试验研究

• -86℃超低温医疗冷柜碳氢混合工质替代试验研究

  刘嘉瑞;鱼剑琳;晏刚;

  针对-86 ℃超低温医疗冷柜存在系统能耗高及常用低温制冷剂全球变暖潜能值高的问题，以采用混合工质一次节流制冷系统的568 L冷柜作为研究对象，试验研究了2种三元碳氢混合制冷剂(R600a/R170/R1150和R601a/R290/R1150)作为现有含氟化物混合制冷剂(R600a/R23/R14/R50)的替代品的可行性。分析了在不更改系统部件的情况下，2种碳氢混合物的制冷性能；对R601a/R290/R1150进行了毛细管、压缩机及充注量的调整，旨在降低制冷温度、压缩机排气温度和系统能耗。结果表明，在未更改系统部件的情况下，R600a/R170/R1150只能实现-60 ℃左右的制冷温度，而R601a/R290/R1150可以达到-70 ℃左右；减小毛细管内径及更换适用于R290的压缩机后，R601a/R290/R1150成功实现了-87.3 ℃的制冷温度，且与R600a/R23/R14/R50相比，最高排气温度和耗电量分别降低了11.4 ℃和32.9%，但降温至-81 ℃所需时间从246 min延长至404 min；通过进一步增大压缩机转速及制冷剂充注量，降温时间缩短至298 min，此时耗电量与R600a/R23/R14/R50相比降低了28.9%。R601a/R290/R1150不仅能够实现-86 ℃以下的制冷温度，而且在降低能耗、减少环境影响方面具有显著优势，是一种适用于-86 ℃超低温冷柜产品的性能优越的环保制冷剂替代品。

  2025年01期 v.53;No.631 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1141K]
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• 中间介质汽化器超临界传热试验技术研究

  周兵;陈永东;王严冬;倪利刚;

  针对中间介质汽化器(IFV)热力设计方法验证支撑不足和IFV传热试验技术研究不充分的现状，试制了具有完整结构的IFV测试样机，开发出IFV超临界汽化传热性能测试系统，并以液氮为工作介质，开展实验室条件下IFV超临界传热与流动性能试验。结果表明：试验系统气相温度测点均方根偏差在1 ℃范围，液相测点均方根偏差在0.1 ℃范围，系统测点温度均匀性良好；冷热两侧工作介质热平衡误差在5%范围内，试验样机和测试系统设计合理；针对IFV沸腾传热，在小壁温过热度条件下，采用Cooper准则式较为冒进，试验条件下推荐使用Mostinsk准则式，并按10%余量进行设计，经修正的传热系数计算值和试验测算值误差小于5%；试验条件下，冷凝平均换热系数实测值较基于分段计算的计算值低20%左右；同时，分析了中间介质冷凝削弱的原因，从结构、传热设计及调试安装等方面提出改进建议。研究结果可为IFV超临界传热设计提供试验和验证技术支撑，为IFV产品工程设计提供参考。

  2025年01期 v.53;No.631 10-16+24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1018K]
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• 新型机柜半导体空调制冷性能试验研究

  刘丽君;盛健;张华;许贯禄;

  为了实现对机柜温度的精确控制，设计了一种电器柜集成半导体空调，采用标定型房间量热计法，通过试验研究了输入电流(6～11 A)、环境温度(26～35 ℃)、箱内外温差(0～40 ℃)、热端风量等参数对机柜半导体空调制冷性能的影响。结果表明：在环境温度26 ℃，箱内外温差20 ℃时，半导体空调最佳工作电流为8 A(36 V)，此时制冷量最大(213 W)；当电流为8 A(36 V)时，随着环境温度(20～35 ℃)升高，制冷量提高了13.9%，COP提高了11.9%；随着箱内外温差(0～40 ℃)增大，制冷量和COP均显著增大(108～340 W，0.38～1.21)，热交换量的提高是制冷量上升的主要原因；热端风扇的风量从108.6 m~3/h升高至156 m~3/h时，制冷量提高了4.02%，COP提高了1.50%。研究结果可为机柜半导体空调设计优化提供参考。

  2025年01期 v.53;No.631 17-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1155K]
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设计计算

• 内设回流槽的罗茨真空泵流动特性研究

  刘建停;李杨;李晓配;李海强;

