2017年, 第45卷, 第10期　
刊出日期：2020-02-19

  

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试验研究
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  多翼离心风机数值模拟中湍流模型的适用性研究

  杨伟刚, 蒋博彦, 赵康发, 王军, 李斌

  流体机械. 2017, 45(10): 1-6,24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.001

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  在FLUENT 15.0软件中分别采用Spalart-Allmaras、Realizable κ-ε和SST κ-ω 3种湍流模型对多翼离心风机的气动性能及内流场进行稳态计算，并将数值计算结果与PIV试验所得数据进行对比分析。结果表明：在大流量Q>0.6 Q_BEP工况下，3种湍流模型的性能预测均较为准确，其中SST κ-ω模型预测精度最高，Spalart-Allmaras次之；在流量Q<0.6 Q_BEP工况下，3种湍流模型的性能预测均存在较大偏差。内部流动模拟方面，在最高效率点Q_BEP，SST κ-ω模型能较好捕捉旋涡位置和速度梯度，其它2种模型表现相当。
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  不同转速下液体透平的性能研究

  苗森春, 杨军虎, 王晓晖, 史广泰

  流体机械. 2017, 45(10): 7-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.002

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  为了明确转速对离心泵作液力透平的性能影响，本文基于Navier-Stokes方程和标准的湍流模型，采用SIMPLE算法，应用商业软件ANSYS-FLUENT对转速分别为750，1000，1500，2000和2900 r/min下的液力透平进行了数值模拟，得到了不同转速下液力透平的外特性曲线。结果表明：对于所研究模型而言，随着转速的不断增大，液力透平最优效率点的效率呈增大趋势，但增加梯度相对较小；最优效率点的流量与转速呈线性增加的趋势；扬程与功率均随着转速的增加而增大，其中扬程在小流量工况时增加梯度较大，而在大流量工况时增加的梯度相对较小；功率的变化规律恰好与扬程变化规律相反，即功率随着转速的增大在小流量工况时增大梯度较小，而在大流量工况时急剧上升。另外，根据不同转速下液力透平的性能特点得出：在小流量工况时，降速对提高液力透平的效率有显著作用，与之对应，在大流量工况运行时，增加转速也可以提高液力透平的能量回收能力，但前提是需要保证结构强度满足要求。总之，该研究结果可对液力透平的经济运行提供部分参考。
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  高频脉冲射流激励器设计与动态特性试验

  李佳威, 李明震, 赵超, 伍耐明

  流体机械. 2017, 45(10): 12-17,57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.003

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  基于S形进气道流动分离特征设计了一种用于进气道主动流动控制的高性能锥管式脉冲射流激励器。对脉冲射流激励器进行了性能试验研究，得到了不同进气总压、射流频率以及射流喷孔位置等多种控制参数下的激励器性能。结果表明锥管式脉冲射流激励器能产生具有明显正弦特性的高频脉冲射流，改变进气压力可有效调节射流速度，调节电机转速可实现脉冲频率倍增，试验中最高脉冲频率达到了800 Hz，且射流速度和频率控制精确、稳定。
设计计算
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  基于圆渐开线涡旋膨胀机几何模型的研究

  彭斌, 李要红, 赵生显, 朱永军, 张朋成

  流体机械. 2017, 45(10): 18-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.004

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  以圆渐开线等截面涡旋型线为基础，对涡旋膨胀机的几何模型进行了探讨。从圆渐开线几何学出发，对涡旋齿齿头修正进行了论述，并以双圆弧加直线修正为例，用解析法得到修正后齿头面积变化。通过积分法对涡旋膨胀机各腔容积进行了模拟计算，得出工作腔容积以及容积变化率随主轴转角的变化规律。将修正与未修正型线构成的涡旋膨胀机吸气腔容积做对比分析，得出齿头的修正对工作腔容积的影响较小，但其刚度明显增大。最后，对涡旋膨胀机的泄漏进行了分析并计算出径向泄漏线长度，为涡旋膨胀机的热力学研究奠定了良好的基础。
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  高流速高含固条件下高压差调节阀冲刷腐蚀规律

  郑涵文, 严燕辉, 赵建平

  流体机械. 2017, 45(10): 25-30,71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.005

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  为研究煤液化单元中典型装置——高压差调节阀的冲刷腐蚀现象，采用CFD模拟技术，基于离散相模型（DPM）、RNG k-ε湍流模型和磨损模型，对调节阀展开流场特性和磨蚀计算。讨论了阀门开度、结构、介质特性、工况条件对调节阀磨损的影响，结果表明磨损主要发生于阀芯与阀座之间的区域，该处的固相浓度高，流速大是造成磨损主要原因。计算结果与生产现场现象一致，说明模拟分析具有可行性与准确性。
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  旋涡泵压力脉动特性的研究

  俞健, 秦子明, 方超, 蔡标华, 张露, 吴大转

  流体机械. 2017, 45(10): 31-36,63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.006

