2018年, 第46卷, 第1期　
刊出日期：2020-02-08

  

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试验研究
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  叶片数对泵作液力透平的性能影响

  苗森春, 杨军虎, 王晓晖, 史凤霞, 史广泰

  流体机械. 2018, 46(1): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.001

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  叶片数是泵作液力透平时的主要几何参数之一，为了明确叶片数对泵作液力透平时的性能影响，基于N-S方程和标准k-ε湍流模型，采用SIMPLE算法，应用FLUENT流场模拟软件对不同叶片数下的泵用作液力透平时进行了数值计算，得到了不同叶片数下液力透平的外特性曲线并分析内部流动规律。结果表明：对于低比转速离心泵作液力透平，随着叶片数的增加，流量从最高效率点向小流量偏移时效率下降的梯度增大，而从最高效率点向大流量偏移时效率呈现先增大后减小的变化趋势，另外液力透平的最高效率点随叶片数增加向小流量偏移；压头随叶片数的变化在小流量变化相对较小，而在大流量工况时，随着叶片数的增加呈现逐渐增大的趋势。内流场分析表明，随着叶片数的逐渐增加，透平叶轮中漩涡区域逐渐减小，叶轮内部的流动有很大的改善。但结合外特性分析发现，叶片数过多的增加反而不利于透平性能的提升，因此，对于具体参数组合的液力透平，存在着最佳叶片数使得泵作液力透平的性能达到最优。
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  进口弯管对前向离心通风机性能影响的研究

  聂波, 张俊林, 满建楠

  流体机械. 2018, 46(1): 6-9,14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.002

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  以高压小流量前向离心通风机为研究对象，通过气体动力性能试验和流体动力学数值模拟研究了在不同进口位置连接90°弯管后对风机性能的影响。研究表明，风机进口直接接弯管基本不会对风机性能造成影响；附加D（接管的通流直径）和2D长度直管段对风机性能的影响较大，且大流量段性能恶化明显；附加4D长度直管段时风机性能有所改善。
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  滤芯褶数对气体过滤器流体动力学性能影响的研究

  袁惠新, 董擎天, 付双成, 张宇恒

  流体机械. 2018, 46(1): 10-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.003

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  基于三维褶模型，采用CFD技术对空气过滤器性能进行数值模拟计算，使用FLUENT软件中的多孔介质模型对空气过滤器进行了流体动力学分析。结果表明，增大进口风量会使过滤器阻力增大；增加滤芯褶数会增大过滤器的有效过滤面积，增大有效过滤面积可以降低过滤速度，从而减小滤芯过滤阻力。然而这种增加不是无限制的，增加褶数会减小褶间距，过小的褶间距会导致气流局部紊乱，气体间摩擦阻力增大，从而使得整个过滤器阻力增大。对于一定尺寸的过滤器存在一个最优的褶数使得过滤阻力最小。
磁悬浮技术
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  基于GLCT的磁悬浮轴承跌落过程中反向涡动轴轨迹瞬时频率提取

  刘涛, 吕民东, 王子羲, 阎绍泽

  流体机械. 2018, 46(1): 15-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.004

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  为了正确提取磁悬浮轴承跌落过程中发生反向涡动时轴轨迹的时频特征，本文引入了广义线性调频小波变换（GLCT）。为分析不同时频方法在信号时频特性分析的优缺点，分别采用了短时傅里叶变换、Wigner-Ville分布、GLCT和Hilbert transform对磁悬浮轴承跌落过程中反向涡动情况下轴系Y轴（竖直）方向上的位移信号进行了处理。结果显示，短时傅里叶变换因为分析窗不具备瞬时频率调频率的自适应性，时频聚焦性不理想，瞬时频率的计算精度易受其影响；Wigner-Ville分布中交叉项会混淆真实时频分布，也会带来计算误差；而Hilbert transform过分依赖信号光滑性，噪声影响较大；GLCT具备理想的时频聚焦性，易于获得正确的瞬时频率。这有利于后续重新悬浮控制程序的开展。
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  基于BP神经网络模型的磁悬浮水泵PID参数优化

  苏一新, 马彦会, 石倩, 薛术, 于溯源

  流体机械. 2018, 46(1): 20-24,33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.005

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  为了设计动态性能更优的磁悬浮水泵磁轴承支撑系统，本文利用多功能磁悬浮试验平台，通过整定磁轴承PID控制参数实现了转轴的5自由度稳定悬浮，然后随机选取径向磁轴承B的Y方向进行辨识试验，建立了其控制系统被控对象的BP神经网络模型，并采用Simulink进行PID参数优化，最后模拟磁悬浮水泵3种不同工况进行控制仿真对比。使用优化参数的系统仿真结果显示系统响应更快，试验结果表明，0~4000 r/min慢扫频过程中，转子X、Y方向位移分别降低了32.9%和24.1%，试验结果为磁悬浮水泵的PID参数优化提供了一种方法。
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  传感器径向安装检测转子轴向位移的试验

