2018年, 第46卷, 第12期　
刊出日期：2019-12-23

  

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试验研究
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  往复压缩机气阀故障试验模拟与振动信号分析

  舒悦, 张谦, 谢传东, 王乐, 茆志伟

  流体机械. 2018, 46(12): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.001

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  往复压缩机用气阀由于其高频开闭工作状态不可避免地受到强烈冲击，阀片常出现磨损、断裂等故障。以往复压缩机阀片断裂故障为研究对象，通过故障模拟试验获得在线监测数据，提出了一种基于Teager能量算子的局部冲击能量特征提取与分析方法；故障模拟试验数据分析结果表明，当气阀发生阀片断裂时，气阀开闭的局部振动能量显著降低。提出的方法能够突出气阀冲击变化特征，对气阀阀片故障分析诊断取得了较好的效果。
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  水力参数对铝合金孔缘形貌多维影响特征

  刘佳亮, 张娣, 王梦瑾

  流体机械. 2018, 46(12): 6-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.002

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  利用从明暗恢复形状（Shape From Shading，SFS）方法对磨料水射流侵彻铝合金孔缘形貌进行三维重构，并通过构建综合反映孔缘粗糙度分布整体性、离散性、对称性及集中性的系统评价指标，探讨了磨料水射流主要水力参数对铝合金孔缘形貌的多维影响特征。在试验所限定的参数范围内，揭示了孔缘粗糙度算术平均偏差R_a、轮廓均方根偏差R_q、偏度系数R_s及峰度系数R_t随水力参数的变化规律；得到了水力参数对孔缘形貌特征的综合影响性排序：靶距h > 射流直径d > 泵压p > 磨料质量流量l；建立了孔缘形貌特征评价指标与水力参数的函数关系以及孔缘形貌特征评价指标的综合模型。
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  基于差分算法的间歇大流量气动系统优化控制

  张业明, 李珂, 魏绍亮, 王帅, 蔡茂林

  流体机械. 2018, 46(12): 13-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.003

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  针对间歇大流量用气设备在开启和关闭的瞬间气动系统管网支路压力会产生较大的波动，严重影响供气质量的问题，提出了一种利用管网支路压力的差分算法来识别间歇性大流量用气设备的方法，通过检测管网支路压力信号并计算其平均变化率来判断支路压力平均变化率是否出现突变，进而识别间歇性大流量设备的开启与关闭；接着，搭建了空压机群气动管网测试试验台，验证该识别方法的可行性；最后，利用差分算法，对空气压缩机群的传统压力控制策略进行了整体优化。试验结果表明：（1）该算法能够快速准确地识别间歇性大流量用气设备，备用空压机的启闭响应时间减小60 s以上；（2）优化后的空压机群控制方法的压力波动范围更小，主管路压力波动范围减小了80%。
设计计算
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  涡旋压缩机新型渐变壁厚涡旋齿的设计和工作特性研究

  刘强, 曹晨燕, 王君, 刘军亮, 崔锋

  流体机械. 2018, 46(12): 18-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.004

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  基于法向等距型线设计方法，提出了一种全啮合的涡旋齿型线设计方法，编写了构建全啮合涡旋齿型线的设计程序；设计出一种综合性能较高的新型渐变壁厚全啮合的涡旋齿型线，由变径基圆渐开线和基圆渐开线的等距曲线组成；研究了不同设计参数对涡旋压缩机性能的影响，分析了渐变壁厚涡旋齿涡旋压缩机的流场和涡旋齿的应力和变形。结果表明：新型全啮合渐变壁厚涡旋齿具有增压效果好、容积利用率高、涡旋齿强度高的优点。
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  旋转油封密封织构化界面的密封性能研究

  金晚君, 孟祥铠, 梁杨杨, 沈明学, 彭旭东

  流体机械. 2018, 46(12): 25-31,59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.005

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  为改善旋转式唇形密封的密封性能，在轴表面开椭圆形织构，考虑密封唇口的径向变形、粗糙峰剪切变形和油膜压力的耦合，建立了唇封三维周期性软弹流润滑模型。采用有限单元法与数值迭代技术求解润滑方程获得了反向泵送率、摩擦扭矩和液膜承载力等性能参数，研究了椭圆形微织构及其结构参数对油封密封性能的影响规律，对椭圆形织构进行了结构优化分析。结果表明，密封轴的表面织构化可明显改善润滑状态，并提高泵送率。该研究对于油封的增强润滑、减少泄漏和磨损具有工程参考价值。
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  基于响应面法的旋风分离器结构参数的优化

