2018年, 第46卷, 第10期　
刊出日期：2019-12-23

  

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试验研究
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  车载余热发电系统向心透平的设计与试验研究

  李新禹, 郝旭涛, 陈林, 孟林

  流体机械. 2018, 46(10): 1-5,45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.001

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  设计了一种可模拟汽车尾气的、有别于传统有机朗肯循环余热发电系统的新型车载余热发电系统，搭建了试验台，对自主设计的适用于新型车载余热发电系统的向心透平进行了试验研究，利用控制变量法，分别研究了向心透平入口温度和转速对向心透平性能的影响，为所设计的向心透平的进一步优化提供参考。
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  气膜浮环密封特性参数的影响因素分析

  马利军, 李双喜, 马也, 张秋翔, 蔡纪宁

  流体机械. 2018, 46(10): 6-10,34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.002

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  气膜浮环密封结构尺寸小，工作性能稳定，在高温高速等气体密封领域广泛应用。使用FLUENT软件，建立数值分析模型，计算了不同条件下气膜浮环密封的上浮力、泄漏量和实际偏心率等特性参数，通过实测结果验证了数值模型的正确性。研究结果表明：较大偏心率和节流长度能增加浮环的上浮力，过大和过小的操作压力和径向间隙不利于浮环上浮。研究结果为浮环密封结构的优化设计和操作参数的设定提供了一定的参考。
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  动调轴流风机叶顶间隙对风机性能及失速特性的影响研究

  李凯伦, 高国栋, 丹慧杰, 张振民, 郑金, 孙大伟

  流体机械. 2018, 46(10): 11-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.003

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  以某电厂660MW机组的一次风机为例，试验研究了动调轴流风机叶顶间隙对实际失速线的影响。研究表明，叶顶间隙过大会使风机的实际失速线与其理论失速线存在较大偏差，实际失速线向下方移动，并且同时会造成较大的效率负偏差。对该试验过程进行了详细描述，并对工况点在性能曲线上的位置进行了分析，通过逼近失速试验，最终确定了风机的实际失速线位置。通过引入相关性系数，对叶顶间隙与失速点压力偏差和效率偏差的关系进行了研究。研究表明，叶顶间隙与失速点压力相对偏差的相关系数为-0.99，即叶顶间隙越大，实际失速线与理论失速线偏离越严重，实际失速点的压力负偏差也越严重；同时叶顶间隙与效率偏差的相关系数为-0.93，即叶顶间隙越大，效率负偏差越大。
设计计算
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  节能型换热设备与流程的一体化创新

  陈永东, 程沛, 于改革, 吴晓红, 闫永超

  流体机械. 2018, 46(10): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.004

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  针对重点换热设备在流程工业中扮演着重要的角色，指出了其在流程工业中表现出的2个方面的作用，并阐述了设备与流程的一体化节能创新的实质，明确了设备与工艺流程的关系。着重介绍了2种高压高效节能换热器即炼油领域缠绕管式换热器和印刷电路板式换热器的基本结构。基于缠绕管式换热器，介绍了节能型加氢裂化/加氢改质工艺中设备与流程的一体化创新；基于印刷电路板式换热器，介绍了天然气液化工厂混合冷剂冷却工艺的改进。列举了Hammerfest液化工厂混合冷剂海水换热器的失效案例，强调了安全性与能效性协同的重要性。简介了3种结构形式海水混合冷剂换热器比例样机的试验研究结果，介绍了我国研制混合冷剂海水换热器过程中，力求寻找一种安全和能效的平衡。最后指出，仅考虑换热设备的安全性或者能效性都是不够的，要从换热设备和流程工艺之间的相互关系和相互作用出发，在系统的层面上考虑基于能效和本质安全和谐统一的完整性，实现换热设备和流程的一体化节能创新。
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  多级泵首级叶轮瞬时启动特性数值研究

  张玉良, 赵燕娟, 汪灿飞, 蔡海兵

  流体机械. 2018, 46(10): 22-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.005

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  多级离心泵应用普遍且结构复杂，是必不可少的重要流体输送设备。目前对其已有研究几乎全部集中在稳定工况点下开展的，而对其在突然启动瞬态过程中的特性研究却非常少。以一台中比转速多级离心泵为例，基于滑移网格技术和用户自定义函数功能，对该模型泵转速快速上升过程中首级叶轮的内部非定常流动进行了数值计算。结果显示：叶轮进口处的湍动能和湍流强度呈现先降后升再降的变化趋势，而叶轮出口处的湍动能和湍流强度呈现先降后升的变化特征；启动初始时刻，叶轮功率缓慢上升，而后随转速快速上升；无量纲扬程在启动初始时刻具有极大值，随后快速下降至最小值，紧接着又缓慢上升至稳定值。
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  机械密封覆层端面开裂有限元分析

