2019年, 第47卷, 第10期　
刊出日期：2019-10-30

  

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试验研究
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  基于CFD的自激振动空化射流喷嘴结构参数影响研究

  孙鹏飞, 周正权, 陈祎, 姜哲, 罗高生, 王彪

  流体机械. 2019, 47(10): 1-7,19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.001

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  随着海洋结构物水下清洗技术的发展,具有高效、安全、节能、环保等特点的新型空化射流清洗技术也开始新兴于水下清洗作业当中。自激振动空化射流则结合了空化射流和脉冲射流的特点,可以达到更好的空化效果,从而实现快速清洗、切割等功能。本文以传统赫姆霍兹喷嘴为研究对象,结合相关文献,在喷嘴出口处添加可以增强空化效果的扩张管结构,同时,分别以喷嘴谐振腔高度、谐振腔宽度、扩张管角度和泵额定压力为研究变量,通过计算流体动力学软件(CFD)对新型赫姆霍兹喷嘴展开数值仿真,结合仿真结果,分析不同变量对于空化射流效果的影响。本文研究成果既可以为作者今后的实验研究做好理论基础,同时,也可以为赫姆霍兹喷嘴的优化设计提供一些参考。
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  变频运行离心引风机轴向共振问题诊断及治理研究

  郑金, 李钢, 张华东, 李凯伦, 孙祖毅, 孙大伟, 姜蕾

  流体机械. 2019, 47(10): 8-13,29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.002

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  在广泛调研的基础上,系统研究了风机转子及支撑系统的共振问题。以某电厂7号机组离心式引风机为例,通过现场振动测试、数值模拟及理论分析等方面对离心风机在变频调速情况下振动突然增大的现象进行了分析,发现对于变频调速离心引风机而言,在某个或几个转速发生振动突然增大的现象时,轴承座轴向支撑刚度及转子轴向共振频率(轴向摇摆disc-wobble)是影响轴向振动的关键参数。通过实践治理发现,对于这类风机转子共振现象,通过提高轴承座刚度,缩短转轴长度以及加固叶轮与转轴连接刚度等方法,能够有效地降低风机在特定转速下的轴向振动,消除共振现象,该研究结果及治理经验对于电站风机设备的转子及支撑系统共振治理有着广泛的推广意义。
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  旋风分离器进气管结构改进的数值模拟研究

  乐敏

  流体机械. 2019, 47(10): 14-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.003

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  采用数值模拟和试验相结合的方法,首先通过试验数据与数值模拟结果的对比,在验证了数值模拟结果准确性的基础上,研究了缩口对旋风分离器流场结构及压降和分离效率的影响。研究结果表明:缩口对维持流场的稳定性具有较好的效果,且能够较大的减小升气管外壁的低速区。旋风分离器的压降和分离效率随缩口角度的增大而增大,当缩口角度为20°时,压降增加较小且对分离效率的提升较大,因此最佳的缩口角度为20°。
设计计算
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  蒸汽压缩机密封保障系统研制

  丁思云, 杨博峰, 郑国运, 姚黎明, 蔡粤华, 王永乐

  流体机械. 2019, 47(10): 20-23,37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.004

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  结合某蒸汽压缩机密封保障系统的研制实例,以工作可靠性为前提,从保障系统方案、系统作用原理、设计考虑、制造和调试等环节,阐述密封保障系统的研制过程,给出密封保障系统的普适性研制方法和思路,并研制出某蒸汽压缩机密封保障系统,为广大密封用户、生产制造厂家以及相关工程研究人员提供参考和支持。
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  低比转速泵反转透平性能换算修正方法

  王晓晖, 夏正廷, 敏政, 郝艳, 匡开林

  流体机械. 2019, 47(10): 24-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.005

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  离心泵反转作透平(PAT)可回收液体能量。泵工况和透平工况流量、扬程换算关系H_t/H_p、Q_t/Q_p是PAT选型设计与性能预测的关键,而现有的换算关系对低比转速PAT误差较大。通过分析放大系数及速度滑移对低比转速PAT性能换算关系的影响,得到一种性能换算的修正方法。对比转速为33~86的8台PAT采用数值模拟软件FLUENT 17.0进行数值计算,分别得出其扬程、流量换算关系的修正系数。该修正系数与比转速的关系通过多项式拟合得到。采用已公开的7台低比转速PAT试验结果验证,与其他方法相比采用该修正系数计算的H_t/H_p、Q_t/Q_p误差约减小3%~15%。针对低比转速PAT的选型设计和性能预测该方法可提供理论指导。
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  船用离心风机流动诱发振动噪声数值研究

