2018年, 第46卷, 第8期　
刊出日期：2019-12-23

  

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试验研究
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  离心泵变转速压力脉动特性的试验研究

  高波, 王孝军, 倪丹, 周文杰, 刘凯

  流体机械. 2018, 46(8): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.001

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  为探究变转速运行对离心泵压力脉动的影响，以1台比转速为95的单级单吸离心泵为研究对象，利用高频动态压力传感器，同步采集泵进、出口及蜗壳周向不同位置处变转速下的压力脉动信号，并开展相似工况下压力脉动信号频谱特性分析。试验结果表明：相似工况下，随转速提高，轴频、叶频及其倍频的压力脉动幅值均增大；对压力脉动幅值无量纲化，发现轴频及叶频处各测点压力脉动系数随转速的变化规律存在差异性，但各测点压力脉动系数的平均值却几乎不受转速影响，并且各测点在整个低频段（0~4 f_BPF）的压力脉动能量平均值亦随转速变化不显著，表明压力脉动系数和能量平均值可作为衡量泵动态特性的参数；流量对泵动态特性影响显著，从0.6Q增加至1.3Q，各转速下泵压力脉动能量平均值呈先减小再增大趋势。
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  流场转速对旋流分离性能影响研究

  邢雷, 蒋明虎, 张勇

  流体机械. 2018, 46(8): 6-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.002

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  应用欧拉-拉格朗日方法，对双锥型液-液分离旋流器内不同入口速度条件下的分离性能进行数值模拟及试验，得出随着旋流场转速的逐渐增大，旋流分离效率逐渐升高。为研究旋流分离过程中不同流场转速对分离性能的影响因素，采用粒子成像测速技术（PIV）对旋流样机内部速度场进行测量试验，并采用高速摄像技术记录了变转速旋流场内离散相分离过程。结果表明：流场转速对旋流分离性能的影响除离心力外，还受到轴向截面上二次衍生涡流数量及分离过程中油核摆动幅度的影响；本文研究的旋流结构内随着流场雷诺数的增加，轴向截面上二次衍生涡流数量逐渐减少。当雷诺数Re ≥ 2.51×10⁵时，可以忽略轴向截面上二次衍生涡流对分离性能产生的不利影响；旋流分离过程中流场低转速旋转时油核摆动幅度较大，使离散相分离轨迹发生偏移，使旋流分离性能降低。测量范围内油核摆动最大幅值像素坐标差为100，在t=5.2 s后油核摆动幅值为0，此时可以忽略油核摆动对旋流分离性能的不利影响。
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  管线阀门的抗外载荷试验模拟及其安全评估

  陈天敏, 张强升, 贺振宇, 王娅琦

  流体机械. 2018, 46(8): 13-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.003

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  介绍了管线阀门的抗外载荷试验技术要求，以及通过有限元方法实现试验模拟的详细过程和具体的评估方法，然后以轴流式止回阀为例详述了此方法的实现过程。此方法为验证管线阀门的抗外载荷能力提供了新的途径。
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  混合工质摩尔配比对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响

  密晓光, 陈杰, 余思聪, 丁超, 胡海涛, 丁国良

  流体机械. 2018, 46(8): 17-20,12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.004

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  为了明确混合工质摩尔配比对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响，开展了乙烷/丙烷二元混合工质两相流体在壳侧的换热特性试验研究。其中，乙烷与丙烷摩尔配比分别为10：90、30：70与60：40，干度工况范围为0.2~1.0，质流密度为40~80 kg/（m²·s），热流密度为6 kW/m²。试验结果表明：对于乙烷/丙烷二元混合工质，当干度小于0.7时，换热系数随乙烷摩尔分数的增加而减小；在干度大于0.7时，换热系数随乙烷摩尔分数的增加而增大。
设计计算
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  极端工况机械密封波纹管结构-热耦合失效分析

  赵文元, 穆塔里夫·阿赫迈德, 田雪峰

  流体机械. 2018, 46(8): 21-24,5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.005

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  针对焊接金属波纹管在复杂工况下的失弹、疲劳失效的现象，以波纹管为研究对象，建立三维模型，应用静力学、热力学理论和有限元计算、试验分析相结合的方法对机械密封波纹的性能进行了分析，得到了不同力和温度作用下波纹管的受力分布、压缩量、刚度和热变形的变化规律及相互影响关系。结果表明：温度和力的作用对波纹管的失弹失效有较大影响。研究结果对于波纹管的优化设计、疲劳寿命分析、机械密封的选用和维护等提供了相关数据和理论依据。
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  叶顶间隙对汽车水泵压力脉动影响的数值研究