  孙宪栋, 姜绪强, 李双喜

  流体机械. 2018, 46(10): 29-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.006

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  机械密封覆层端面是获得高性价比密封环的重要方向，然而覆层端面的开裂是其主要的失效形式。采用有限元分析软件，建立了机械密封热-结构耦合模型，综合考虑了端面变形、液膜反压和端面温度共同作用下对密封覆层端面的影响，得到了覆层表面和覆层与基体界面的应力分布，分析了覆层端面开裂的原因。研究结果表明：热载荷对覆层应力分布有显著影响，不容忽略；阻封流体的冷却作用有利于降低热载荷对覆层应力的影响；覆层表面最大拉应力、主界面最大切应力、侧界面最大切应力和最大法向拉应力是引起覆层端面开裂的主要因素。
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  无油涡旋压缩机的泄漏特性研究

  彭斌, 赵生显, 李要红

  流体机械. 2018, 46(10): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.007

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  基于圆渐开线型线方程，运用微分几何学得到容积变化规律。从热力学基本定律的角度出发，结合质量、能量守恒方程和气体状态方程，对涡旋压缩机的泄漏特性进行了详细的分析和研究。通过运用改进的Euler法对所建立的数学模型进行求解，得到了气体在有泄漏和无泄漏两种不同的工况下的温度、压力和质量的变化趋势。结果表明：泄漏对质量的影响最大，而对压力的影响最小。该数学模型对无油涡旋压缩机的研究和性能优化，具有一定的指导和借鉴作用。
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  桁架过流式三偏心蝶阀的动水力矩计算与优化

  季雷雷, 何世权

  流体机械. 2018, 46(10): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.008

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  根据已有研究所得到的动水力矩曲线，利用CFD、FLUENT等软件对桁架过流式三偏心蝶阀的动水力矩进行了模拟计算。模拟计算的分析结果表明，蝶阀在70°开度下的动水力矩达到最大值，与经验值相吻合。同时根据模拟结果，对桁架过流式蝶阀进行了结构上的优化，优化前、后的对比分析结果表明，通过优化有效地降低了动水力矩，这对减小蝶阀的操作力矩有积极作用，实现了蝶阀的节能目的。
应用技术
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  双回路蓄能器充液阀的设计与研究

  朱石沙, 章岱, 黄鹏程, 吴彦波

  流体机械. 2018, 46(10): 46-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.009

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  为了提高轮式挖掘机制动系统的可靠性，采用换向阀和控制阀的组合形式设计了一种双回路蓄能器充液阀，并在单回路的基础上增加了一个内置梭阀，能够同时为前、后桥2个蓄能器迅速充液。利用AMESim软件仿真分析了前、后桥蓄能器压力的变化和充液阀至下游流量的变化，结果表明充液过程中前、后桥蓄能器压力上升迅速且平稳，到达上限压力时换向阀迅速换向；针对仿真结果，对充液阀进行了充液试验，试验结果中前、后桥蓄能器压力变化曲线与仿真结果基本吻合。研究结果表明设计的充液阀充液过程迅速且平稳，能够在工程车辆的全液压制动系统及相关领域中得到广泛应用。
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  LG-0.9/9型双螺杆空气压缩机系统研制

  张谦, 舒悦, 肖军, 王树胜, 方燚

  流体机械. 2018, 46(10): 51-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.010

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  为了解决我国地铁风源系统相关设备配套的需要，对LG-0.9/9型地铁风源系统主机部分进行了研制。依据LG-0.9/9型地铁风源系统的主要参数要求，从压缩机、电机的选型开始，对多叶离心风机进行了设计计算。主机结构安装调试完成后，进行了相关试验验证，结果显示该设备满足LG-0.9/9型地铁风源系统的排气量、排气温度等相关参数要求，对地铁风源系统国产化起到推动作用。
制冷空调
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  新风侧凝结对间接蒸发冷却器换热性能的影响研究

  郑斌, 郭春梅, 吕建, 史琦, 陈通

  流体机械. 2018, 46(10): 55-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.011

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  为研究间接蒸发冷却系统作为空调系统的新风预冷装置在夏季相对湿度较高的环境下的换热性能，利用微元分析法构建了适用于叉流板式间接蒸发冷却换热器的二维传热传质分析解模型，并对不同新风温湿度状态下间接蒸发冷却系统的换热性能进行了试验测试。理论计算及试验结果表明：在夏季高温潮湿环境下，间接蒸发冷却器新风通道内将出现凝结换热。换热壁面上的凝结液膜虽然会增加导热热阻降低显热传热量，但系统总换热量将随凝结换热过程的增强而显著提高，凝结过程产生的潜热换热量占总换热量的75%左右。换热器的湿球换热效率在新风相对湿度为50%，70%，90%状态下分别为70%，62%，50%左右。蒸发过程中的喷淋水消耗量与系统总换热量相关，平均每产生1 kW的热量传递对应消耗水量为1.5 L/h。
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  闭式河水源热泵系统制冷运行性能试验研究