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  旋涡泵作为低比转速泵越来越多地应用于船舶、航天航空和化工等领域。但是旋涡泵内部的流体压力脉动会引起泵和装置的振动噪声问题，成为高性能旋涡泵设计应用过程亟待解决的问题。本文通过数值模拟和试验分析相结合的方法分析一台旋涡泵的压力脉动特性，并探讨通过非等距叶片分布方式以降低压力脉动的方法。结果表明：叶片均布条件下，叶频是压力脉动的主要频率，且在阻隔面附近叶频的幅值最大。与均布叶片旋涡泵相比，非等距分布叶片旋涡泵在不影响其性能的同时能够显著降低在叶频处的脉动峰值，但在叶频两侧产生了附加的频率，而振动总级有明显的下降。该研究为减小旋涡泵的压力脉动和泵体振动提供了一个可行方案，对含旋涡泵系统的减振降噪具有参考意义。
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  埋地大口径蝶阀基于刚度、密封性能的最大弯曲载荷研究

  张继伟, 雷艳, 王剑, 黄健, 靳淑军, 彭林, 范宜霖

  流体机械. 2017, 45(10): 37-41,11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.007

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  基于API 6D对管线阀门因弯曲载荷破坏时应具有足够结构强度、刚度及密封性的高要求，采用有限元法对DN2800埋地大口径蝶阀进行刚度、密封性能分析；建立蝶阀抗弯模型，对DN2800蝶阀及系列产品最大弯曲载荷进行研究。结果表明：（1）长期承受附加载荷的DN2800蝶阀密封失效先于刚度失效，所能承受的最大弯曲载荷为密封有效临界弯曲载荷；（2） DN>1000 mm系列大口径蝶阀壁厚t、公称直径d与抗弯刚度K、刚度有效临界弯曲载荷M₁、密封有效临界弯曲载荷M₂间呈二次函数关系，且可承受最大弯曲载荷为M₂。研究方法和结论对埋地大口径蝶阀承受最大弯曲载荷的研究提供了参考依据。
应用技术
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  基于离散相运移轨迹的新型旋流入口结构设计

  蒋明虎, 邢雷, 张勇

  流体机械. 2017, 45(10): 42-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.008

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  以常规双锥液-液分离水力旋流器的切向双入口结构为研究对象，利用计算流体动力学（CFD）方法，基于离散相模型（DPM），对离散相油滴在旋流入口处的不同入射位置点的运移轨迹进行分析。研究入射位置与油滴运移轨迹之间的规律，并依此对旋流入口进行分区。得出了常规双锥结构旋流器的双切向入口截面不同区域对油滴运移轨迹的影响规律。完成了决定离散相油滴被溢流捕获还是由底流逃逸的入口区域划分。并设计出一种可提高目标结构旋流器分离效率的新型入口结构。通过开展室内试验，对本文所设计新型入口结构进行了性能验证。
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  介电弹性体无阀微泵设计

  陈洁, 郑国华, 崔春华, 马小晶

  流体机械. 2017, 45(10): 47-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.009

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  无阀微泵原理新颖，但压电式无阀微泵工艺复杂。介电弹性体是具有大变形的智能材料，采用图像处理的方法对其变形特性做了测试，并利用其特殊性能研制了介电弹性体无阀微泵。从流道设计、尺寸、流量和效率3个方面研究了介电弹性体无阀微泵，得到流量为142.12 mL/min，效率为0.738的介电弹性体无阀微泵。其特点是原理新颖、结构简单、流量和效率理想。
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  海上平台注水泵技术探究

  张文杰, 魏玉莲

  流体机械. 2017, 45(10): 51-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.010

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  油田注水系统是油田能耗大户，是油田投资的主要领域之一，因此开发高效注水设备，提高现有注水系统运行效率，对于降低油田生产成本具有重要意义。本文主要以油田注水系统的关键设备——注水泵为例，从高效节能、先进的加工工艺、合理稳定的结构和完善的控制系统等方面对其进行分析研究，结果表明该注水泵能确保油田注水系统的低成本和安全稳定运行。
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  缠绕式垫片的制造质量问题和失效案例分析

  孔建, 何松, 詹玲

  流体机械. 2017, 45(10): 54-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.011

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  根据多年来对缠绕式垫片产品的监督抽查检测情况，总结出产品在加工制造中经常出现的钢带冒出、皱褶、压痕、伤痕与划痕、内圈钢带绕圈过多等质量问题；列举了缠绕式垫片的典型失效案例，如翘曲、滑移剪切，并进行了相应的失效案例分析，提出了预防措施；并对产品的制造应用提出了希望和建议。
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  混流式核主泵内部复杂流动结构分析

  王俊, 张永超, 王达, 倪丹, 高波

  流体机械. 2017, 45(10): 58-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.010.012