  针对罗茨真空泵因排气脉动引起的气体动力性噪声问题，设计等深矩形、渐扩矩形、等深弧形、渐扩弧形4种不同结构的回流槽模型，运用RNG k-ε湍流模型和动网格技术分析回流槽结构对排气压力、流量及内部流场的影响，并通过试验对模型进行验证。研究结果表明，回流槽结构可提高泵腔内基元容积的压力，有效抑制出口处高压气体返流，改善排气侧压力和流量波动，但同时会引起进口流量减小；当入口压力为30～76 kPa时，与其他3种回流槽相比，等深矩形回流槽的排气压力和流量的波动幅度最小，分别为1.31～6.97 kPa和0.39～1.48 m~3/s。研究结果可为罗茨真空泵降噪的结构设计优化提供理论依据。

  2025年01期 v.53;No.631 25-32+40页 [查看摘要][在线阅读][下载 2385K]
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• 摆盘压缩机气缸分布圆半径优化设计

  王强;李鹏飞;杜鑫;王素金;高秀峰;李云;

  为了改善无油润滑摆盘压缩机的活塞环偏磨现象，针对两类典型防自转结构下的摆盘压缩机，构建摆盘处球铰及连杆的运动模型，并以周期运动内连杆平均倾角最小为优化目标，提出基于遗传算法的气缸分布圆半径优化设计方法。研究表明，在锥齿轮防自转结构下，各相位气缸对应的最优分布圆半径相同；在滚子直导槽防自转结构下，各相位气缸对应的最优分布圆半径不同，但可采用均值作为统一的分布圆半径，对各相位连杆平均倾角的影响很小，低于5‰；当摆盘倾角在25°以内时，在两类防自转结构下摆盘压缩机的最优气缸分布圆半径设计值几乎相同。将本优化设计方法应用于多种现有摆盘机构，连杆平均倾角降低约为21.4%～28.6%，活塞侧向力峰值降低约为19.5%～49.6%。本优化设计方法可有效改善活塞环偏磨现象。

  2025年01期 v.53;No.631 33-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1900K]
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• 扩张间隙分布对压气机性能及流场结构的作用机理研究

  吴永惠;张成烽;丁冠东;

  为了探究非平行式转子叶尖间隙结构对压气机性能的影响，首先研究不同转子叶尖间隙值对压气机性能及流场结构的影响，得到较优间隙值，然后在设计间隙值和较优间隙值的基础上进行改型，提出3种扩张间隙分布方案，以及扩张间隙分布对压气机性能及流场结构的作用机理。结果表明，当转子叶尖间隙为0.5τ时，压气机的稳定裕度改进量较大，在近失速点压气机性能较优越，近失速点的流场结构相对较好，故0.5τ方案(P2)为较优间隙值；若将平行间隙分布P2改为扩张间隙分布D1，D2和D3方案后，转子压力面附近低能流体涡团得到抑制，吸力面尾缘附近低速区也得到了进一步吹除，径向潜流所带来的负面影响被进一步削弱；相比P2方案，D1，D2和D3方案在98%叶高处的增压比分别提高了1.6%，1.9%和2.4%，流量拓宽比分别增加了3.18%，8.56%和6.20%，稳定裕度改进量分别提高了0.59%，1.45%，1.55%，峰值效率改进量基本相差不大。研究结果可为叶尖间隙的优化改进提供理论依据。

  2025年01期 v.53;No.631 41-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 3243K]
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• 离心风机蜗壳型线改进设计

  周浩;张世毛;任明琪;夏齐;黄克涛;张慢来;

  针对传统设计的蜗壳型线未能完全包围叶轮的问题，探讨了型线不完整度对风机性能的影响，并提出了一种新的型线设计方法。该方法以蜗舌为起点，围绕叶轮设计完整一周的阿基米德螺线，确保蜗壳内的气流均匀且充分发展。建立了CFD模拟模型，确定了包角变化对风机流场、效率及噪声特性的影响。结果表明，包角为360°的风机性能相对最优，在包角从传统设计的315°逐渐增大至改进设计方法后的360°过程中，离心风机的效率得到显著提高，工作噪声明显降低，在出口背压2 000 Pa的设计工况下，全压效率提高了7.67%，噪声降低了3.89 dB。这种通过使蜗壳型线完整地包围叶轮一周，实现了包角为360°的新蜗壳型线设计方法，可显著提升风机工作性能，对风机设计具有重要指导价值。

