。在喷射角为58°、喷淋流量为5 L/min的工况下，芯体边缘处需喷淋60 s后达到布水稳定。喷嘴高度的变化对正下方和边缘处的板布水影响较明显，推荐的喷淋高度为150～200 mm。研究结果对间接蒸发冷却器的布水参数设计具有指导意义。

  2023年03期 v.51;No.609 20-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1820K]
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设计计算

• 涡轮驱动式脉冲射流振动工具研制及特性测试

  曹权;史怀忠;杨兆亮;嵇然;徐卫强;尹添石;高飞;

  为了提升深部硬岩地层钻井的钻速，研制了一种涡轮驱动式脉冲射流振动工具，采用室内试验和现场实验相结合的方法，对盘阀-脉冲射流特性规律、振动载荷以及现场使用情况等进行了研究，确定了盘阀孔数、盘阀孔结构等工具结构参数。研究结果表明，转子转速与排量呈正相关增长趋势，并在600 r/min时，脉冲频率趋于稳定，且盘阀孔数为3,4,5脉冲发生机构，对应稳定后的脉冲频率为30,40,50 Hz左右；工具压耗和脉动幅值与排量呈正相关趋势，当排量为90 m~3/h时，工具所产生的压耗最大为0.62 MPa，最小为0.30 MPa；随盘阀孔数的增加，压耗逐渐增大，振动幅值减小，脉冲频率增大。试制了3孔盘阀式涡轮脉冲振动工具，盘阀孔采用58°圆心角扇形结构设计，其在新蓬321井现场应用试验中应用效果良好，平均机械钻速为15.29 m/h，较邻井钻速提高45.4%。研究结果可为涡轮驱动式脉冲射流振动工具的应用与推广奠定理论基础。

  2023年03期 v.51;No.609 26-32+41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1521K]
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• 燃料电池离心压缩机转子多目标结构优化设计

  肖军;黄文俊;

  针对车用燃料电池离心压缩机转子振动、强度和轻量化的结构设计问题，实现了多目标带约束的燃料电池空压机转子结构优化设计方法。针对某燃料电池离心空压机转子，基于不平衡力的谐响应分析获得转子样本的结构性能目标参数，运用神经网络程序建立有限元分析近似模型，以转子结构在150%设计转速范围内最大等效应力和挠度为目标、转子质量为约束，运用多目标灰狼算法程序进行了转子结构设计的多目标全局寻优。结果表明：描述性能目标与设计变量关系的神经网络近似模型准确度较高，与有限元计算所得性能目标的最大误差均小于8%，优化计算找到了压缩机转子在质量约束下的最优构形参数；优化后转子在前两阶临界转速附近的最大等效应力和最大挠度显著降低，转子的最大等效应力下降46.3%，最大挠度下降7.35%。

  2023年03期 v.51;No.609 33-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2645K]
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• 基于Plackett-Burman设计的微型旋流器结构参数灵敏度分析

  李新亚;蒋明虎;邢雷;赵冲冲;

  为了研究微型旋流器结构参数对油水两相分离效率的影响，采用计算流体动力学分析方法，借助Plackett-Burman试验设计，以微型旋流器结构参数为研究对象，开展结构参数的灵敏度分析优选。针对不同试验组的微型旋流器结构，进行数值模拟和实验验证研究，研究对油水两相分离效率的影响规律。结果表明，结构参数的显著性由高到低的顺序为柱段旋流腔直径>溢流直径>底流管长度>小锥角>柱段旋流腔长度>大锥角>溢流口插入深度。随机选取6#和11#微型旋流器开展室内实验，对数值模拟结果的准确性进行验证，随着含油浓度的增加分离效率呈现逐渐降低的趋势，模拟值和实验值的平均误差为2.83%，呈现出了较好的一致性。

  2023年03期 v.51;No.609 42-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1547K]
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• 单齿转子式压缩机的工作热力过程分析

  李雪琴;谈庆朋;潘诗洋;王君;赵利壮;张成彦;崔冬;