  张建华, 楚武利, 杨晓彤, 张晶辉

  流体机械. 2019, 47(10): 30-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.006

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  针对进出口连接有长管道的离心风机系统,其外部辐射噪声主要是内部非定常流动诱发蜗壳振动产生的振动噪声。基于风机振动噪声问题,给出了一种考虑振声耦合作用的流场-结构-声场单向耦合数值计算方法,并通过振动试验验证了此单向耦合数值计算方法的有效性,随后基于声辐射贡献量分析(PACA)方法定量的给出了噪声源位置。研究表明:振动噪声的基频分量占据主导地位,蜗壳表面声压主要由蜗壳表面振动速度或是振动加速度决定。噪声源分析表明,蜗壳侧板出口靠近蜗舌区域、蜗壳前、后板距离蜗舌180°附近区域是蜗壳基频振动噪声辐射的主要振动噪声源。
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  量热器法压缩机性能测试实验台的性能评估

  李卓玛, 黄剑川, 李永珍, 张虎金

  流体机械. 2019, 47(10): 40-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.007

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  就制冷压缩机性能测试实验台进行了系统的设计,依据GB/T 5773-2016,从传感器入手对量热器法测量结果进行了制冷量的不确定度分析,以此评估实验台性能。本文改进了第二制冷剂量热器法中的关键部件量热器,改进后的量热器漏热量最大仅为制冷量的0.29%。从不确定度分析结果可知,同时提高功率计、吸气压力传感器和吸气温度铂电阻精度,制冷量不确定度降低了51.42%。
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  大口径三偏心蝶阀关闭过程内部流场动态仿真

  刘惺, 何庆中, 赵献丹, 王佳, 廖伯权

  流体机械. 2019, 47(10): 42-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.008

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  为了给大口径三偏心蝶阀的设计与选型提供一定的技术支撑,针对某水电站使用的DN3400大口径三偏心蝶阀在关闭过程中流场不稳定问题,文章采用FLUENT动网格与用户自定义函数UDF相结合,分析出了三偏心蝶阀的内部流场变化规律以及不同关阀速度对碟板的动水压强的变化规律。结果表明,蝶阀在关闭过程中其内部流场从稳流转变为湍流,且随着阀门关闭过程的进行,涡街效应逐渐增大;此外,适当的关阀速度能够有效的减小动水压强,特别是6 s < t < 10 s时,动水压强相比4 s时减小30%左右。
应用技术
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  氢气压缩机一级活塞杆轴肩断裂失效原因分析

  刘祥春

  流体机械. 2019, 47(10): 47-50,70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.009

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  氢气压缩机是石油化工领域常见的通用设备,然而其在运行过程中活塞杆易出现断裂现象,故分析氢气压缩机轴肩断裂失效具有重要的工程意义。本文以某石化氢气压缩机活塞杆为研究对象,通过对活塞杆材料化学成分、断口宏观和微观形貌以及材料金相组织等进行了系统地分析,结果表明:氢气压缩机一级活塞杆检修后,由于活塞杆检修工艺和运行条件的变化,造成活塞杆轴肩在断裂前所受的载荷出现应力集中,且承受的载荷是相当高的,上期长期在这种载荷下运行时出现疲劳裂纹,并不断向外扩展,最终演化为轴肩断裂现象。相关研究成果能够为类似活塞杆轴肩断裂原因分析提供参考。
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  核主泵轴承重载惰转停机承载性能研究

  刘小军, 陶邵佳, 张亚宾, 周忺骄, 李盼, 苏先顺

  流体机械. 2019, 47(10): 51-54,88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.010

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  以某核主泵轴承为研究对象,针对其在重载惰转停机期间出现的主推力瓦磨损现象,指出了原轴承结构设计的不足,从轴承润滑理论出发,采用了DyRoBeS润滑计算软件,对主推力瓦惰转停机过程中的油膜厚度进行了分析。通过对推力瓦支点进行优化,并与原设计进行了对比分析,并进行了性能试验,验证了新设计的可靠性,为其他核主泵轴承的优化设计提供了一定的参考。结果表明:原推力瓦存在磨损的原因是瓦面面积不足且支点位置不合理,导致油膜厚度不够,在300r/min时便进入边界润滑状态,导致了很大的磨损风险。在支点位置改进之后,轴承的停机性能较之前有了明显的提高,有效避免了重载惰转停机过程中产生的严重磨损。
制冷空调
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  辐射诱导一体化末端冬季性能特性试验研究

  陈新, 张小松, 徐国英

  流体机械. 2019, 47(10): 55-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.011

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  提出了一种将诱导器与辐射顶板相结合的一体化空调末端形式,从而实现了辐射对流结合效果。对该末端进行试验探究,测试了不同室内设定参数对系统供暖性能和室内热环境参数的影响,并与传统空调进行比对。试验结果显示,通过采用新型末端,可在辐射以及诱导的双重作用下形成竖直方向和水平方向相对均匀的室内温度场,符合舒适性要求。
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  微通道换热器结露工况下换热特性及其影响的试验研究

