2017年, 第45卷, 第3期　
刊出日期：2020-03-14

  

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试验研究
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  双排料型旋流器数值模拟和试验研究

  刘培坤, 周振, 张悦刊, 杨兴华, 倪芬

  流体机械. 2017, 45(3): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.001

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  提出并设计了一种φ50mm双排料型旋流器，旨在解决传统旋流器底流夹细问题。利用流体分析软件FLUENT对单排料型和双排料型旋流器内部颗粒分布进行了数值模拟，并进行了对比试验研究。模拟分析发现双排料型旋流器在靠近底流口处，细颗粒体积分数明显降低，经底流口排出的细颗粒减少，有效降低了旋流器底流中细颗粒含量。采用石英砂进行实验室试验，结果表明φ50mm双排料型较单排料旋流器底流中-5μm颗粒含量降低了55.7%，陡度指数提高了64.7%，底流夹细明显降低，分离精度得到提高。
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  全无油往复压缩机用碳纤维增强聚四氟乙烯密封材料的性能研究

  杨家义, 杨博峰, 李香, 沈宗沼, 刘杰, 鲍军

  流体机械. 2017, 45(3): 6-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.002

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  随着全无油往复压缩机排气压力的不断升高，普通配方增强聚四氟乙烯密封材料无法满足使用寿命要求。碳纤维增强聚四氟乙烯密封材料具有更加优异的耐磨性、自润滑性和力学性能。本文选用不同类型的直线型碳纤维采用模压法制备了碳纤维增强聚四氟乙烯密封材料，并对其断面形态、表面硬度、弯曲性能、摩擦磨损性能等进行了测试研究，结果表明：采用高强度、低颗粒度含量的CF-1碳纤维制得的1^#密封材料具有最佳的综合力学性能；采用低强度、低长径比的CF-3碳纤维制得的3^#密封材料具有最高的表面硬度和弯曲强度。
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  某型汽车水泵流体动力学仿真与试验

  石广丰, 邢云飞, 沈栋平

  流体机械. 2017, 45(3): 11-14,20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.003

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  水泵工作过程中内部循环水的流体动力学特性对水泵性能产生重要影响，通过水泵流体动力学仿真分析可以预先为水泵定型投产后的性能研究提供依据。本文采用流体动力学仿真软件对某型汽车水泵进行了流体动力学有限元建模分析，并针对不同转速和流量工况条件开展了相关仿真模拟、计算对比和试验研究。既验证了水泵流体动力学仿真模型及内部流体运动规律分析的有效性，又获得了该水泵的理论扬程、轴功率和总效率等数值，总结了相关影响规律，为该汽车水泵的设计、性能预测和制造提供了理论依据。
设计计算
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  柔性极靴磁脂密封温度场和传热性能的研究

  李子贤, 张东胜, 张禹, 李双喜

  流体机械. 2017, 45(3): 15-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.004

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  针对现有磁脂密封密封能力有限、运行时极靴易与转轴发生刚性磕碰；而刷式密封摩擦生热较大、不能实现零泄漏等问题，综合磁脂密封与刷式密封的特点，提出了新型柔性极靴磁脂密封。利用GAMBIT和FLUENT软件建立柔性极靴磁脂密封的数值分析模型，对比分析了柔性极靴磁脂密封理论上的温度场分布以及磁脂温升规律等传热特性。结果表明：密封的接触线速度、柔性丝的直径、排列倾角和安装过盈量都会对磁脂温度变化产生一定的影响；排列倾角和安装过盈量对磁脂温升的影响有限。由于涂层厚度过小，改变涂层材料，对磁脂温度的影响较小。此外，建立了柔性极靴磁脂密封试验系统，验证了随着转轴转速的增加，柔性极靴密封功耗和磁脂温度会有明显的上升。
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  碟式离心机内流场及固液两相分离过程的研究

  范凤山, 袁惠新, 付双成

  流体机械. 2017, 45(3): 21-25,80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.005

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  以碟式离心机为研究对象，建立了其转鼓内20层碟片间隙以及沉渣区域的三维物理模型，用流体分析软件FLUENT对转鼓内固液两相分离过程进行了数值模拟，并进行了分离效果的试验验证。结果显示，周向速度上，固液两相速度基本相同，在碟片间隙液体相对碟片滞后小，转鼓沉渣区域液体运动相对转鼓滞后较大，且滞后程度随转鼓转速的增加而增加；固液两相在径向上存在速度差；模拟得到的转鼓内最大离心液压比理论计算得到的结果小；碟片进料颗粒浓度逐层降低，碟片排液口浓度也逐层减小；在碟片进料孔附近会出现进料分布不均的现象；两相分离效率随着转鼓转速增加而提高；试验测得的分离效果与模拟结果较为吻合。研究结果对碟式离心机转鼓的有限元分析以及分离过程的优化具有指导意义。
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  轴流压气机转子端壁造型多目标优化的数值研究

