试验研究

• 防护服用供气背包制冷装置结构设计与性能试验

  李希萌;索槐;任建强;李岳;蔡庆明;侯雨雷;曾达幸;

  针对防护服在高温、闷热等环境中出现舒适性差的问题，设计一款防护服用制冷式供气背包，并开展系列性能试验。通过半导体制冷装置试验，分别对比导冷型材材质及不同底板厚、散热型材不同尺寸和底板厚对制冷性能的影响。搭建集成式制冷装置，分别研究U形与直线型2种风道结构、制冷片开启数量和位置及环境温度等参数对制冷性能的影响。结果表明，在满足穿戴者基本供风量的前提下，U形风道结构制冷性能较好；开启4个制冷片，温度可降低13.2 ℃左右；开启2个制冷片时，靠近出风口侧上、下2个制冷片的制冷性能较好，温度可降低8.4 ℃左右；而环境温度主要影响制冷装置的散热性能，进而影响半导体制冷片的冷热交换。研究内容可为半导体制冷技术在防护服应用提供一定的参考。

  2024年08期 v.52;No.626 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 1615K]
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• 三角槽道层流脉动流的流场分布特性及热量输运规律研究

  章颢缤;杨景山;蹇钊;宓霄凌;黄其;徐超;

  为了解析小尺度周期性扩缩结构流道与脉动流结合的复合强化传热机理，以水为工质，对三角槽道层流脉动流动特性及热量输运规律进行了研究。以“二次流”为切入点、“涡及涡运动”为视角，分析了Strouhal数(St)、脉动振幅(A)等脉动参数对三角槽道层流脉动流动及传热过程的影响，揭示了二次流强度与三角槽道层流脉动流传热的关联性。结果表明：通过调节St与A优化涡旋运动状态，可将场协同角(β)缩减5°以上，增强温度梯度与速度矢量两者的协同性，最大传热效率可提升55%以上；St的设置旨在优化涡心运动路径，存在最优St值，使传热效率提升40%以上；A的设置旨在提升涡旋强度及尺寸，当A<100%时，最大传热效率提升约15%；St和A对于层流脉动传热的影响情况，还可采用二次流强度定量反馈，以寻求较优的St和A匹配数值，有效控制传热效率及能耗量。研究结果可为解决高黏度、低流速等工程环境(如光热电站熔盐系统管路、熔盐电加热器换热管)或者小尺度异型管道的流动及传热问题提供参考。

  2024年08期 v.52;No.626 8-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1396K]
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• 双向旋转斜盘压缩机润滑油循环性能工程试验研究

  古丽娜;王文毅;刘忠明;谭双;曹锋;

  为了解决双向旋转斜盘式活塞压缩机在汽车空调温控系统中因润滑油充注量不当而导致的制冷效率降低和潜在故障问题，对润滑油充注策略进行优化，以提高系统运行的效率和稳定性。分析了润滑油充注量不足或过量可能导致的各种问题，探究了在不同压缩机转速条件下，不同润滑油充注量对制冷性能的具体影响。通过对比试验发现，当润滑油充注量被精确控制在390±20～535±20 mL的范围内，空调系统能够在变化的工作状态下保持最优性能，并显著降低由润滑油不足带来的风险；最佳的润滑油与制冷剂的配比约为12%，并提出了一系列技术措施，这些措施旨在提高斜盘式活塞压缩机的可靠性，为斜盘式活塞压缩机在广泛的工程应用中的润滑策略提供了理论依据和实践指导。

  2024年08期 v.52;No.626 17-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1226K]
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设计计算

• 气动调节阀粘滞故障检测与参数辨识方法研究

  向方娜;管桉琦;林振浩;金志江;钱锦远;