  赵松田, 陈华, 李玉婷

  流体机械. 2019, 47(10): 60-63,59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.012

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  微通道换热器因体积小、制冷剂充注量少、换热效率高等优点,已被广泛应用到汽车空调和空调系统的冷凝器,但作为蒸发器使用时,会因换热器表面空气结露而影响换热性能。以微通道换热器为研究对象,分析在结露条件下,不同的入口空气湿度、风速和微通道换热器布置倾角等参数对微通道换热器的出口空气温度、空气侧压降、换热量和换热系数的影响程度,研究发现:空气入口湿度对微通道换热器出口空气温度影响较大,相对湿度提高10%,出口温度约提高1.3℃;迎面风速对换热器空气侧压降影响很大,风速从1.5 m/s提高到3.0 m/s,压降增加一倍以上,风速大小为2.5 m/s时,换热器换热效果最佳;换热器倾角较入口相对湿度和迎面风速对微通道换热性能影响较小。
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  与工质互溶性较差的润滑油对制冷系统影响的研究综述

  陈锐, 雷博雯, 陈振华, 李金波, 吴建华

  流体机械. 2019, 47(10): 64-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.013

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  天然工质R290是现今备受关注的房间空调器替代工质之一,但其润滑油的选择尚未统一。应用于R22的矿物油与R290有良好的互溶性,但选用矿物油作为R290压缩机润滑油时,油池中溶解的制冷剂过多,导致润滑油工作黏度不足,并增加系统所需充注量,因此需要更大的粘度等级。PAG合成油与R290部分互溶,其互溶程度可以通过改变PAG的分子结构调整。目前,部分R290房间空调器选用了互溶性较差的PAG油。本文针对R290房间空调器的润滑油选择问题,对以往工质替代过程(HFC替代R12、R22,R32替代R410A)中有关制冷剂/润滑油较差的互溶性对空调器性能影响的研究进行了综述,并对R290系统应用互溶性较差的润滑油进行了评价。
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  一种新型房间空调器室内温度分布的CFD研究

  操瑞兵, 岑健, 肖蕾, 张先勇, 李丽

  流体机械. 2019, 47(10): 71-74,81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.014

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  设计了一种顶部45°角送风的新型房间空调器,对常规送风与顶部45°角送风方式的空调分别建立三维CFD模型对室内温度分布进行模拟计算。结果表明:相比于常规送风方式,顶部45°角送风室内温度分布均匀性显著提高,舒适性增强,达到相同的室内平均温度,其所需的送风量减小50%左右,节能约30%。模型模拟计算结果与试验测量值吻合度高,对设计开发新型室内空调器和优化室内气流组织具有指导意义。
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  新风风量对间接蒸发冷却器冷凝区域和性能的影响

  李晗, 吕建, 李勇刚, 郭春梅, 孟丹东

  流体机械. 2019, 47(10): 75-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.015

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  高温高湿地区,由于新风的相对湿度较大,干通道内板面上容易发生冷凝,从而影响换热器的性能。本文通过可视化的试验装置观察新风风量对干通道内冷凝区域的影响,分析冷凝条件下新风风量对新风出口温度、湿球效率、换热量、冷凝量和耗水量等性能的影响。试验结果显示:增加新风风量可以减少冷凝区域,但当新风风量超过700 m³/h,新风风量对冷凝区域影响较小。减小新风风量可以减少换热,但也可以降低出口温度和耗水量,提高了湿球效率。当风量为500~900 m³/h时,新风出口温度最低为24.57℃,湿球效率最大为57.77%,耗水量最大为1.38 g/s。此外,新风风量对潜热换热量和冷凝量影响较小。
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  基于冷却数的逆流湿式冷却塔性能分析与导风板选型优化

  金琦凡, 王宏光

  流体机械. 2019, 47(10): 82-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.10.016

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  针对某600 MW机组的逆流湿式冷却塔在侧风条件下冷却效果恶化现象,采用CFD的FLUENT软件,对进风口处加装导风板的冷却塔传热传质性能进行了数值模拟。通过设置不同的导风板结构参数,并基于冷却数评价方法研究了导风板长度、安装角及弧度的优化选型。模拟结果表明:当风速为4 m/s时,冷却效果最差,此时采用叶片长度为6~8 m的导风板冷却效果最好;定风速4 m/s工况下,直板型叶片最佳优化安装角为40°,与无板相比,冷却数的平均优化度△Ω为0.659;定风速4 m/s、安装角40°工况下,旋流型叶片最佳优化弧度为30°,与直板相比,△Ω为0.761。