  高翔, 晁晓亮, 贾一哲

  流体机械. 2017, 45(3): 26-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.006

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  针对NASA跨音速转子67，建立了可靠的数值计算模型，对3种不同的目标函数开展了非轴对称端壁造型的优化工作。3种优化方案均使得转子性能得到了不同程度改善，效率提升最大为0.41%。优化结果表明，由于相同流量的约束，转子通道中流量分布沿径向发生了改变，对于近轮毂的端壁区域来说，造型后静压梯度的方向对流场具有重要影响。不同造型结果中叶片尾缘三维角区分离的位置与范围也有所不同，当三维角区分离后移且沿径向发生迁移时，会使得效率得到的增益明显降低。
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  细小直角弯管流道的压力损失及迪恩涡特性

  汪建兴, 王海民, 饶玲

  流体机械. 2017, 45(3): 33-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.007

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  利用RNG k-ε模型对旋流雾化喷嘴中的直径为2 mm的细小直角弯管流道的流场进行了三维数值模拟，获得了流道内的压力分布和不同截面的迪恩涡结构。结果表明：沿着流动方向，弯曲段流道中内外壁面的压差先增大后减小，内壁面45°截面附近，压力下降到最低，最大下降幅度为74.1%。弯管流道中迪恩涡形成于弯曲段10°截面附近，迪恩涡的旋转中心，从两侧中心位置附近向两侧上端偏移，在65°截面偏移方向发生转折，最后又回到两侧中心位置。迪恩涡的边界和强度先增大后减小，在下游直管段中消失。
应用技术
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  安全阀阀瓣研磨修复运动轨迹的研究

  邓俊秀, 朱海清, 陆顺峰

  流体机械. 2017, 45(3): 38-41,5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.008

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  研磨轨迹与工件表面形貌特征密切相关，为了找出影响工件研磨轨迹的因素，建立磨粒运动数学模型，采用Matlab研究磨具中影响研磨轨迹的因素，得出偏心距e、转速比k及起始位置A对磨粒轨迹的形态变化具有不同程度的影响，这为工艺参数优选提供一定的理论基础。
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  基于颗粒受力的旋风分离器冲蚀机理的研究

  李琴, 邹康, 刘海东, 李泽蓉

  流体机械. 2017, 45(3): 42-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.009

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  为了对旋风分离器壁面冲蚀磨损机理进行研究，采用RSM模型和DPM模型对分离器内部气相流场和颗粒运动规律进行双向耦合瞬态求解，并运用自定义函数对失效壁面颗粒的受力进行研究。结果表明：常规旋风分离器中容易失效的部位主要是顶部区域顶面以下25 mm范围内的入口目标区域，筒体部分的局部穿孔以及灰斗底部的冲蚀磨穿。该区域呈现出明显的固体颗粒聚集的现象，从单颗粒的受力分析得出，中间粒径颗粒和大粒径颗粒在筒体顶端和锥体底部的受力平衡是导致灰带出现的主要原因，从而加剧了顶部和灰斗区域的冲蚀磨损。
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  小型垂直轴风力机翼型气动性能的数值模拟

  玄兆燕, 张泰宁, 景会成, 赵欣

  流体机械. 2017, 45(3): 48-51,47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.010

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  风机翼型作为叶片外形设计的根本，对叶片的空气动力特性、质量以及整个风机捕获风能的能力有着重要的影响。利用FLUENT流体仿真软件对翼型进行数值模拟，使用RNG k-ε和SST k-ω湍流模型模拟得到翼型随攻角变化的升阻力系数曲线，并与试验数据进行对比，得出SST k-ω湍流模型更为准确。对风机叶片翼型进行气动数值模拟计算和分析，有助于深入了解翼型的气动性能，为风机翼型的气动特性研究提供理论基础。
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  高压柱塞泵汽蚀的分析与对策

  巴胜富, 鲁飞, 苏吉鑫, 庞雷, 陈正文, 张的, 朱华清

  流体机械. 2017, 45(3): 52-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.011

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  针对高压柱塞泵的汽蚀现象，阐述了产生汽蚀的原因与危害。通过汽蚀判据的分析，给出了产生汽蚀的判断依据，该判据可作为高压柱塞泵的设计条件。并提出了高压柱塞泵的液力端结构与进水系统的优化设计措施，设计经工程验证可以有效消除汽蚀。
制冷空调
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  低温环境下运行参数对两级压缩空气源热泵性能的影响

  陈孚江, 张云, 姜钦青, 黄丹丹, 吴沁雨

  流体机械. 2017, 45(3): 56-60,74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.012