  为了研究气动调节阀的粘滞特性问题，以CHEN粘滞模型作为阀门粘滞特性问题的基础模型，提出一种阀门粘滞故障的检测与改进的参数辨识方法。通过搭建粘滞故障试验台，模拟实际情况中发生不同程度粘滞时的阀杆运动状态，揭示阀门粘滞发生的机理。使用随机森林算法对振荡源进行分类，实现对粘滞故障的检测。使用基于Hammerstein模型的粒子群优化算法求解粘滞参数最优解，提出粘滞双参数取值范围的确定方法，实现欠补偿、无补偿和过补偿3种状态下的粘滞参数辨识。结果表明：阀门粘滞程度与阀杆所受动静摩擦力有关；在不考虑外界因素的影响下，提出的粘滞检测方法对4种振荡源的分类准确率达到99.026 8%；提出的改进的粘滞参数辨识方法对不同大小粘滞参数的辨识结果误差达到7%以内。研究成果为阀门粘滞故障的检测和参数辨识提供了理论方法，对粘滞模型的改进具有实际参考价值。

  2024年08期 v.52;No.626 23-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1631K]
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• 旋流通道内超临界氮的换热性能研究

  夏春杰;陈永东;吴晓红;宋嘉梁;邓靜;程沛;

  为了研究超临界氮在旋流通道内的换热性能，通过试验和数值模拟的方法，分析了超临界氮物性变化在螺旋管沿程及周向引起的流动传热变化，以及流动参数、结构参数对换热系数h、流体温度T_f、壁面温度T_w、压力P_1的影响，并对各结构参数的灵敏度做了量化分析。结果表明，流体温度位于临界温度127.15 K附近时，换热系数达到峰值；管径d对h，T_(out)，P_1的灵敏度值最大分别约为2.47，0.42，2.15，说明d值变化对流动传热影响最大；对数据进行处理，拟合出基于螺旋管结构特性的超临界氮传热关联式，模拟值和公式值最大误差为12%。研究结果可为螺旋管换热器的应用推广提供参考。

  2024年08期 v.52;No.626 31-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1317K]
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• 单座调节阀流场分析及阀芯不平衡力特性研究

  游军;蒋永兵;王伟波;郝娇山;梁华;刘沁林;周忠云;

  为了研究阀芯结构对单座调节阀性能特征的影响，以某蒸汽调节工况用的DN80单座调节阀作为研究对象，建立阀芯头部为凸面和平面的2种结构。在流体流向为低进高出的情况下，通过稳态流场仿真研究了阀芯头部结构对阀门的流量系数的影响，通过瞬态流场仿真研究了实际工况下阀门的流场瞬态特性和阀芯不平衡力特性。结果表明，阀芯头部是凸面还是平面对阀门的流量系数(C_v)和流量特性曲线无影响；2种阀芯结构对阀门内部的流体流动特征影响不大；阀芯受到的压力脉动曲线趋势和压力脉动频谱的趋势与其头部是凸面还是平面无关，但头部为凸面的阀芯压力脉动峰值频率比平面阀芯的压力脉动峰值频率高2～4 Hz；在保证阀芯从阀门全关到全开设计行程的曲面坐标相同时，阀芯头部为凸面还是平面对调节阀的影响不大。研究结果可为用户选择何种阀芯结构提供参考，为阀门的振动特性分析提供支撑。

  2024年08期 v.52;No.626 39-46+99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1942K]
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• 离子液体烷基化用轴流式旋流反应器结构优化

  李发健;毕京贺;朱丽云;王振波;

  为了研究结构参数对离子液体烷基化用旋流反应器分离性能的影响，采用雷诺应力模型和Eulerian多相流模型研究不同结构参数对旋流反应器轻相收率、重相收率及综合效率的影响；同时结合响应面法分析结构参数对反应器分离性能影响的相互作用，确定最优的反应器结构。结果表明：锥段角度z增加，旋流反应器轻重两相分离效率均先增大后减小，在z=5°时，分离效率有最优值；溢流管插入深度l增加，旋流反应器两相分离效率先稳定不变后缓慢下降再趋于稳定，整体变化在10%以内；溢流管直径d对反应器分离效率的影响较小；依据响应面法分析得到结构参数对反应器分离效率的影响显著性顺序为：锥段角度z>溢流管插入深度l>溢流管直径d，同时得到旋流反应器最优结构为：z=5°，l=13 mm，d=13 mm；在该结构参数组合下，旋流反应器综合效率为82.28%，较优化前提高了17.19%。研究结果可为实现两相的充分分离提供更优结构。