  张勇, 周忠贺, 蒋明虎, 邢雷

  流体机械. 2018, 46(12): 32-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.006

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  目前，旋风分离器的结构优化主要局限于控制变量法的单因素优化，不能准确反映综合因素条件下旋风分离器的分离效率，且结构间的细微变化及交互性难以操控，很难进一步提高其分离效率。为解决此问题，以催化裂化装置中的一级旋风分离器为研究对象，提出了基于响应面法的参数优化方法。以对分离效率影响显著的锥管段倾斜角度α、排气管插入深度s和排气管直径D_e为设计变量，以分离效率和压降为目标函数，优化了旋风分离器的结构参数。结果表明：利用响应面优化法将旋风分离器的分离效率由原来84.3%提升到90.4%，并对比分析了优化前后的速度、压降、分级分离效率等；响应面优化法可从全局角度智能的对结构参数进行优化组合，缩短CAD建模及网格划分时间，并可实现多参数条件下交互性的同时优化，有效提高工作效率；通过数值模拟与试验证明优化后的旋风分离器分离效率强于优化前，优化后的旋风分离器速度分布规律对称性好、速度差值大、分离效率高，同时能完成比优化前更小粒径（粒径=12 μm）的完全分离任务。
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  中开式输油泵导叶叶轮匹配特性研究

  谭东杰, 戈志鹏, 董亮, 王莹

  流体机械. 2018, 46(12): 39-43,38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.007

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  为了研究中开式输油泵叶轮导叶匹配特性，选取4台不同比转数的输油泵，探讨对计算精度有显著影响的关键因素，提出了最优的数值模拟方案。根据以上研究结果，研究分析了某型号国产输油泵，得到不同导叶数和相位角下的外特性和内部流动情况。结果表明，选用standard k-ε模型，SIMPLE算法，速度进口和自由出流边界条件在计算中可以获得相对较好的结果；相位角30°时流态最佳，效率最高；导叶叶片数为10时可以回收更多的动能，泵效率较高。
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  油管在线清蜡装置喷孔射流性能研究

  李琴, 黄艺湄, 黄志强, 汤海平

  流体机械. 2018, 46(12): 44-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.008

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  针对目前修井作业中高压水射流刺洗清蜡方式工作效率低、污染作业环境的问题，提出了一种利用高温蒸汽作为清洗介质的油管在线清蜡装置，使得在起出油管的过程中对其外壁结蜡进行清除，以达到清蜡作业更加高效环保的目的。首先建立了喷孔射流性能的评价指标，以射流主体段、离散段的长度之和，射流速度、射流动压以及清洗面积作为评价指标，其次采用FLUENT软件对清蜡过程中装置的射流流场进行了数值模拟，研究了装置的机械冲击作用，并对比分析了不同结构喷孔的射流性能，最后利用评价指标优选出了射流性能最好的喷孔结构。结果表明：锥直Ⅰ型喷孔的射流性能最好，优选其作为油管在线清蜡装置的射流喷孔。
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  模糊PID自适应控制在微型齿轮泵恒流控制系统中的应用

  刘汉忠, 俞鹏

  流体机械. 2018, 46(12): 50-53,84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.009

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  用微型齿轮泵来实现液体小流量精确控制在工业领域应用较多，这类流量控制场合通常需要超调小、快速稳定、稳态精度高，为得到这些较理想的动态及稳态性能，本文提出了采用模糊PID自适应控制算法来弥补传统PID控制参数整定的不足，通过实例建模、算法设计、仿真试验、实物试验，结果表明，模糊PID自适应控制能减小超调、快速稳定，并且稳态精度高，该方法在性能上要优于传统PID控制，在流量定量控制场合有一定应用价值。
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  离心式空压机能耗关键影响因素的分析

  李中, 王庆锋, 刘翔宇, 雷兴国

  流体机械. 2018, 46(12): 54-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.010

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  要降低空压机系统能耗，则必须首先识别出空压机关键能耗影响因素。通过分析正常运行状态下影响空压机能耗的单元，定义了空压机系统边界；基于粗糙集理论与网络层次分析法对空压机能耗影响因素进行识别与评价；利用AspenPlus软件对两级离心式空压机进行建模仿真，采用控制变量法改变不同参数，得到不同因素对空压机系统能耗的影响规律，获得离心式空压机关键能耗影响因素，从而为实际工程中空压机系统节能降耗提供参考与借鉴。
制冷空调
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  空气流量及用水量对空气源热泵热水机组性能影响的试验研究