  2025年01期 v.53;No.631 51-58+67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2013K]
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• 非对称腔微型无油涡旋空压机性能研究

  张羽丰;王宇轩;赵远扬;李连生;何鸿斌;

  针对非对称腔微型无油涡旋空气压缩机排气损失较为严重的问题，给出了根据2个工作腔的内容积比设计排气孔的方法。利用CFD仿真方法，分析了不同间隙和海拔高度下非对称腔涡旋压缩机内部流场特性和性能变化规律，并进行了试验验证。结果表明：新设计的排气孔能够减少17.85%的过压缩量，减少了排气损失；当径向间隙从10 μm增大到30 μm时，压缩机容积效率从89.68%下降到16.02%，等熵效率从78.69%降低到32.84%；对流量、功率等主要性能参数进行试验，得到试验质量流量与模拟结果的最大误差为9.09%，功率在排气压力为0.26 MPa时的最大误差为8.90%。相关结果对于降低非对称腔涡旋压缩机的排气损失有参考意义。

  2025年01期 v.53;No.631 59-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1759K]
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• 弯管内部流场及减阻优化研究

  王捷;宋翀芳;潘武轩;闫亚婧;赵可;

  为了给管道的布置和优化运行提供理论指导，降低建筑运行能耗，通过试验和数值模拟相结合的方法，比较了在不同管径和速度下弯管局部阻力系数、流体运动状态以及黏性耗散的变化，并利用沟槽法对弯管进行构件优化。结果表明：随着管径增大，形变构件对弯管内流体的影响逐渐减小，转折段和下游直管段内低速区面积逐步减小。当入口速度为1.1 m/s时，不同管径弯管的局部阻力系数未完全按照已有的幂函数规律变化，DN40～DN65弯管的局部阻力系数大小近似相等，DN100～DN125局部阻力系数也大致相等，这与其内部流体运动状态和受力有关。利用上述理论研究进行构件优化，在质壁分离区域加入沟槽，可减少弯管局部阻力损失，同时缩减低速区域范围，减小机械能消耗。加入沟槽后的弯管，在较小的入口流速v=0.5 m/s处局部阻力的优化最为明显，局部阻力降低了63.96%。研究结果可为工程中弯管的设计布置以及结构优化提供参考。

  2025年01期 v.53;No.631 68-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2046K]
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技术进展

• 发动机燃油泵空化研究进展

  王永康;陈文刚;王海军;Dongyang LI;王文;

  发动机燃油泵的空化对发动机的使用安全和寿命有着重大影响，通过综合国内外对于发动机燃油泵内空化研究成果的概述，系统地归纳总结了空化在燃油泵中形成的原因、影响因素、研究方法以及发展现状等，指出了影响流体机械内空化产生与发展的两大因素，即发生空化作用物体的几何形态以及物理因素(如压力、温度等)。对研究与观察燃油泵空化现象的方法进行了整理与划分，并给出了研究流体机械内空化现象以及降低空化影响的新方案，为发动机燃油泵的优化提供了方向。

  2025年01期 v.53;No.631 76-84+96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1131K]
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• 冷冻空调设备生命周期碳排放评价方法

  张秀平;屈博艺;吴俊峰;胡一清;周全;葛坦;宋哲;

  我国冷冻空调设备碳排放评价、认证认可技术方面的研究基础较薄弱，为了给研究冷冻空调设备生命周期碳排放评价方法提供思路，本文对国内外碳排放计算及评价的相关标准和文献进行了详细综述和分析。结果表明，对于冷冻空调设备，国内外缺失碳排放核算的技术标准，需针对冷冻空调设备的特点，制定其生命周期的碳排放计算方法；不同产品的生命周期各阶段碳排放核算方法具有一定的相似性，但又具有一定的差异性，需根据数据的可获得性和方法的可操作性来确定；建立通用的生命周期碳排放评价方法是必要的，随着新材料新技术应用，以及产品能效提升和地区能效差异，技术评价方法需具有包容性和开放性。研究结果可为我国制定冷冻空调设备的碳排放计算方法提供参考。

  2025年01期 v.53;No.631 85-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 879K]
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应用技术