  周晓红, 曾维友, 陈伟, 罗时军

  流体机械. 2018, 46(8): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.006

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  水泵作为汽车冷却系统中的重要部件，对发动机性能有着重要的影响。基于SST k-ω湍流模型，对不同尺寸下叶顶间隙的汽车水泵进行了非定常数值计算，研究了其内部流场和压力脉动特性。结果表明：在不同的叶顶间隙下，泵内流场的压力脉动特性均表现出明显的周期性变化，各监测点压力脉动峰值均出现在叶频处，同时随着叶顶间隙的增大，叶片上和蜗壳内的压力脉动是逐渐减弱的；泵内压力梯度也随着叶轮旋转呈现周期性变化，随着叶顶间隙的增大，叶轮、蜗壳和叶顶间隙上的压力是逐渐减小的；叶轮流道内和蜗壳出口处均出现二次流回流旋涡，随着叶顶间隙的增大，叶轮流道内涡强度减弱，蜗壳出口处涡强度加剧。
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  基于纤维空气分布系统的置换通风的热舒适性研究

  陈孚江, 卢旺, 陈梦梦, 蔡佳霖, 吕长宁

  流体机械. 2018, 46(8): 32-35,31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.007

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  以常州大学人工环境室为载体，建立了基于纤维空气分布系统的置换通风气流流动换热数学模型，利用FLUENT软件对人工环境室内气流速度场、温度场和热舒适性进行了仿真研究。结果表明：基于纤维空气分布系统的置换通风策略能创造出传统置换通风的效果，室内空气温度分层现象明显；工作区内垂直温度梯度小于ISO7730限值，人体无明显吹风感，热舒适性较好。研究还发现，房间底部存在部分区域气流速度过高，可能造成吹风威胁，有必要对纤维空气分布系统孔口设计进一步优化。
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  船舶压载水过滤器内部流场的数值研究

  侯宗宗, 王宾宾, 王要伟

  流体机械. 2018, 46(8): 36-39,76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.008

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  采用CFD软件对自动反冲洗过滤器内部流场进行模拟分析，滤网采用多孔介质模型，并对仿真结果值与过流试验值进行了比较。结果表明，仿真模拟结果值与试验值相差不大，证明了滤网多孔介质模型的仿真方法以及过滤器仿真结果的可靠性，并分析了过滤器内部流场情况，为自动反冲洗过滤器的优化设计与性能分析提供必要的理论依据。
应用技术
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  SHMFF并联变频水泵的控制策略与优化

  仇文君, 欧阳峥嵘

  流体机械. 2018, 46(8): 40-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.009

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  基于稳态强磁场试验装置磁体高纯水冷却循环系统，建立了并联变频水泵特性模型，利用界限频率法及其改进方法，分别探讨了并联变频水泵转速比与运行台数的优化配置问题。提出了多台并联变频水泵的优化控制方法。
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  基于叶片数和叶片出口直径的MVR高压离心风机性能改进

  刘燈, 李晶, 凌祥

  流体机械. 2018, 46(8): 44-48,55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.010

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  以机械蒸汽再压缩（MVR）系统常用的高压离心风机为研究对象，采用数值模拟方法，研究风机的气动性能，以风机性能试验验证数值计算方法的可靠性。在此基础上，重点分析叶片数和叶片出口直径对高压离心风机各项性能的影响。数值结果表明，增加叶片数和叶片出口直径均能改善风机的气动性能，叶片数取12并增大叶片出口直径的改进风机在全压和效率方面都优于原型风机。本研究结果可为MVR高压离心风机的流场分析和叶轮结构改进提供参考。
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  旋涡泵内纵向旋涡影响机理分析

  陶佳欣, 陈万强, 李祥阳

  流体机械. 2018, 46(8): 49-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.011

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  为进一步研究旋涡泵内部流场特点，阐述旋涡内纵向旋涡对旋涡泵外特性的影响机理，本文通过试验测得某旋涡泵的流量-扬程特性曲线，并与数值计算结果相对比，验证SST k-ω湍流模型应用于旋涡泵数值计算中的准确性；通过分析6个轴向截面和15个周向截面的流场特征，研究纵向旋涡的形成和消失与压力速度变化的联系。结果表明：旋涡泵内可分为进口区、加速区、线性区、减速区、出口区和隔舌区；旋涡泵叶轮与流道的动量交换不仅仅发生在叶根和叶尖区域；线性区内纵向旋涡周期性的产生与消失使流体压力升高了总压升的85.7%；出口区和隔舌区内纵向旋涡的消失使进口区压力突降了35%，隔舌区速度突降了60%。
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  关键高温油泵机械密封及辅助系统改造

