试验研究

• 泡沫金属孔密度对石蜡相变传热强化的影响机理

  朱刘灿;王子龙;金谦;胡常青;

  为了探究泡沫金属孔密度对相变材料熔化过程中流动传热特性的影响，通过试验设计并搭建了1套半圆柱形的可视化蓄热装置，分析了孔密度对复合相变材料熔化过程中温度分布、固液相界面、换热系数等热特性的影响机理。结果表明：泡沫金属铜能够提高内部石蜡的温度响应速率，缩短熔化时间，并减小相变材料内部温度梯度；纯石蜡和孔密度为0.20，0.59，0.98 mm~(-1)的铜复合相变材料在石蜡熔化后的温度梯度分别为35.26，12.19，20.49，28.39 K；自然对流换热占比也随着泡沫金属铜孔密度的增加而减小；当加热功率为30 W时，孔密度为0.20，0.59，0.98 mm~(-1)的铜复合相变材料自然对流占比分别为20.72%，19.33%，18.24%，且自然对流占比均小于50%，表明在填充率为1.28%的条件下，泡沫金属铜复合相变材料的传热机制以热传导为主。研究结果可为相变蓄热系统的设计提供参考。

  2024年05期 v.52;No.623 1-8+54页 [查看摘要][在线阅读][下载 1395K]
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• 带经济器补气的R1234yf车用热泵系统性能试验研究

  苏之勇;陈刚;李海军;于义伟;苏梓昭;徐梦琪;唐欣渝;

  针对普通车用热泵空调无法实现同一压缩机超低温制热、超高温制冷的技术性难题，开发了一种带经济器补气的R1234yf车用热泵系统试验台，试验研究了在不同车外温度下，低压、中压补气模式对系统性能的影响。结果表明：在不同车外温度下，低压补气、中压补气技术均可明显改善系统性能，且中压补气技术提高系统性能较为明显；超低温制热、超高温制冷时，低压、中压补气压缩机排气温度均低于90 ℃；在超高温(50 ℃)工况下，相对于低压补气，中压补气制冷量增加了6.9%，COP增加了3.2%；在超低温(-10，-20 ℃)工况下，相对于低压补气，中压补气制热量增加了11.1%～23.2%，COP增加了3.0%～3.8%；中压补气系统性能均优于低压补气系统。

  2024年05期 v.52;No.623 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1046K]
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• 空调及换气系统运行对室内PM_(2.5)净化效果的影响

  金梧凤;葛具凤;贾利芝;董战伟;

  为了研究室内空调与换气系统运行时空气净化器对室内空气的净化效果，采用试验研究和CFD模拟相结合的方法，研究了空调与换气系统运行对净化器将室内PM_(2.5)净化到ASHRAE规定的可接受室内空气质量的限值15 μg/m~3的净化时间的影响。结果表明，净化器外加空调净化时间相比净化器单独运行时间缩短15.2%；净化器外加换气系统净化时间相比净化器单独运行时缩短了30.4%；三系统联合运行时的净化时间相比净化器单独运行时间缩短32.6%。结果可为研究空调与换气系统对空气净化器净化效果的贡献及室内空气净化方式提供参考。

  2024年05期 v.52;No.623 16-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1552K]
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设计计算

• 大直径双浮动端面密封结构多目标优化设计

  谢星;王永乐;李凤成;丁思云;沈宗沼;

  针对缺乏直径大于600 mm浮动端面密封环结构参数选取标准的问题，建立了密封橡胶O形圈二维轴对称非线性接触模型；结合试验设计、有限元计算、响应面模型、多目标优化算法与优劣解距离决策方法，以密封环最大变形量和端面比压为目标，开展了不同结构双浮动端面密封优化设计研究；分析了密封环结构参数对其端面比压与变形量的影响规律。结果表明：密封环锥面最小半径R_(min)与锥面角 β 越大，密封端面比压越大；R_(min)与 β 越大，安装间隙A越小，密封环变形量越大。影响端面比压的主因素为R_(min)与 β，影响变形量的主因素为R_(min)。浮动环最优结构参数为：R_(min)=381 mm，β=23°，A=18 mm，相应的密封环端面比压为0.49 MPa，最大变形量为12.11 μm。经过静压和运转密封性能测试试验，设计的双浮动端面密封无泄漏，表明优化设计方法有效可行。