  武双, 傅允准, 曹丽杰

  流体机械. 2018, 46(10): 63-67,28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.012

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  采用试验的方法分别研究了上海市松江区闭式河水源热泵机组制冷工况运行特性和变冷冻水流量和变冷却水流量对系统制冷性能系数和盘管换热量的影响以及河水温度与空气温度的变化。试验结果表明，闭式河水源热泵机组在冷却水流量为2.5 m³/h，冷冻水流量为2.2 m³/h情况下的机组制冷性能系数EER的平均值为3.2，盘管换热量的平均值为11.5 kW，盘管每米长换热量为28 W/m，整个河水源热泵系统的制冷能效比为1.99。在冷冻水流量变小，冷冻水进、出水口的温差变大，系统的COP_s增加，冷冻水流量在1.4 m³/h比冷冻水流量在2.2 m³/h的COP_s平均值提高了23%。当冷却水流量增加，系统的COP_s和盘管换热量都增加，冷却水流量在2.5 m³/h相较于冷却水流量在1.9 m³/h时的系统的COP_s平均值和盘管换热量平均值分别增加了7.8%和8.9%。
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  送风+辐射组合末端供暖动态特性研究

  袁旭东, 贾磊, 宋有强

  流体机械. 2018, 46(10): 68-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.013

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  利用CFD动态仿真技术，以风机盘管和辐射地板的空调末端组合为研究对象，在供暖工况下，分析了末端运行参数对室内达到舒适性温度的所需时间、室内温度和风速分布的影响规律。研究结果表明：随着送风风速或送风温度增加，所需时间先大幅降低，之后逐渐变小并趋于稳定，与此同时，所需时间受地板表面温度的影响越来越小；提高送风风速后室内温度增加有限却易造成吹风感区域增加和舒适性恶化；相对增加地板表面温度，增加送风温度后室内温度提升更多，且室内高度方向的温度均匀度更好，因此室内温度受送风温度的影响更大。
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  强制渗流作用下的耦合式土壤源热泵运行模式研究

  马玖辰, 邵刚, 王宇, 王文君, 冯佳

  流体机械. 2018, 46(10): 73-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.014

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  以多孔介质传热、传质理论以及有限长移动线热源模型为基础，建立了地埋管换热器井孔内、外传热数学模型。基于抽、回灌井不同运行时长，对耦合式土壤源热泵系统的全年运行过程进行了数值模拟。通过模拟计算，抽、回灌井运行24 h比抽、回灌井运行8，16 h地埋管单位井深换热量分别增加了32.7%，9.2%，对应能效系数提高了34.4%，11.2%，然而此时耗电量却增加了200%，50%。研究表明，抽、回灌井运行时间越长，地埋管单位井深换热量越高，系统的运行能耗持续增加。因此针对所建耦合式土壤源热泵系统，通过采取抽、回灌井开启10~14 h的运行模式，能够有效地降低系统的运行能耗，进而使该耦合式系统得到合理的应用。
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  R1234ze/R32混合工质替代R410A热泵热水机组性能研究

  丁京华, 王芳, 阿斯娜, 俞晨, 陈夏辉, 余大维

  流体机械. 2018, 46(10): 80-84,54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.015

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  主要分析了2种配比的R1234ze/R32混合工质与R410A在不同工况条件下对空气源热泵热水器的运行性能研究；首先使用NIST软件进行了混合工质与纯工质的热力学性质及输运特性分析，表明混合工质的环评数据、热力学性能具有替代R410A工质的可行性，R1234ze中混入R32相比于纯R1234ze在循环性能上、导热性能有所提升。在此基础上搭建了热泵热水机组测试试验台。试验结果表明：在各对应工况下，混合工质的制热量均比R410A高且排气压力均比R410A低；随着测试环境温度的降低，虽然各工质的COP都呈现下降趋势，但混合工质机组的COP均高于R410A机组的COP且相差幅度增大。
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  基于后导叶原理的空调室外机出风格栅研究与应用

  周伟峰, 陈绍林, 熊军, 周孝华, 李龙兵, 林森荣

  流体机械. 2018, 46(10): 85-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.10.016

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  基于轴流风机后导叶原理设计了一种空调室外机出风格栅，并通过相关试验验证了其性能与可靠性。该出风格栅利用有限数量的径向导风筋条，可消除流经叶轮后的旋转气流，把气流的旋转动能转变为压力能，可降低气流旋转动能损失，提高风机静压效率，且有效降低室外机气动噪声。将该出风格栅应用与空调室外机，在相同风量下的整机噪声较原格栅降低0.8 dB（A），该出风格栅设计方案已应用于多款TCL空调室外机，并与整机外观形成家族式风格。