  鲁祥友, 李倩, 鲁飞, 彭超, 林媛, 张虎, 马进伟

  流体机械. 2018, 46(12): 60-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.011

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  试验研究了蒸发器侧空气流量及用水量对空气源热泵热水机的换热特性的影响。结果表明：蒸发器侧空气流量和水箱出水流量对水箱的水温影响很大；蒸发器空气侧流量越大，蒸发器出口温度越高，随着空气流量从大到小，蒸发器出口温度分别提高了10.20，8.90，5.70℃；系统瞬时COP随着蒸发器空气侧空气流量的增大而增大，而在同一空气流量下，瞬时COP随着时间的增加而减少，瞬时COP下降率分别为1.53%，2.05%，2.92%；故障工况下蒸发器空气侧空气流量对机组瞬时COP的影响很大，机组在故障工况下的瞬时能效比很低，且能效比波动符合换热强弱交替的变化趋势。
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  低温低湿空调的液体冷媒除霜性能分析

  王猛, 臧润清

  流体机械. 2018, 46(12): 65-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.012

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  液体冷媒除霜系统具有在除霜期间制冷过程连续，库温波动小，无需附加能耗的优势，可应用在低温低湿的空调系统中。为了探究液体冷媒除霜系统的除霜性能，在热负荷为2 kW，湿负荷为116 g/h的条件下，对系统结霜时的制冷量和除霜时环境室内的温度和相对湿度进行测量。结果发现：霜的增加会使低温低湿空调系统的制冷量下降，影响控制效果。在整个除霜过程中，环境室内的温度波动值在5℃以内，相对湿度的波动值在15%以内，最大波动值持续的时间仅为100 s。
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  基于传热势容耗散极值定理的室内温度场优化

  于萍, 耿伟轩, 黄传辉, 郭华锋, 孙健

  流体机械. 2018, 46(12): 69-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.013

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  根据传热势容耗散函数，利用变分原理在给定条件下对耗散函数求极值，获得场协同方程，求解场协同方程获得室内最佳流场。研究发现，流场优化之后室内流体温度分布更为均匀；传热势容耗散增大，对流换热能力减弱，室内的平均温度升高，但流场的扰动更加剧烈，冷热流体混合更趋于均匀，室内流体温差减小；进口风速提高，虽然可以提高进口冷空气和室内热空气的对流传热系数，带走更多热量，使室内流体的平均温度降低，但进口冷空气对室内热空气的稀释作用也会增强，导致室内热空气的温度梯度减小，换热能力减弱，所以进口风速应合理选择。
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  喷嘴出口流速与钢带表面换热特性的CFD模拟

  王金锋, 李文俊, 谢晶, 杨大章, 唐婉, 柳雨嫣

  流体机械. 2018, 46(12): 73-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.014

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  以条缝喷嘴的上下冲击式速冻机为对象，建立了包括静压腔、条缝喷嘴、钢带和导风槽在内的三维数值模型进行CFD模拟，并对速冻机特征位置的风速进行了试验测试，结果验证了数值模拟的可行性。同时探讨了结构参数对喷嘴出口速度和钢带表面换热特性的影响，结果表明：沿速冻机宽度方向，喷嘴出口流速变化较大，距离压力出口越远，喷嘴出口流速越小，在速冻机中心到达最低；随着H_s增加，沿速冻机宽度方向喷嘴出口流速均匀性逐渐改善；沿速冻机宽度方向，钢带表面Nu呈现不均匀分布，当H_s=2时，换热不均匀度为33.1%；随着H_s增大，Z方向喷嘴出口流速增加，钢带表面Nu减小；根据虾仁不被吹飞的临界横向风速及虾仁表面最大换热强度确定了喷嘴出口与钢带之间的最佳H_s=10。
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  组合式除湿新风系统性能分析

  黄志甲, 罗良, 王晓玉

  流体机械. 2018, 46(12): 79-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.12.015

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  以提高除湿新风系统除湿能力和性能系数为目的，设计了高温水预冷型溶液除湿新风系统和转轮全热回收型溶液除湿新风系统。理论分析结果表明：新风相对湿度为65%，温度在32~37℃范围内时，组合式除湿新风系统的除湿能力是常规溶液除湿新风系统的1.2~1.3倍，送风参数受新风参数变化的影响很小，送风参数基本不变，系统稳定；典型工况下，高温水预冷型溶液除湿新风系统的性能系数比常规溶液除湿新风系统提升98%，转轮全热回收型溶液除湿新风系统的性能系数比常规溶液除湿新风系统提升134%。组合式除湿新风系统的性能优于常规溶液除湿新风系统，具备推广的可行性。