  2024年08期 v.52;No.626 47-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1414K]
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• 新型液阻式泵阀冲击特性研究

  莫丽;何任;冯满;刘傲;

  为了降低阀芯与阀座冲击应力减小二者间冲击磨损，提出一种液阻式新型泵阀。采用数值仿真方法对泵阀液阻结构参数进行了优化，并仿真计算了阀芯与阀座的冲击速度和泵阀碰撞冲击的压力接触情况。对比分析了液阻泵阀和传统泵阀的运动特征及冲击应力结果，并搭建试验台架对仿真模型结果进行验证。结果表明，在阀芯下落阶段，带液阻结构的泵阀的回落速度明显小于传统泵阀，传统泵阀阀芯与阀座相接触的速度达到了0.118 m/s，而带液阻结构泵阀的阀芯与阀座相接触的速度仅为传统泵阀的1/6左右，约为0.02 m/s；带液阻结构的泵阀只发生了1次碰撞，而传统泵阀发生了2次碰撞，在碰撞时，带液阻结构的泵阀阀芯与阀座上的最大接触应力约为260 MPa，而传统泵阀第1次碰撞为190 MPa，第2次为270 MPa；液阻式泵阀能明显降低阀芯与阀座相接触的速度，降低冲击应力，从而减小泵阀的冲击磨损。研究结果可为液阻式泵阀的设计和应用提供参考。

  2024年08期 v.52;No.626 54-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 3221K]
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• 基于MOP的低比转速离心泵优化设计研究

  魏杰;邵春雷;龚兴;

  针对传统低比转速离心泵效率偏低的问题，提出一种实现低比转速离心泵快速和智能化优化方法。以IS 80-50-250型低比转速离心泵为研究对象，采用叶轮机械设计软件CFturbo提取叶轮子午流道和叶片型线控制点参数；利用最佳预测元模型(MOP)和梯度算法得到优化后的参数和三维模型；对优化前、后的水力模型进行CFD数值计算，通过试验验证了数值计算的准确性，并分析优化前、后水力模型性能和流态，验证了优化方法的可行性。结果表明：在设计工况下，通过优化方法得到优化泵的效率与数值计算得到的效率高度一致，说明该方法可以实现离心泵的优化设计，优化后泵的效率提升了2.86%，扬程提高了2.08 m，优化效果较为显著，且优化后泵内部流动得到了较为明显的改善。研究结果对提高离心泵的水力性能具有借鉴意义。

  2024年08期 v.52;No.626 61-69+82页 [查看摘要][在线阅读][下载 2278K]
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• 多级无油活塞式压缩机多场耦合特性分析研究

  鲍军;田旭东;李奉誉;方燚;

  为提升无油活塞式压缩机的可靠性，满足轨交车辆对压缩机可靠性要求，通过对新研制的无油活塞式压缩机开展热动力学多场耦合分析研究，明确了吸、排气过程中的压力分布特性、不同曲柄角对应的温度分布特性、压缩机工作过程中的气体速度分布和流量特性，呈现了压力和温度发生较明显变化的区域，展示了气体速度场中的涡流分布情况。结果表明，压力波动主要存在于吸、排气口附近，最大压力约为0.51 MPa，其余部分压力均布；压缩机排气时的内部温度均匀分布，在吸、排气口附近存在最大温度梯度约为50 K；运用分析结果对压缩机的设计、可靠性优化进行理论指导，对试制样机在排气压力在1.1 MPa的工况下进行了1 000 h疲劳试验，试验全程中重点部位的振动峰值为9.2 mm/s、温度峰值为148 ℃，满足了规定工况下保证长时间稳定性能运行的要求。研究结果可为无油活塞式压缩机的优化设计提供参考。

  2024年08期 v.52;No.626 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1927K]
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应用技术

• 螺栓拧紧系数对压缩机气缸变形的影响及测量方法的试验研究

  任丽萍;魏会军;颜伟豪;