  边忠国, 周君民, 刘淑琴

  流体机械. 2018, 46(1): 25-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.006

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  在磁悬浮轴承中，经常采用转子轴向位移轴向检测的方法，但是不能满足某些空间受限场合的应用要求。针对此问题，本试验采用在转子回转表面加工台阶，传感器径向安装在台阶处，研究了不同安装间隙、不同高度台阶、不同转子径向位移情况下对转子轴向位移测量结果的影响。试验结果表明，在传感器线性测量范围内，传感器输出电压与转子轴向位移成正比，利用径向安装传感器对转子轴向位移进行测量的方法是可行的。
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  基于控制参数切换的磁悬浮旋转机械隔振技术研究

  马彦会, 王俊亭, 苏一新, 石倩, 于溯源

  流体机械. 2018, 46(1): 29-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.007

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  与传统机械轴承相比，磁悬浮轴承的一个重要特点是可通过调整控制参数改变其刚度和阻尼，因此本文研究了一种基于控制参数切换的磁悬浮旋转机械隔振技术。该技术通过调整磁悬浮轴承在不同转速下的控制参数，实现系统固有频率的偏移，改变频率比，从而提高磁悬浮轴承在不同转速下的隔振效率。最后，通过算例验证了该技术的隔振效果并给出了控制参数选择方法。本文的研究可为改善水泵、鼓风机等旋转机械在不同工作转速下的振动传递提供一定的理论和工程依据。
设计计算
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  电动汽车空调涡旋压缩机油气分离性能的研究

  刘兴旺, 庞成武

  流体机械. 2018, 46(1): 34-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.008

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  为探寻电动汽车空调涡旋压缩机中油气分离规律，利用FLUENT软件对不同进口方式和不同进口速度下的油气分离器进行了数值模拟，先用RNG κ-ε模型计算连续相的压缩气体，得到分离器内旋转流场的流线、压力及速度分布规律，再用DPM模型加入离散相的液态油滴进行计算，得到了油气分离效率。对比分析两相流场的模拟结果，得到入口方向和进口速度对分离效率的影响规律，为油气分离器的优化设计提供了理论依据。
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  变工况下气液两相液力透平的性能分析

  史凤霞, 杨军虎, 王晓晖

  流体机械. 2018, 46(1): 40-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.009

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  利用ANSYS CFD软件对基于泵反转的液力透平进行了全三维定常和非定常数值计算，研究了变工况下气液两相液力透平内的气体分布、压力脉动、速度矩分布以及水力损失等性能。对不同工况进行的计算结果表明：小流量工况和最优工况时蜗壳、叶轮内的相对平均静压力和主频振幅都随着含气率的增加而减小；大流量工况稍有不同。蜗壳出口的速度矩呈阶跃分布，阶跃个数与叶轮叶片数相同，同一工况含气率对速度矩的影响不大；高含量率时透平叶轮出口气体出现聚集现象，含气率越高，流动过程中的水力损失越大。本文对研究气液两相介质下的液力透平性能具有一定的参考意义。
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  蜗壳式混流泵叶轮部件湿模态流固耦合分析

  高海司, 裴吉, 袁寿其, 王逸云

  流体机械. 2018, 46(1): 46-51,5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.010

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  为了得到蜗壳式混流泵在水介质中的模态分布，以某型号混流泵为研究对象，通过ANSYS对其进行流固耦合分析，得到流体对叶轮的流固耦合作用力，并运用ANSYS WORKBENCH有限元软件和APDL命令流耦合的方法，分析叶轮部件的干模态和湿模态特性；针对叶轮部件是否施加预应力，研究预应力对叶轮部件的固有频率和振型的影响；并考虑叶轮部件材料属性，分析得出金属材料的杨氏模量对叶轮各阶固有频率的影响特征；在分析干湿模态时，分别加厚叶轮前后盖板厚度，计算结果表明：加厚后盖板厚度对提高各阶固有频率最明显。本文为研究混流泵的振动特性、优化结构设计提供了一定依据，为进一步的动力学分析提供了一定参考。
应用技术
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  基于单管分析的压缩机管线系统整体振动控制

  韩丽艳, 李爽, 赵杰

  流体机械. 2018, 46(1): 52-55,77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.011

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  压缩机管线振动的根源在于压缩机气流脉动，目前的系统振动改造方案以单管局部模型分析居多，未考虑现场实际各部件是个相互结合的整体。为此，本文提出一种基于单管分析的整体振动控制压缩机管线系统振动的方法，即“单管分析，整体校验”的分析方法，首先对单管和整套装置进行了模态和谐响应等振动分析，快速发现改造部位，然后利用更加符合现场实际情况的一体化振动模型进行效验。本方法大大节省了运算时间，使振动能量趋于均匀化，是进行压缩机管线系统振动控制的一种有效途径，为管线系统的减振研究人员提供方便和新的思路。经过工程实践应用证明，振动控制效果良好，可用于指导工程实践。
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  基于人工蜂群算法的矿山泵机组运行优化

