流体机械

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倪成良, 江锦波, 彭旭东, 孟祥铠, 李纪云

流体机械. 2019, 47(4): 1-5,18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.001

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机械密封是航空航天涡轮泵系统的核心基础元件，其密封性、可靠性和耐磨性不仅取决于密封的结构设计，而且取决于密封端面摩擦副材料的配对。为最大程度地实现密封摩擦副材料的国产化，开展国产典型石墨密封环的摩擦磨损特性研究具有重要意义。通过选取国内三大石墨生产商出品的空天领域常用典型石墨（编号分别为1^#、2^#和3^#）与9Cr18钢配副进行干磨条件下的试验测试，基于正交试验方法，通过改变线速度、端面比压和硬环表面粗糙度，使用UMT-Ⅲ摩擦磨损试验机对比分析了配对摩擦副的摩擦磨损特性。结果表明，该配对副适用于大PV值的工况条件，摩擦线速度是影响配对副综合摩擦学特性的主要因素。当材料选用1^#石墨，转速为750 r/min、端面比压为1.77 MPa、钢盘表面粗糙度Ra=0.2 μm时，配对副的综合摩擦学特性最佳。

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基于三维CFD方法的管路瞬变流特性研究

汪建, 杨帅, 吴大转, 刘凯

流体机械. 2019, 47(4): 6-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.002

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输流管道系统中的水锤现象是引起管道失效的主要原因，传统的分析方法常基于特征线法进行一维计算，而忽视了流体流动所带有的典型三维特征。因此，本文采用三维计算流体动力学（CFD）对关阀水锤现象进行分析。研究中，建立了直管路和分支管路试验模型，利用动网格技术实现阀门快速关闭，并通过UDF文件修改介质属性实现在瞬态模拟中实时考虑流体可压缩性。数值模拟结果与试验数据对比分析可知，三维CFD分析方法可以准确模拟关阀水锤的压力脉动衰减过程，并且2种不同管路中的压力脉动波动周期、波形与试验数据吻合程度较高，验证了三维CFD方法在管路瞬变流分析上的准确性。研究结果对与进一步改进一维瞬变流计算模型精度、水锤预防和管路设计有重要指导意义。

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旋风分离器料腿-翼阀系统排料特性的试验分析

闫雪, 韩锡龙

流体机械. 2019, 47(4): 14-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.003

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在高6 m、直径160 mm的料腿-翼阀系统试验装置上，以FCC催化剂为固体颗粒物料，改变负压差和颗粒质量流率条件，采用压力传感器并结合试验现象监测记录，研究了料腿-翼阀系统的排料特性。试验结果表明：料腿内的静压力随料腿内轴向高度位置的增加而减小；料腿内的料封高度随颗粒质量流率的增大而减小，随负压差的增大而增大；负压差增大时，翼阀阀板的开启角度增大；颗粒质量流率的增大，使阀板开启角呈增大的趋势，同时阀板处的排料周期减小。通过对翼阀阀板的受力情况进行综合分析，得出了阀板开-关状态的判据。

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基于响应面法的同向出流旋流器结构参数优化研究

张勇, 刘伟, 蒋明虎, 邢雷, 周忠贺, 王羕

流体机械. 2019, 47(4): 19-23,30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.004

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基于响应面（Response Surface Methodology，RSM）方法，以同向出流水力旋器为研究对象，以结构参数为输入变量，以底流口含油浓度为响应目标，分析旋流器分离效率随各结构参数在一定范围内的变化情况。完成不同结构参数对旋流器分离性能影响的局部灵敏度分析，同时基于多项式模型构建结构参数与响应目标间的回归方程，进而拟合出最佳的结构参数及分离效率。采用方差分析方法对回归方程进行灵敏度及精度分析，同时加工旋流样机对模型预测出的最优结构进行室内试验验证。结果显示回归方程具有较高的精度及灵敏度，预测出的旋流结构分离效率为96.58%，比初始结构效率升高了4.45%，与试验结果一致。充分验证了所得回归方程以及预测结果的准确性。