  为了揭示单齿转子式压缩机的特殊混合过程，分析了单齿转子式压缩机的全工作循环及气体热力特性变化，研究并建立其几何模型和热力学模型，分析了余隙容积、过压缩、膨胀以及混合过程对单齿转子式压缩机的功耗和效率的影响。结果表明：混合过程影响气体增压的热力过程，增加单齿转子式压缩机的功耗，从而导致单齿转子式压缩机效率下降。通过改变余隙容积，改善混合过程，可以节省4.4%的指示功。研究内容揭示了单齿转子式压缩机的混合过程对其工作热力过程的影响，对单齿转子式压缩机的设计具有指导价值。

  2023年03期 v.51;No.609 49-54+63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1302K]
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• 可变几何楔形扩压器设计与流动分析

  詹黎明;袁建平;赵奔;王鹏;

  为了兼顾离心压气机具有高压比的同时可以拥有更宽的稳定工作裕度，以匹配楔形扩压器的高压比离心压气机为研究对象，提出一种新的扩压器轴向滑移变几何设计方案。利用经过校核的数值模拟方法开展了扩压器叶片安装角和扩压器叶片前缘轴向滑移尺寸的参数化研究，详细讨论了叶片扩压器的变角度方案和轴向滑移剪切方案对离心压气机气动性能、稳定裕度的影响规律。研究结果表明，在扩压器叶片初始设计阶段通过增大扩压器叶片安装角使压气机在小流量工况范围内运行，再通过轴向滑移式变几何扩压器机构改变叶轮与扩压器间的转静间隙，有效地将堵塞流量增大2.9%，失速流量减小7%，拓宽了离心压气机稳定运行流量范围。

  2023年03期 v.51;No.609 55-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 2867K]
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• 低温大口径高压轴流式止回阀研制

  郑庆伦;陈皓;

  针对高压大口径轴流式止回阀超低温工况密封失效，特别是经过高压试验或者高压下开关动作后密封面损坏，阀门无法满足长周期稳定运行问题，设计了一种具有特殊阀内密封结构的高压轴流式止回阀。使用有限元软件对改进后的阀体结构进行强度分析校核；以相关型式试验论证，将阀门置于-196℃试验温度下，进行2 000次的阀门整机低温疲劳寿命试验，试验全过程中最大泄漏率为1 700 m L/min，远远低于标准规定上限值3 600 m L/min；经江苏LNG现场使用，结果表明通过结构优化，低温大口径高压轴流式止回阀性能完全满足LNG装置及超低温工况要求，主要性能和技术指标达到了国际上同类阀门的水平。

  2023年03期 v.51;No.609 64-68+76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1609K]
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• 横掠管束降膜流动和传热特性

  何雪静;王吉;李振林;

  为了明确绕管式换热器壳侧降膜流动特性对传热性能的影响，建立三维壳侧计算域，采用VOF模型，在干度工况范围为0.1～0.9，热流密度为1 275～8 000 W/m~2，质量流率为120 kg/（m~2·s）时，分析了乙烷在绕管式换热器壳侧降膜流动过程。结果表明：对于乙烷工质，流型依次为层状流、半环状流、液滴流。干度为0.3，热流密度为4 000 W/m~2时为层状流向半环状流转化点；干度为0.6和0.7，热流密度4 000 W/m~2时为半环状流向液滴流转化点；在层状流向半环状流及半环状流向液滴流转化点传热系数均下降。干度为0.1～0.2，传热系数与干度成正相关；干度为0.3～0.7，传热系数与干度成负相关；干度为0.8～0.9，传热系数随干度变化不明显；流型为层状流和半环状流时，热流密度与传热系数成正相关。流型为液滴流时，热流密度与传热系数成负相关。

  2023年03期 v.51;No.609 69-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1507K]
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应用技术

• 安全阀气体泄漏在线监测方法研究

  郭远顺;于新海;赵桂生;邓子君;丁礼俊;