  2024年05期 v.52;No.623 25-31+39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1426K]
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• 基于响应面法的井下油水分离微型旋流器结构参数优化

  卢梦媚;赵立新;刘琳;王皓;蒋明虎;

  针对微型旋流器分离性能受结构参数影响较大的问题，基于数值模拟方法和Box-Behnken设计，采用二阶多项式基函数构建微型旋流器底流口直径等5个主要结构参数与分离效率及压力损失间的数学关系模型，并对优化前、后的微型旋流器开展数值模拟和室内试验。通过对模拟数据进行方差分析验证了数学关系模型的精度，等高线图明确了结构参数之间的交互作用以及对分离效率及压力损失的影响程度。结果表明，底流口直径、小锥角、溢流口直径是影响微型旋流器分离效率和压力损失的重要结构因素；优化后的微型旋流器的结构参数为L_1=9.554 mm，D_d=2.184 mm，D_o=2.977，θ=9.39°，θ_2=2°，相较于初始结构分离效率提高了3.7%。研究结果可为高性能井下油水分离微型旋流器的设计提供参考。

  2024年05期 v.52;No.623 32-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1220K]
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• 分段启动对离心泵系统内外流动特性的影响

  赵斌;董治国;富友;

  为进一步改善离心泵启动在关死点的振动和噪声问题，以一台比转速为200的离心泵为研究对象，采用数值模拟与试验验证相结合的方法，以内部压力波动和设计扬程比值的7%为限制，对不同启动转速下的压力脉动特性进行了分析。并结合一维水动力模型对泵及阀门的开关特性进行耦合性分析，确保大型泵输水系统启动过程的安全稳定运行。结果表明：为保证大型泵启动过程中的绝对振动幅值的要求，建议使用分段启动的方式，当泵以0.63倍额定转速启动时，可保证压力监测点的压力脉动幅度均处于设计扬程的7%以下；阀门动作规律在泵启动过程中同样至关重要，当选用两阶段开阀方式，配合泵的分段启动，可以很好地降低出口压力幅值，配合阀门先慢、后快的开阀方式，可以最大程度降低泵启动时的倒转流量，使大型泵站安全、稳定运行。研究结果可为大型泵输水系统设计、运行提供理论依据。

  2024年05期 v.52;No.623 40-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1382K]
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• 基于振荡射流的撞击流反应器流动及混合特性研究

  张建伟;刘名扬;董鑫;冯颖;

  为了研究振荡射流撞击流反应器内流场特性，利用SST k-ω湍流模型，建立振荡射流撞击流反应器数学模型且与试验进行对比。通过分析速度场、湍流动能分布、压力场和湍流黏度分布规律来研究撞击流反应器内部流动特性，揭示混合性能变化规律。结果表明：在轴向上，速度、湍动能和压力呈多峰分布趋势且随着入口速度的上升而不断增大。在径向上，振荡器混合室内部涡旋中心受喷嘴小尺度涡旋干扰不断变化，从而影响流体振荡，使流场内产生4种流型。该反应器在35 s后混合均匀，混合强度达到0.95以上。研究结果丰富了流体振荡特性理论，为新型反应装置的开发提供理论参考。

  2024年05期 v.52;No.623 47-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 1292K]
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• 往复泵进液阀阀球运动特性研究及多目标优化

  丁啸;沈叶辉;陈德泉;周邵萍;