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  以混流式核主泵水力模型为研究对象，基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNG k-ε湍流模型，采用流体计算软件ANSYS-Fluent对不同工况下的混流式核主泵水力模型的三维湍流流场进行数值模拟。通过分析不同特征面上的流动状态，构建该泵内的典型时均流谱，为性能优化及内部流动控制提供参考。计算结果表明：高涡量区域主要分布在固体壁面、径向导叶流道以及球型压水室内出液管附近；靠近出液管附近存在旋涡，导致流动损失增加，但随着流量减小，此处的流动情况趋于稳定，旋涡减弱甚至消失；靠近球型压水室出液管段的旋涡及其相近的径向导叶流道内的复杂流动情况与球型压水室出液管的位置有一定关系，因此减小出液管附近的流动损失，对实现混流式核主泵流动控制具有重要意义。
制冷空调
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  不同供水温度下地源热泵群孔换热性能的试验研究

  李雷雷, 寇利, 王小清, 王其昌

  流体机械. 2017, 45(10): 64-67,82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.010.013

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  对夏季地源热泵单、双U地埋管形式的群孔换热性能进行试验研究。试验结果表明，地埋管与土壤间的换热功率呈对数函数形式变化；在群孔循环总流量为8 m³/h，不同供水温度条件下，供水温度每增加1℃，单U换热功率平均增加2.47 kW，双U换热功率平均增加3.06 kW；定量分析表明，连续换热20 h后的换热功率值可作为群孔实际换热能力值，并给出换热20 h时的不同工况下的换热功率值，可为地源热泵地埋管系统的工程设计提供参考依据。
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  国内复合辐射供冷空调系统研究现状

  康智强, 彭馨莹, 程小聪, 冯国会

  流体机械. 2017, 45(10): 68-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.014

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  介绍了辐射供冷的原理及其常用的3种送风方式的优缺点，综述了地板送风与地板辐射供冷空调系统、置换通风与顶板或地板辐射供冷空调系统、贴附射流作用下顶板辐射供冷加置换通风空调系统3种复合辐射供冷空调系统解决结露问题的研究进展，对比分析了采用3种复合辐射供冷空调系统房间内的热舒适性研究成果。结果表明，这3种复合辐射供冷空调系统均能有效减轻结露现象，其中贴附射流作用下顶板辐射供冷加置换通风空调系统防止结露效果最显著。置换通风的特性决定了置换通风与地板辐射供冷空调系统在维持良好的室内空气品质和室内热舒适环境方面优于地板送风与地板辐射供冷空调系统。
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  岗亭用蒸发冷却空调的开发及应用研究

  严政, 黄翔, 鞠昊宏, 黄华铃, 胡嘉麟

  流体机械. 2017, 45(10): 72-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.015

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  通过对国内首个实际应用的岗亭用蒸发冷却空调样机的开发及应用做了简要介绍，并对其进行了相关测试，测试结果显示其样机的温降范围为5.2~11.6℃，样机的温降效果明显，能够满足在岗交警对于降温的实际需求。样机在高、中、低档位运行时的耗水量分别为4.2，3.3和2.6 kg/h。针对测试过程中发现的问题以及在岗交警实际使用的感受，对岗亭用蒸发冷却空调做了相应的改进，并对改进后所采用的球形喷口进行了相关试验。
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  空气源热泵热水器性能测试及运行评价研究

  王宇, 由世俊, 孙颖楷, 李志强

  流体机械. 2017, 45(10): 77-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.016

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  环境及水箱温度是影响空气源热泵热水器运行性能的重要因素，借助焓差试验台测试了5个不同环境温度条件下热水器的非用水及用水过程的能效系数。结果表明，在20℃以上环境中，保证45℃供水时，热水器COP均为3以上，尤其在30℃以上环境中，提供50℃用水时COP达到4以上；在2℃及以下环境中，保证40℃用水时COP维持在2左右。按照标准年日平均温度分布划分5个温度区间，分别以已经测试的5个工况中用水加热阶段的能效表征每个温度区间的运行性能，给定日用水制热量，考虑寒冷程度对用水频率的影响，评价了寒冷地区、夏热冬冷地区及夏热冬暖地区的全年运行综合能效，结果表明：夏热冬暖地区空气源热泵热水器最具适用性，寒冷地区也具有推广使用的潜力。
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  两种CO₂复叠式制冷系统的性能分析

  杨俊兰, 李久东, 唐嘉宝

  流体机械. 2017, 45(10): 83-85,50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.10.017

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  为了提高复叠式制冷系统的性能，有必要对不同的复叠式制冷循环进行对比分析。本文建立了2种分别采用R290/CO₂与R404A/CO₂工质的复叠式制冷循环的计算模型，并进行理论模拟计算与对比分析。结果表明，R290/CO₂复叠式制冷循环的COP比R404A/CO₂循环高；而且2种制冷循环中，都存在最佳低温循环冷凝温度，使得系统COP取得最大值。应尽量增大蒸发温度、减小冷凝温度以及降低冷凝蒸发器传热温差，这也有利于循环的安全运行。总之，R290/CO₂复叠式制冷循环的综合性能更优，在环境保护、节约能源方面具有较好的发展前景。