2017年, 第45卷, 第8期　
刊出日期：2020-02-19

  

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试验研究
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  基于LES方法的壁面旋转旋流分离器内流特性的研究

  徐艳, 张彦月, 张井龙, 闫月娟, 王尊策

  流体机械. 2017, 45(8): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.001

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  针对旋流器在井下油水分离的应用过程中，壁面随螺杆泵旋转这一问题，本文基于大涡模拟（LES）方法对壁面旋转旋流分离器内部流场进行数值模拟，并通过LDV测试结果验证了模型的可靠性，得到了壁面旋转旋流分离器内部流场的分布规律。结果表明，正转时，外涡流区的切向速度逐渐增加，内涡流区切向速度增加不明显，轴向速度的变化梯度增大，反转时，影响趋势则正好相反。且旋转效应对不同轴向位置截面的影响并不相同，轴向速度有较明显的差异。
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  基于叶轮压水室特性匹配的离心泵作透平的性能预测

  黄思, 何婧, 舒亚篮, 区国惟

  流体机械. 2017, 45(8): 6-9,18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.002

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  离心泵反转作透平（PAT）作为一种方便快捷的能量回收装置，具有显著的工农业应用价值，PAT应用的前提是掌握离心泵正反转模式下性能参数的换算关系。本文从有限叶片数的欧拉方程和转轮进出口速度三角形出发，推导了PAT转轮特性方程。借鉴离心泵叶轮和压水室的特性匹配原理，由PAT转轮与压水室特性方程联立求解获得了PAT的最优工况点流量、扬程等参数的预测计算公式。该性能预测方法仅需已知转轮和压水室的几何参数而不受比转速等条件的限制，具有通用性和实用性。预测方法得到了PAT的实测结果的验证，性能预测和试验结果的相对误差都在工程允许的范围内，表明本文所提出的性能预测方法是切实可行的，可为PAT的选型及应用提供理论依据。
设计计算
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  一种新型液体输送泵的输送性能模拟

  俞翼翔, 谢令, 唐黎明, 陈光明

  流体机械. 2017, 45(8): 10-13,23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.003

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  在工业能耗中，泵的能耗所占比例居高不下，为了降低能耗，浙江大学制冷与低温研究所提出了一种新型液体输送泵，该泵原理和结构新颖，具有较高的节能潜力。本文在介绍新型液体输送泵的基础上，通过建立泵的理论模型对泵进行了CFD模拟。模拟中采用水为输送液体，研究了对接过程中液体输送质量流量的变化过程，以及不同转子材料和不同通道形式对输送液体质量的影响。结果显示，亲水性材料相比疏水性材料，对接滞后（克服表面张力）时间更短，更有利于液体输送；液体在通道中输送先后存在克服表面张力、重力加速、减速、以及克服表面张力过程；比较发现，扇形通道比圆形通道更加有利于液体输送。模拟结果对新型泵体的材料选择、通道形式设计以及后续试验研究具有指导意义。
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  风圈式风量调节阀阻力特性的模拟研究

  陈永平, 王海桥, 陈世强, 田峰

  流体机械. 2017, 45(8): 14-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.004

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  为研究风圈式风量调节阀阻力系数与阀门开度半径的函数关系，以DN200的风圈式风量调节阀为研究对象，运用FLUENT对其进行数值模拟，对不同开度半径下的阀门流场和阻力系数进行分析，得到了阀门阻力系数与阀门开度半径的函数关系式。结果表明：阀门开度半径大于0.05m时，阻力系数小并且曲线变化平缓，阀门开度半径小于0.05m时，阻力系数大并且曲线陡峭变化，阀门阻力系数随着阀门开度半径减小呈指数性增长。
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  基于流固耦合的风力机叶片裂纹扩展机理研究

  周勃, 张亚楠, 王琳琳, 陈长征

  流体机械. 2017, 45(8): 19-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.005

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  针对风力机工作环境的恶劣性以及风力机叶片裂纹扩展的复杂性，本文利用计算流体力学（CFD）和断裂力学仿真分析，以风力载荷作为裂纹扩展的主要载荷，利用流固耦合界面的数据传递对风力机叶片裂纹扩展机理进行仿真分析。在叶根表面嵌制一不同初始尺寸的半椭圆型三维裂纹，并在不同风速的条件下计算三维裂纹应力强度因子，分析不同初始尺寸裂纹在不同风速下的动态裂纹扩展机理。结果表明，裂纹的初始尺寸与风力载荷的大小均对叶片的裂纹扩展速率与方向产生影响，且在高风速下裂纹发生失稳扩展的几率增大。
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  涡轮增压压气机叶轮的气动优化设计