  刘伟, 周邵萍, 李长龙, 薛胜雄, 王从译

  流体机械. 2018, 46(1): 56-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.012

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  针对矿山井下排水系统能耗费用高的问题，结合分时电价，提出了以泵机组日排水耗电费用最小为目标，各时段水仓的水位为约束条件，各时段泵的开启台数为决策变量的矿山多泵机组日优化运行模型，并利用人工蜂群算法求解模型得到最优开机方案。最后以某煤矿排水系统的实际运行为例作了日优化运行计算，结果表明：该优化运行方案在满足矿山排水要求、保证安全生产的条件下，可显著降低排水费用。
制冷空调
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  新型热泵干燥系统的研究及试验验证

  苑亚, 杨鲁伟, 张振涛, 王瑞祥, 魏娟, 杨俊玲

  流体机械. 2018, 46(1): 62-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.013

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  为了在低温低湿环境下推广应用热泵干燥系统，作者设计研发了一种新型热泵干燥系统。对新型热泵干燥系统和闭路热泵干燥系统做了对比分析，并对骏枣做了新型热泵干燥试验验证。结果表明：相对于制冷工质为R32、R134a、R290的闭路式热泵干燥系统，新型热泵干燥系统的小时耗电量分别降低了9.73，8.78和9.31 kW。在8℃环境条件下，干燥室温度在2 h内达到56℃的目标值，制热效率约为2.45，除湿能耗比约为1.64 kg/（kW·h）。相对于燃煤烤房，该系统干燥得1t干枣降低了37.7元。为热泵干燥技术在低温寒冷地区的工程应用推广提供了技术支持。
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  斯特林型低温冰箱的试验研究

  刘业凤, 陈申, 周国梁

  流体机械. 2018, 46(1): 69-72,88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.014

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  研制了一种采用斯特林型脉管制冷机为冷源，氦气为工质，有效容积为28 L，满足储存温度为-80℃的低温冰箱。该冰箱的制冷机采用直线电机驱动，冷指与箱体底部直接连接。长方体型箱体采用真空隔热板、聚氨酯发泡、气凝胶三层隔热材料复合保温技术。该低温冰箱在稳定运行下输入功率160 W、运行频率52 Hz时，制冷量为30 W，箱体内空气平均温度达到-93℃，箱体内空气平均降温速率为4.75℃/h，满足试验样品的低温储存需求，并提出相关的改进建议，为以后低温冰箱的设计提供参考。
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  转轮除湿与冷却除湿结合的新风除湿系统性能试验研究

  冉广鹏, 傅允准

  流体机械. 2018, 46(1): 73-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.015

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  提出了一种转轮除湿与冷却除湿结合的新风除湿系统，并介绍了系统工作原理。以除湿量为研究重点，通过试验方法探究转轮除湿与冷却除湿的最佳结合方式及设定参数。结果表明：在除湿转轮处理区前后各加一表冷器时其除湿量最高；处理风进口温度对除湿量的影响不大；再生温度设定为99℃，冷冻水温度设定9℃，除湿效果最好。
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  辐射+送风组合末端供冷结露特性研究

  袁旭东, 张秀平, 贾磊, 许敬德, 曲继坤, 王智文

  流体机械. 2018, 46(1): 78-82,28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.016

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  通过建立人体散湿CFD稳态仿真模型，以卧式风机盘管分别与辐射地板、顶板的空调末端组合为研究对象，分析了送风参数（温度、相对湿度及风速）、人体散湿强度与辐射末端表面露点温度的影响关系，为防止辐射末端结露提供理论基础。研究表明：提高送风风速，辐射末端表面最大露点温度降低，但不会低于送风参数对应的露点温度；地板表面结露风险大于顶板；减少人数后露点温度降低幅度较小，若适当降低送风温度或送风相对湿度，可以更大幅度地降低露点温度，故露点温度受送风参数的影响更大。
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  变风量空调系统环状管网水力特性分析

  由玉文, 王劲松, 郭春梅, 张川

  流体机械. 2018, 46(1): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.01.017

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  依据阻抗增益模型和流体网络理论，以环状管网变风量空调系统（VAV）3个典型末端装置的可调性和稳定性分析为基础，通过试验测定相关参数后建立了系统的MATLAB仿真模型，对系统调节时管网的水力工况特性变化规律及调节稳定性进行了研究。仿真结果表明，多个末端装置开度同时变化时，单个VAV末端装置的可调范围约为30°~70°，且一个末端支路自身阻抗越大，被影响程度越小，水力工况稳定性越高。