  王振业, 姜世庆

  流体机械. 2018, 46(8): 56-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.012

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  焦化进口辐射进料泵、常减压减底泵、催化油浆泵等是炼油厂关键高温油泵，普通单端面波纹管机械密封及辅助系统存在易泄漏、密封使用寿命短、易导致火灾、配件费用高等问题。通过原因分析对比，根据实际情况将原机械密封改造为串级集装式双波纹管机械密封，辅助系统改造为PLAN53B+32，改造后效果显著，机械密封寿命大大延长，节约大量维修成本，消除了机械密封泄漏火灾隐患。
制冷空调
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  复合式露点间接及板管式间接蒸发冷却器的试验研究

  张鸿, 黄翔, 杨立然, 褚俊杰, 贺红霞

  流体机械. 2018, 46(8): 60-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.013

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  在一定的二/一次风量比、水气比情况下，对复合式露点间接蒸发冷却器及板管式间接蒸发冷却器的湿球效率、降温幅度、间歇性喷水时间、耗水量等性能参数进行试验分析，并对这2种冷却器的性能特点及适用性进行对比分析。当风量接近2 000 m³/h时，板管式间接蒸发冷却器流道较宽，使用灵活，适用性较强；而复合式露点间接蒸发冷却器降温效果、湿球效率、产冷量更大，但其相应的耗水量也更大。
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  重力再循环制冷系统与直接膨胀制冷系统的对比研究

  王赫, 臧润清

  流体机械. 2018, 46(8): 66-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.014

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  重力再循环制冷系统通过提高蒸发器内工质的流速来强化换热，通过热虹吸原理让工质实现再循环，使管内壁的润湿程度得到提高，有效降低了工质气体与管内壁的接触程度，从而提高工质侧的换热系数。通过在再循环系统试验装置上的改造，实现再循环制冷系统与直接膨胀系统的切换。试验对比了2种系统的传热温差、传热系数、制冷量、COP等参数。结果表明，相比于直接膨胀制冷系统，再循环制冷系统蒸发压力得到明显的提高，因此，再循环制冷系统的库内空气能达到更低的温度；在库内温度为-5~-20℃的过程中，再循环制冷系统传热系数提高了57%~115%，制冷量提高了11%~26%，COP提高了8%~20%。
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  中压补气技术对电动客车用热泵空调器性能的影响

  崔四齐, 周光辉, 刘寅

  流体机械. 2018, 46(8): 71-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.015

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  针对电动客车用热泵空调器在低温工况下压缩比大、排气温度高、容积效率偏低、系统性能降低等突出问题，提出了采用带经济器的中压补气技术，并对系统循环过程进行理论分析，测试了不同车外环境温度下中压补气技术对电动客车用热泵空调器的性能影响。结果表明：与不补气的热泵空调系统相比，采用中压补气技术可显著降低压缩机排气温度，使系统安全可靠运行，特别是在-15℃的超低温车外入口空气温度时，不补气排气温度高达116.7℃，而中压补气排气温度为99.6℃，相比下降了14.7%；采用中压补气技术减少了热泵空调的制热衰减量，提升了制热性能系数COP，且随着车外环境温度的降低，其效果更加显著，当车外入口空气温度由7℃下降到-15℃时，制热量提高了5.2%~21.3%，COP提高了3.2%~14.2%。
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  半地下结构工业厂房内通风换热数值模拟研究

  王孟武, 张知宇, 刘凯迪, 李雪芳

  流体机械. 2018, 46(8): 77-82,65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.016

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  工业厂房内通常含有发热量较高的设备和管道等，需要进行通风换热以保证设备的正常运行和维持室内较为舒适的工作环境，特别是对于地下厂房空间，仅依靠自然对流无法满足通风散热的要求，因而往往采用机械通风和自然通风结合的方式。本文利用数值模拟方法研究了包含多处内热源和地下结构的二层厂房内的通风换热问题，构建了厂房的三维简化物理模型，模拟了不同的窗口设置情况下厂房内的气流组织和温度分布情况。结果表明：厂房内的气流组织对厂房内温度分布有显著的影响，冗余的风口设置会造成厂房内温度场均匀性变差，导致通风效率及经济性的明显下降。
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  MHD低温蒸发系统内填料蒸发器蒸发过程的研究

  袁惠新, 陆明佳, 金澄澄, 雒维文, 丁南华

  流体机械. 2018, 46(8): 83-88,70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2018.08.017

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  MHD（Multistage humidification-dehumidification）低温蒸发技术，可以用太阳能、余热或废热为热源，低成本地处理高浓度污水，且蒸发温度低、节能效果显著。其中的填料蒸发器是一个重要部件，其特点是传热传质效率高、结构紧凑。本文基于非稳态三维气液流动，研究了填料蒸发器内的蒸发过程，包括液相颗粒质量变化、温度分布以及水蒸气浓度分布，揭示了填料蒸发器内废水原液蒸发及对干燥空气加湿的规律，为MHD低温蒸发系统填料蒸发器的结构性能优化以及蒸发系统整体性能计算提供了依据。