• 封闭式涡旋压缩机噪声特性仿真与声源定位研究

  张文卓;曲政;刘玉环;杨春立;王珍;

  针对封闭式压缩机内部结构复杂、零部件较多，难以实现对共振部件的精准定位与识别，限制了涡旋压缩机振动与噪声性能的高效优化与控制等问题，为了实现对压缩机噪声源的快速识别，提出了涡旋压缩机声振耦合仿真分析方法。通过有限元仿真技术模拟压缩机转子系统工作过程，获得上、下支撑反力。将其加载于壳体内部，计算得到壳体表面振动特性。采用LMS.Virtual.Lab软件进行声学仿真，明确压缩机壳体表面辐射的噪声特性，再通过试验测试得到压缩机噪声频谱。结果表明，压缩机实测噪声频谱与仿真结果吻合较好，压缩机声压级为75.2 dB(A)，与仿真结果误差仅约2.4 dB(A)；824 Hz与1 940 Hz为压缩机主要噪声源，分别对应动涡旋和定子壳部件；声源识别系统测试得到的压缩机主要声源位置也与仿真结果相一致。研究结果可为封闭式涡旋压缩机噪声源定位与优化提供理论依据及技术参考。

  2025年01期 v.53;No.631 97-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1534K]
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• 最优预测元模型在小型离心式鼓风机性能优化中的应用

  李科钦;周忠宁;李意民;纪子宁;周志恒;包昊森;

  针对传统的叶片气动设计方法存在依赖于设计者的经验、研发周期长、设计精度难以保证等问题，将最优预测元模型优化方法应用到离心鼓风机叶轮优化中。通过将某小型离心式鼓风机进行参数化造型，使用高级拉丁超立方(ALHS)方法对叶片子午面、进、出口安放角、叶片流面扭转角3个部分的36个参数采样并进行数值模拟计算，构建了200组鼓风机性能数据；在此基础上，采用最优预测元模型(MOP)筛选出了对鼓风机性能影响最大的9个参数，并以最大等熵效率为目标，进、出口压差为约束条件，运用进化算法(EA)对9个参数进行迭代计算，得到了性能最优的鼓风机参数，对优化前、后的鼓风机流场进行了对比分析。结果表明，优化后的鼓风机抑制了叶顶泄漏流，叶顶泄漏流量相较于原模型减少了10%；在叶轮中段(55%子午流线位置处)流体沿叶高优化前、后的最大速度由101.66 m/s减少到82.06 m/s，速度变化?V由53.52 m/s减少到40.74 m/s，流动损失降低；叶轮出口的最大压力也从115.37 kPa增加到116.19 kPa；最优预测元模型能够过滤掉优化过程中不重要的输入参数，从而减少优化成本与时间，研究结果可为离心式鼓风机的优化设计提供参考。

  2025年01期 v.53;No.631 105-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1354K]
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• 汽轮机推力轴承浮动挡油环碰磨原因分析及处理措施

  彭兴华;

  为解决汽轮机浮动挡油环与转子碰磨引起的汽轮机振动超标的问题，对浮动挡油环工作原理、工作特性、工作受力和泄漏量等进行了分析，研究发现，进油端浮动挡油环与轴的配合间隙设置合理，能够自由浮动，不存在卡涩和碰磨；但出油端浮动挡油环与轴的上部装配间隙偏小，且防转调节压板与瓦套凹槽上部和侧面间隙设置偏小，运转中挡油环被瓦套夹紧在转轴上，不能自由浮动，碰磨造成汽轮机转子振动偏高。经过对出油端挡油环配合间隙的调整，将防转调节压板与瓦套凹槽的上部、侧面间隙从0.10 mm调整为0.30 mm，将浮动挡油环提起来，保持挡油环底部与轴接触，装配间隙控制在0～0.05 mm，挡油环顶部与轴的间隙控制在0.55～0.76 mm，同时，保证挡油环与轴的垂直度、与各端面的平面度不超过0.03 mm。通过挡油环与轴、各端面配合间隙的调整和装配，实现了挡油环的自由浮动，彻底解决了浮动挡油环碰磨和汽轮机轴瓦振动高的问题。研究结果可为浮动挡油环的设计和应用提供参考。

  2025年01期 v.53;No.631 113-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1186K]
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