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摆动转子压缩机受力分析与理论计算

何志龙, 杨显照, 姬蓝天, 李丹童

流体机械. 2019, 47(4): 24-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.005

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在较大压差工况下，摆动转子压缩机比滚动活塞压缩机有更明显的优势。但由于其独特的结构，导致部件受力复杂，使实际设计计算缺乏理论依据。为此，本文对各部件受力进行了理论分析和数值计算。结果表明：气体力是影响大多数力变化的主要因素，部分运动部件之间存在较大的作用力；排气阀开启时刻，各作用力达到最大值；除气体力形成的负载力矩外，摆动转子与偏心轮之间的力矩是压缩机内的第二大负载力矩。

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多级轴流式迷宫调压器设计及基于数值模拟的结构改进

钟功详, 范德刚, 张兴, 薛刚, 祝令闯

流体机械. 2019, 47(4): 31-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.006

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调压器作为城镇燃气系统中的核心部件，对于天然气的运输与运用起着至关重要的作用。针对目前调压器在高压差、大流量情况下不能很好使用的现状，设计出一款轴流式迷宫活塞燃气调压器。通过多级降压的形式实现在高压差、大流量情况下自力式调节降压工作。首先运用三维建模软件Pro/E对所设计的调压器进行三维模型的建立；其次对模型进行简化处理后导入有限元分析软件ANSYS CFX里进行流场仿真分析，验证调压器符合设计要求；最后基于数值模拟的结果分析调压器在结构上存在的不足，并对其进行了结构改进，结果表明改进后的调压器有较好的应用意义。

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往复压缩机气量无级调节工况下吸气阀故障模拟与诊断

王蒙, 孙旭, 张进杰

流体机械. 2019, 47(4): 39-44,13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.007

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气阀是往复空压机上的易损部件，由于机组排气量调节要求需增加无级气量调节系统，进而改变了气阀的工作状态，使得气阀故障机理变得复杂化。通过建立往复压缩机工作循环的数学模型，利用软件模拟获得压缩机气量调节工况下动态压力曲线；改进数学模型、增加故障影响参数后，模拟了吸气阀的泄漏故障和弹簧刚度失效故障，得到了故障下的气缸压力数据；基于PCA方法进行了气阀故障状态的自动分类。

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三代压水堆核电站核二级低压安注泵用机械密封研制

刘伟, 张吉来, 李良平, 吴希曦, 陈侃, 王吉庆, 姚宝运

流体机械. 2019, 47(4): 45-48,38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.008

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总结了一种新型研制的压水堆核电站核二级低压安注泵用机械密封的技术特点，从设计输入、条件分析、方案选型等方面进行了详细的介绍，并利用有限元分析对端面状态进行了分析与优化设计。研究表明，合理选型和设置密封参数，可以实现在该泵的各类事故特殊工况下执行预期功能。

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阀口形状对套筒调节阀调控特性的影响

蔡标华, 秦子明, 石兆存, 方超, 俞健

流体机械. 2019, 47(4): 49-53,75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.009

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为了满足管道系统调节性能的要求，本文基于计算流体力学（CFD），研究了阀口节流截面形状对套筒调节阀调控的影响。讨论了椭圆型阀口、V型阀口和扇形阀口3种类型的节流阀。结果表明，流道的几何形状对流量系数影响很大；V形阀口具有类似的等百分比流量特性；扇形阀口具有类似的线性流动特性。相对特性随截面形状的变化而变化。在小开口时，阀门的内部流动更为复杂。阀芯附近的能量损失相对较大。

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淋水密度对多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器湿球效率影响的试验研究