  为了研究往复泵泵阀内阀球运动特性并优化其性能，借助动网格及UDF技术，对往复泵进液过程中阀球运动与泵阀流场进行耦合计算和试验验证，得到阀球运动规律，并分析阀球质量、阀导套导流孔结构以及阀套限位高度等对泵阀运动及性能的影响。为进一步优化模型，寻找到最优泵阀结构组合方案，提出构建径向基神经网络(RBFNN)代理模型，借助多目标粒子群(MOPSO)算法得到其Pareto最优解集的优化框架并验证分析。结果表明：阀球运动升程整体呈现先增大后减小的变化规律，受阀隙流速和液动力影响很大；阀球质量、阀导套导流孔对数以及阀套限位高度等与阀球最大升程和落座速度均存在非线性关系；基于RBFNN代理模型结合MOPSO算法寻找到最优组合模型，优化后阀球最大升程提高了8.12 mm，阀球落座速度减小了31.4%，优化效果显著。研究结果可为往复泵的优化设计提供参考。

  2024年05期 v.52;No.623 55-63+70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K]
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• 基于滑模扰动观测器的阀门开度预测控制

  史晓娟;王磊;汪学明;宋传智;

  针对电动阀门在运行过程中，由于外部干扰、系统参数变化、摩擦力等非重复干扰的影响而难以达到高精度控制的问题，提出一种基于滑模扰动观测器的预测控制方法。通过对阀门驱动原理进行深入研究，构建阀门的数学模型，根据模型中电机电流与总负载扰动的正相关性，以电机电流、阀门转速为输入量，采用滑模扰动观测器对系统总负载扰动进行估计。设计模型预测控制器，对扰动估计值进行补偿，实现对阀门开度控制的准确性，鲁棒性以及对总扰动值跟踪的快速性。理论分析、仿真和试验表明：观测器仅0.001 s便跟踪到了设定值，收敛速度快，阀门开度精度误差在0.2%以内，完全达到控制目标，开度控制效果良好。可充分验证该控制方法在不同的负载扰动下，依然能使电动阀门保持良好的开度控制精度以及抗扰动能力。

  2024年05期 v.52;No.623 64-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1243K]
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• 基于功率流有限元法的涡旋压缩机振动特性研究

  陈建国;王创;闫伟国;杨春立;李宏坤;王珍;

  针对涡旋压缩机内部振动传递路径复杂，采用传统的传递函数法往往不能真实地描述振动产生与传递的本质问题，引入功率流有限元法从能量角度分析振动传递特性，进行涡旋压缩机内部振动产生、传递与空间分布的可视化研究。在分析涡旋压缩机的动力拓扑关系基础上建立激励源，提取与振动响应模型并进行仿真分析；利用实体试验和响应分析结果对比进行模型有效性分析；在验证后的模型上定义8个能量输出面，分析谐波与激励作用下上支撑和下支撑的振动能量传递特性，并且计算节点的功率流矢量确定振源的空间分布。结果表明，涡旋压缩机曲轴在运转到280°时，振动频率在1 000 Hz与1 890 Hz时振动能量传递率较高，上支撑能量分布均匀并集于自身，下支撑能量集中于支脚并向外传递。研究方法和研究成果对于涡旋压缩机振动分布及传递、振动控制和优化设计等方面具有一定借鉴意义。

  2024年05期 v.52;No.623 71-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 2015K]
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• 车载紧凑型磁力泵的研制

  孔祥序;周以松;

  为了满足车载移动设备的配套泵需求，研制了小流量、高扬程、体积小、无泄漏的车载紧凑型磁力泵。根据车载紧凑型磁力泵的技术参数要求，详细介绍了车载紧凑型磁力泵的水力设计、磁力联轴器设计和泵机组结构设计等关键技术。通过将叶轮、内磁块、导轴承和前后推力轴承组合为一体，构成叶轮内磁转子体，使其同时具有径向支撑、轴向定位和轴向力自平衡的综合功能；对隔离套的壁厚、径向变形和磁涡流损耗进行计算分析，结果表明，隔离套径向位移为0.03 mm，磁涡流损耗占配套功率的5%，满足相关技术要求。同时样机经过性能试验考核，结果达到设计要求。该研究可为相关特殊用途磁力泵的设计提供参考。