  为了改善压缩机的装配工艺，提升压缩机的性能及可靠性，提出了一种可精确获得螺钉拧紧扭矩系数的电测方法，并结合螺钉加载特点对螺钉扭矩系数的测量方法进行了试验研究，试验得到的结果与理论结果的相对误差仅为0.86%。结果表明，该电测方法可以消除温度、弯矩等因素对准确性的影响。建立了在不同螺栓预紧力下计算气缸壁面变形的仿真分析方法，15°，105°，195°，285°共4个测点在3种扭矩(9.5，11.5,13.5 N·m)情况下气缸变形量与试验值的误差均小于10%。研究结果对高性能压缩机的设计具有参考价值。

  2024年08期 v.52;No.626 76-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 1146K]
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• 跨临界CO_2内部过冷增压制冷系统性能评价

  杨俊兰;陈丹丹;殷明;詹宇航;

  为了改善商超用CO_2制冷系统的性能，提出跨临界CO_2内部过冷增压制冷(TCISS)系统，对比了该系统与3种不同CO_2增压制冷循环的性能，并通过已有试验数据对其仿真模拟结果进行了验证。为详细分析该系统的现实应用性能，进一步建立经济性和环保性模型，并与R134a/CO_2复叠制冷(RCOS)系统进行比较，以哈尔滨、北京、南京、广州城市为例，分析2种系统在不同气候区域的性能。结果表明：当高压压力大于10.5 MPa时，环境温度在5～30 ℃范围内，TCISS循环比其他3种CO_2增压制冷循环的COP都要高；TCISS的初始投资成本比RCOS高24.5%，但其年度运行成本更低；TCISS的全生命周期成本(X_(LCC))普遍低于RCOS，并且在哈尔滨的X_(LCC)最小，在广州的X_(LCC)最大。在4个不同的城市中，TCISS系统的SO_2，NO_x，PM_(2.5)，PM_(10)的4项污染物排放指标均低于RCOS，其总等效变暖效应降低了21.2%～23.9%。研究结果可为推动TCISS系统的发展和应用提供理论指导。

  2024年08期 v.52;No.626 83-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 2438K]
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• 煤干馏用多个并联分离器结构优化

  戴航;王兴坤;靳兴行;霍艳飞;吴鹏;

  针对原并联分离器入口管路和升气管出口管路堵塞等问题，研究了煤干馏过程中并联旋风分离器入口管路、升气管出口管路结构型式对管路内流体的影响，对结构进行了优化，并与原结构进行了对比。结果表明：通过在入口管路增大弯头角度以及减少弯头个数，能有效降低管路整体压降，相比原管路结构，优化后管路压降下降约为75%；采用三通管可防止弯头外壁侧气速较低，避免颗粒在低速区沉积并发生堵塞；采用切入式升气管可有效改善排气管内由于旋流导致的低速区以及不稳定流动问题，能够避免颗粒堆积；通过延长盲端管路高度可有效减少涡流对分离器流场的影响，综合流场以及压降分析，升气管的盲端高度为700 mm时最为适合。工业上整体系统运行周期从3个月延长至6个月以上，相比原结构，压降降低约48%。研究可为并联旋风分离器在工程上的设计和应用提供指导。

  2024年08期 v.52;No.626 92-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1841K]
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• 核电厂温排水余热利用与集中供热供冷研究

  徐火根;罗威;

  针对核电厂的温排水直接排放造成热岛和能源浪费等问题，提出一种利用海水源热泵机组吸收核电温排水余热来制55 ℃热水的系统，同时利用该热泵机组吸收核电厂取用的冷海水制6 ℃的冷水或厂外冷水机组制冷水，详细介绍了利用该系统来制热水和冷水并进行集中供热、供冷的方案，并对其经济环保效应进行了分析。结果表明，该余热利用系统可实现核电厂区、生活区等多区域的集中供暖、供冷和卫生热水“三联供”服务；该余热利用方法的节能效果比传统空调和电热水器分别高39%和55%，且核电厂外用户区的经济性距离约为8 km；温排水余热利用必须统筹考虑供热、供冷及供卫生热水，供热与供冷的经济性贡献接近一半。研究结果可为核电余热利用提供重要参考。

  2024年08期 v.52;No.626 100-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 758K]
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