  叶涛, 陈飞

  流体机械. 2017, 45(8): 24-28,58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.006

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  以某型涡轮增压压气机为研究对象，采用逆向工程技术中的三维扫描的方法反求压气机叶轮，建立叶轮的几何模型，在此基础上，对叶轮几何型线进行参数化拟合，进而以效率和压比为优化目标，利用人工神经网络和遗传算法对叶轮进行气动优化设计。结果表明：优化后，叶轮的气动性能得到很大提高，在优化点叶轮的效率比原模型提高了2.01%，压比比原模型提高了0.12，综合稳定裕度也提高了。
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  前混合磨料水射流喷嘴外流场磨料加速过程研究

  张洋凯, 苗思忠, 李长鹏, 陈海宾

  流体机械. 2017, 45(8): 29-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.007

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  前混合磨料水射流与后混合磨料水射流相比，磨料粒子速度松弛情况和混合均匀性好得多。磨料在系统中加速情况影响系统的能量传递效率和切割能力，加速过程可分为管内加速、喷嘴加速以及喷嘴外流场核心段加速三个过程。本文应用液固两相流理论，对喷嘴外流场磨粒进行受力分析，建立外流场加速模型，研究表明，磨料粒子在喷嘴外流场核心区加速，达到速度最大值，在过渡段和空气掺混，粒子速度下降，在喷嘴外流场速度松弛比大于喷嘴内流场，但喷嘴外流场核心段速度增量远远小于喷嘴段。
应用技术
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  雷诺数对压缩机模型级性能影响的气动特性分析

  王杨, 王金生

  流体机械. 2017, 45(8): 33-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.008

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  针对雷诺数对压缩机性能的影响，本文分别对两组带蜗壳的离心压缩机模型级进行了数值研究，得出设计转速下特性曲线的变化规律；并对雷诺数变化（20倍左右）时蜗壳内的流场变化进行了重点分析。研究结果表明，雷诺数的改变使得压缩机模型级各部件的流动特性均有显著改变，直接影响效率等气动性能参数。
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  高压星形密封圈的密封性能分析

  王冰清, 余三成, 孟祥铠, 李勇, 李纪云

  流体机械. 2017, 45(8): 37-42,63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.009

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  利用ANSYS软件建立了带聚四氟乙烯挡圈的丁腈橡胶星形密封圈结构的二维轴对称几何模型，分析了静压工作状态和往复运动状态下其密封机理、密封性能，并预测了星形密封圈易发生失效的具体部位。结果表明：在高压（流体压力>10MPa）条件下，使用挡圈可以有效缓和星形密封圈的应力集中现象；星形密封圈非压力侧的内侧凸圆靠近挡圈区域易发生磨损失效；内侧的凹圆部位易发生撕裂失效。
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  螺旋离心泵内不稳定漩涡空化对出口压力的影响

  邓育轩, 纪燕飞, 何立东, 王灵德

  流体机械. 2017, 45(8): 43-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.010

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  为了深入研究水力机械内部的不稳定漩涡空化对出口压力的影响进行，应用CFD软件对一台螺旋离心泵进行了数值模拟计算，发现在一定工况下，螺旋离心泵内部由经过轮缘间隙的二次流所导致的漩涡涡核低压处会发生漩涡空化，并且该漩涡空化有一个初生-发展-分离的过程，并且发生该过程时螺旋离心泵扬程出现大幅下降，出口压力也有相应的不规则波动。
制冷空调
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  环境温度对空气源热泵热水器系统性能的影响

  袁朝阳, 陶乐仁, 虞中旸, 黄理浩

  流体机械. 2017, 45(8): 48-52,47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.011

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  工况的变化对空气源热泵系统的优化提出了更高要求，环境温度作为重要影响参数，需要通过大量试验找寻其对空气源热泵热水器的影响规律，从而做出相应的控制策略。本文模拟不同环境温度对空气源热泵热水器进行试验，结果表明：（1）随环境温度的降低过热度逐渐减小，系统的制热量受过热度影响，过热度越低制热量越大，当过热度为0℃时制热量开始逐渐下降；（2）环境温度越低，系统的压比越大、排气温度越高、过热度越小，压缩机更易湿压缩加剧耗功的增长，但能有效降低排气温度；（3）随着环境温度的降低，系统的平均能效比COP_a是逐渐减小的，环境温度越低系统整体制热效果越差，加热运行的时间越长。
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  排液板对横管降膜流动和换热的影响分析