  为了实现安全阀气体泄漏的定量测量，提出了一种安全阀阀瓣和阀座密封面处气体泄漏的在线监测方法，通过在安全阀反冲盘上加工一圈特殊设计的斜切短圆管结构可以在气体泄漏时激发出波谷为25 kHz、波峰为32 kHz的特征超声频谱。分析了泄漏量与声波声压级之间的影射关系，基于32±5 kHz的总声压级与气体泄漏流量的关联关系，可实现泄漏量的定量测量。结果表明，该方法的检测灵敏度和精度均高于目前商用的声发射法，空气泄漏检测下限在1.0 L/min，泄漏量标准偏差为0.886 L/min，均低于目前商用声发射技术的检测下限（2.5 L/min）和标准偏差（1.17 L/min）。本文提出的方法具有成本低、精度高、灵敏度高的优点，且反冲盘上加工发声结构对安全阀的动作性能影响可以忽略，在安全阀气体泄漏在线监测方面具有重要的工业应用价值。

  2023年03期 v.51;No.609 77-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 3015K]
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• 基于频谱分析的油田注水柱塞泵故障诊断

  齐光峰;孙东;郑炜博;邹林;宋长山;刘心颖;李云飞;

  针对传统注水柱塞泵故障诊断高度依赖经验，实时处理能力不足，准确率低的问题，提出了一种柱塞泵频域信号在线诊断方法。采集了柱塞泵正常和16种故障状态下的振动信号，采用傅里叶变换进行分析，通过建立故障模型库，在线获取振动信号并进行故障特征提取，通过多次连续时间与模型库的均方根误差进行故障诊断，同时对故障中传感器贡献率进行排序并使传感器降维减少计算量。研究结果表明：采用该方法对轴向柱塞泵故障进行诊断，准确率从66.7%提高到80%以上，计算量降低为原来的26.7%。

  2023年03期 v.51;No.609 84-90+98页 [查看摘要][在线阅读][下载 2048K]
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• 典型侧风下喷嘴十字布置的喷淋方案对空冷塔冷却性能的影响

  张淑贞;耿哲;酆烽;宋冀红;庞慧敏;刘严雪;徐海英;何锁盈;

  针对侧风会改变空冷塔内部及其周围的空气动力场，为了研究侧风下喷淋预冷对空冷塔换热性能的影响，建立了空冷塔的半塔数值仿真模型，研究了典型侧风风速4 m/s下120 m高的自然通风空冷塔在喷嘴十字布置下换热性能的变化规律。结果表明：侧风与喷嘴十字布置的夹角（即侧风风向）对喷淋冷却效果影响较大，在夹角为45°时喷淋液滴有效蒸发比和半塔的换热量都达到最大值分别为69.7%和58.8 MW，此时单位质量喷淋水量对空冷塔的换热性能提升最好，空冷塔单位换热量的最大值为2.3 MJ/kg；通过喷淋适应环境侧风的调控，与未喷淋时相比，空冷塔的全塔换热量提高了8.6%（由108.4 MW提高到了117.7 MW），出水温度降低了0.8℃，为侧风下空冷塔预喷淋系统的全塔喷嘴布置优化提供指导。

  2023年03期 v.51;No.609 91-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1654K]
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• 直流调速转子式压缩机泵体径向间隙的研究

  伦成钢;孙民;

  为提高直流调速空调器的全年能源效率性能，针对转子式压缩机，通过理论分析及试验验证，提出了降低其气缸与转子径向泄漏，提高泵体容积效率的新措施：即优化泵体CP间隙最小值的定心位置。结果表明：不同的工况下的高低压压力比不同，压力比越大，CP间隙最小值定心位置角度最佳位置就越大。将压缩机泵体CP间隙最小值定心位置角度定在240°～260°之间，该措施实现了压缩机低频性能提高0.98%的目标。在此基础上，通过优化压缩机与空调器的性能匹配，使得空调器全年能源效率性能提高1.98%，最终满足了空调器产品性能提高的需求。

  2023年03期 v.51;No.609 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1185K]
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