  2024年05期 v.52;No.623 79-83+90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1179K]
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应用技术

• 风扇与辐射空调耦合系统的热舒适分析

  郭兴国;万双双;陈文华;喻彦喆;

  针对顶板辐射供冷系统存在的噪声问题，提出了一种采用辐射供冷与吸音板耦合系统，同时，通过在辐射顶板和吸音板之间增加风扇(向下吹)，来抵消由于吸音板导致的辐射热交换的减少。重点研究了顶板辐射供冷与风扇耦合系统的室内气流分布、热舒适以及传热系数变化，其影响因素包括：吸音板覆盖率、风扇转速、房间高度。结果表明：风扇的加入增强了顶板的对流换热和总换热；随着风扇转速的增加和吸音板覆盖率的降低，室内空气温度降低；与无风扇的顶板辐射系统相比，风扇在高转速工况下的PMV值降低了0.37～0.40，总传热系数增长了28.4%～45.4%，在吸音板覆盖率为16%时，总传热系数的增长率达到峰值；可以通过增加风扇从而强化室内空气流动的方式来补偿较高室温带来的不适感。研究结果为顶板辐射系统的实施提供了有前景和实用的设计方案。

  2024年05期 v.52;No.623 84-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1368K]
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• 夏热冬冷地区典型城市住宅冬季室内环境热舒适性研究

  柯瑶;王汝金;张欢;聂颖;王寿川;宋哲;

  针对夏热冬冷地区城市住宅建筑冬季室内热环境舒适度较差的现状，在典型城市合肥进行了冬季住宅室内空气温度、黑球温度、相对湿度与空气流速等客观热环境参数的测试，并对测试现场居民的室内着装、主观热感觉评价与热期望等进行问卷调查统计。结果表明：地区住宅室内环境普遍偏冷，低于现行建筑热环境标准规定的热舒适范围，客观热环境条件较为恶劣，受访者虽对室内热湿环境接受度良好，但仍存在接近半数人员期望室内环境能够更加温暖，居民对冬季住宅热环境的改善需求较高。运用统计学方法对样本数据进行回归分析，得出预测平均热感觉指标PMV和热感觉投票TSV与室内操作温度关系，基于理论预测模型结果与实测值差异分析，确定该城市居民冬季实际的热中性温度为18.5 ℃，在可接受率为90%下的地区室内操作温度舒适范围为14.4～22.6 ℃。研究结果可为夏热冬冷地区家居环境热舒适的设计、营造与评价提供参考依据。

  2024年05期 v.52;No.623 91-98+104页 [查看摘要][在线阅读][下载 835K]
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• 离心泵叶轮硬涂层减振效果研究

  杨松;艾阳;李耀武;

  为了在不改变泵水力部件结构方案和基本水力性能的前提下抑制泵的振动，分析了NiCrAlY硬涂层材料对离心泵叶轮振动特性的影响。针对无涂层叶轮、上盖板涂层、下盖板涂层、叶片涂层的4种叶轮模型，采用有限元分析方法计算得到叶轮的固有特性，并进行叶轮的谐响应分析和瞬态响应分析。最后通过涂覆硬涂层前、后的叶轮模态测试以及响应测试，对叶轮涂覆硬涂层的减振效果进行试验验证。研究发现，相对于上盖板和下盖板涂层，叶片表面涂覆硬涂层对叶轮固有特性及振动响应有更大影响，叶片涂覆硬涂层后，叶轮模态阻尼比增加4.76%，减振效果达到22%以上。研究结果可为离心泵的减振降噪提供参考。

  2024年05期 v.52;No.623 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 961K]
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