  谭起滨, 蒋斌, 杨立

  流体机械. 2017, 45(8): 53-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.012

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  为了研究排液板对横管降膜流动和换热的影响，建立基于复合Level Set-VOF方法的横管降膜流动和换热数学模型。模拟结果与文献试验数据基本吻合。研究结果表明：在小流量薄膜流动情况下，加装排液板横管能缓解由于液滴间歇性滴落引起的"干斑"现象，稳定管外液膜；使管外液膜分布更均匀，进而影响管外液膜温度分布。加装排液板抑制底部的碰撞混合；增大流量将进一步导致液膜滞止区的形成，恶化传热。加装排液板可加快横管底部的液膜流速。
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  组合式空调机组加湿器喷杆安装位置和喷嘴朝向对加湿效果的影响研究

  刘哲, 刘泽勤, 赵航宇

  流体机械. 2017, 45(8): 59-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.013

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  电陶瓷加湿器喷杆安装位置和喷嘴朝向对加湿效果的影响问题进行了探讨。以数值模拟为基础通过计算流体力学软件Fluent对送回风管路及喷杆近壁处静压分布进行研究，理论分析加湿的可能性，并就分析结果的准确性加以试验验证。结果表明：（1）喷杆置于回风管中，喷嘴顺流布置和喷嘴逆流布置均可实现加湿目的。喷嘴顺流布置时，随着温度的升高相对湿度由68.7%升高到82%。喷嘴逆流布置时，随着温度的升高相对湿度由61.7%升高到74.6%；（2）喷杆置于送风管路，当加湿器内没有附加压力时，由于近壁处的高压作用在传统加湿器包括电陶瓷加湿器内产生的处于微小正压状态下的蒸汽将无法喷入送风气流，几乎达不到加湿目的。
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  组合式空调机组不同断面风速均匀度对供冷/热量的影响

  谢鸿玺, 谢宝刚, 谢添玺, 包继虎, 彭飞

  流体机械. 2017, 45(8): 64-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.014

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  对空调系统中调节空气状态的关键设备——组合式空调机组进行试验研究，相同工况、相同风量的机组处理空气能力随着断面风速均匀度不同而变化。试验发现，在额定风量分别为5000，10000，20000 m³/h的机组的供冷量、供热量随着断面风速均匀度从75%到98%变化时，机组的供冷量分别增加2.214，5.347，9.858 kW，供热量分别增加3.137，8.18，12.603 kW，即随着额定风量的增大，断面风速均匀度对机组的供冷量、供热量影响增大，当断面均匀度达到90%时，影响增幅变缓。
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  空调安装位置与送风角对室内换热影响的数值模拟研究

  张知宇, 薛冰, 孔祥领, 孔德旻

  流体机械. 2017, 45(8): 73-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.016

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  利用数值模拟的方法分析了空调机不同安装位置和不同送风角度对室内空气流动和换热的影响。模拟结果表明，为了能够高效地对整个房屋进行降温，需要将空调机安装在与卧室门相对的墙壁上；在安装位置一定时，在一定的范围（30°~60°）内，空调机的送风角度越小，越有利于房屋的对流换热，从而达到更好的降温效果。
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  R1234yf/R134a二元混合工质的热物理性质

  孙维栋, 张鹏, 张昌

  流体机械. 2017, 45(8): 78-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.017

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  用PR方程结合vdW和HV混合法则建立了R1234yf/R134a的热物性模型，分析了混合物的气液相平衡特性曲线，发现R1234yf/R134a存在共沸点。当R1234yf/R134a的摩尔组分比为0.533/0.467，压力在400kPa以上时，温度滑移最大约0.01K；当摩尔组分比为0.178/0.822，压力为200kPa时，温度滑移最大为0.28K。根据余函数法导出了R1234yf/R134a的焓、熵计算式，可以用于R1234yf/R134a直接替代的工程研究。
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  微通道换热器在风冷冷热水热泵中的性能研究

  尹茜, 潘李奎

  流体机械. 2017, 45(8): 84-86,72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2017.08.018

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  将微通道换热器和翅片式换热器分别应用在冷暖两用的风冷冷热水热泵机组中，分别对R410A机组和R22机组进行测试，试验结果表明，不管是R410A机组还是R22机组，采用微通道换热器的机组均可达到与采用翅片式换热器机组相当的性能，而且微通道换热器相比翅片式换热器体积及重量大大减小。本文还对微通道换热器的放置方式进行试验研究，建议在冷暖两用的风冷冷热水热泵机组中采用微通道换热器制冷逆流的放置方式。