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  基于R134a压焓图和Cleland计算模型，分析了低温环境下运行参数对两级压缩一次节流中间不完全冷却空气源热泵系统性能的影响。结果表明：冷凝温度和蒸发温度是影响系统COP的主要因素，且蒸发温度影响更大；冷凝器出口处过冷度对系统COP和低压级制冷剂流量的影响较小，高压级制冷剂流量随过冷度的增加而减少，且减少幅度随蒸发温度和冷凝温度的升高而逐渐增大；系统蒸发器出口处过热度几乎不影响COP；高压级压缩机的排气温度随蒸发器出口处的过热度增加而增大；而高、低压级制冷剂流量随蒸发器出口处过热度的增加而降低，且降低幅度随蒸发温度的降低逐渐降低，但基本不受冷凝温度的影响。
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  风力黏性摩擦热水器加热性能的CFD仿真分析

  易郴, 马庆芬, 李萌

  流体机械. 2017, 45(3): 61-64,37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.013

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  提出一种直接将风能转化为摩擦热能的新型环保节能热水器——风力黏性摩擦热水器，分析了其结构和工作原理。借助CFD软件建立二维轴对称旋转湍流模型，对风力黏性摩擦热水器内2种流体的流动、传热过程进行了模拟，验证了其实现热水功能的可行性，并与风机进行了功率匹配。利用所建CFD模型数值研究了黏性摩擦热水器关键参数对加热性能的影响，结果表明：增大黏性摩擦热水器摩擦碟片半径、转速和硅油黏度，减小入口水流量，可以提高黏性摩擦换热器的加热性能，该结果对风力黏性摩擦热水器实际应用时结构参数和操作参数的确定具有指导作用。
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  CO₂热泵热水器多毛细管组合节流特性的研究

  崔海亭, 刘东岳, 赵华丽, 张振国

  流体机械. 2017, 45(3): 65-68,32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.014

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  基于CO₂作制冷剂应用于热泵系统的优良特性，搭建空气源热泵热水系统试验台，进行了单根毛细管、双毛细管、3根毛细管并联组合分别作为节流元件的对比试验，结果表明采用3根毛细管并联组合节流时具有全天候平均COP最高，并得出各温度阶段适用毛细管组合规律，为提高CO₂热泵热水器制热能效提出理论依据。
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  新疆某电厂办公楼蒸发冷却通风空调系统测试分析及校核性设计

  李依轩, 黄翔, 鞠昊宏, 董恺

  流体机械. 2017, 45(3): 69-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.015

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  对新疆某电厂办公楼空气-水蒸发冷却通风空调系统测试结果进行了分析，发现该系统设备运行效果和室内温降效果未达到预期效果，本文对其原因进行了分析。采用设计-校核的思路，分别从设计参数选择、相关计算及设计流程几方面入手，提出一种空气-水蒸发冷却通风空调系统校核性设计方法，从空调系统设计角度出发阐述了解决问题的办法，以及提高蒸发冷却通风空调系统效率，减少能源消耗的办法。
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  地下工程调温除湿机的节能优化方案及性能模拟研究

  魏睆, 缪小平, 张翼, 魏子杰, 羊雷, 邵光明

  流体机械. 2017, 45(3): 75-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.016

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  根据显热、湿转换原理，对现有调温除湿机性能进行了分析，提出了节能优化方案。该方案在调温除湿机的蒸发器前增加了一个冷却盘管，使湿空气预冷后再沿接近饱和状态线除湿，能够达到节能的目的。通过对调温除湿机系统进行仿真模拟，得出系统模型中通过冷却盘管的冷水适用的温度范围为18~25℃，调温温度范围为15~37.5℃。
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  喷气增焓涡旋低温空气源热泵制热性能的分析

  董旭, 田琦, 商永, 张永贵

  流体机械. 2017, 45(3): 81-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.03.017

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  空气源热泵制热技术已广泛应用于华北地区的减煤代煤供暖等清洁供暖工程，随着低温空气源热泵制热技术的发展，把这一清洁替代能源供暖技术推广应用于东北部分地区，已具备技术可行性。本文对喷气增焓涡旋低温空气源热泵的制热性能进行了热力学分析和试验对比检测，结果显示在模拟室外气温为-25℃、相对湿度为86%时，10 hp喷气增焓涡旋空气源热泵的制热性能系数为1.38，可满足东北部分地区的冬季供暖需求。通过对辽宁省绥中县工程实例的运行检测，验证了该热泵供暖技术应用于东北部分地区的技术可行性。但若要使其具备较好的经济可行性，还需搭配其他经济性节能技术参与节省运行费用，以及政府财政补贴等扶持政策，共同收回初投资。