孙铁柱, 黄翔, 魏敬茹, 唐松标, 胡家利

流体机械. 2019, 47(4): 54-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.010

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针对目前间接蒸发冷却器材料吸水性较差，只能采用连续布水方式使湿通道表面保持湿润。为此开发了一种多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器，利用多孔陶瓷丰富的比表面积来增大水膜与工作空气的接触面积；利用其较好的吸水性快速蓄水，实现间接蒸发冷却器的间歇性淋水，缩短循环水泵运行时间。本文针对淋水密度对多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器湿球效率的影响进行了试验研究，结果表明：在多孔陶瓷管完全湿润的情况下，淋水密度越小，湿球效率越高；淋水密度为8.8kg/（m·h），泵连续运行10 min，陶瓷管壁可完全侵透，水泵停止间隔100 min期间，冷却器的湿球效率最高，而且波动不大，相比传统连续布水方式，节约水泵能耗90%。

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冷却装置供液温度控制改进和试验研究

钟根仔, 柏祥华, 侯春枝, 崔哲, 杨敏玲, 陈恩

流体机械. 2019, 47(4): 59-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.011

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针对某型冷却装置，先从理论上对其原理流程以及控制逻辑等方面进行详细分析，得出其供液温度存在超差特性，并通过冷却装置试验验证了其供液温度超差特性；然后提出消除供液温度超差的改进措施，并通过对改进后的冷却装置进行试验研究，验证了改进措施的有效性。

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基于斯特林制冷机的小型天然气液化流程分析

陈曦, 凌飞

流体机械. 2019, 47(4): 64-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.012

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基于分级制冷的原理，设计了2种结合自由活塞斯特林制冷机的新型级联式天然气液化流程。编写计算机程序，对液化流程进行了数值模拟与对比分析。研究了2种流程工艺在不同系统压力、液化率等工况下的最佳降温方案和比功耗变化规律，分析了合理能耗条件下自由活塞斯特林制冷机相对卡诺效率的最低要求，并将本文设计流程与其他新型液化流程进行了对比。结果表明：此类新型液化流程在天然气液化流程的简化以及小型化发展方面具有一定的可行性。

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叉流式露点蒸发冷却器冷却性能的数值模拟

王玉刚, 黄翔

流体机械. 2019, 47(4): 69-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.013

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模拟研究不同结构参数和运行参数对叉流式露点蒸发冷却器（DPEC）冷却性能的影响。优化后的结构参数为：通道宽度宜取4 mm，干、湿通道长度均宜取1.2 m，开孔率宜取0.2，换热面积比宜取0.2；与优化后的结构参数相匹配的运行参数为：空气流量比宜取1，相应的一、二次空气流量均宜低于916 m³/h。模拟研究我国8种典型气候条件对叉流式DPEC冷却性能的影响，结果显示冷却器在我国中西部气候条件下能够提供较低温度的送风（18.9~23.9℃）。

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基于CFD模拟的厨房简易顶板辐射空调模型的研究

李旺, 戴石良, 王汉青, 李铖骏, 邱良燕

流体机械. 2019, 47(4): 76-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.014

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针对中国厨房炊事余热大，室内热环境不舒适的现状，提出一种简易的新型厨房顶板辐射空调模型。在厨房的天花板上安装了一个简单的辐射散热面板装置，并加装辅助排风管。基于计算流体动力学CFD方法，对厨房内双眼灶单开和双开时的室内及顶板温度分布进行了数值模拟，并通过在长沙多层公寓楼的家用厨房的实验测量验证。结果表明，炉灶双开时气流温度略高于单开3~4 K，烹饪时厨房温度约为301 K（27.85℃），低于客厅温度302 K（28.85℃），从而达到更舒适的热环境。天花板上的辐射冷却被证明是厨房冷却的重要因素。

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铝表面结霜的试验研究及CFD模拟

盛伟, 兰庆云, 刘鹏鹏, 李雪丽, 丁国良

流体机械. 2019, 47(4): 83-88,63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.015

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结霜是制约热泵在低温工况下运行的主要因素之一。针对蒸发器结霜问题，通过试验及数值模拟的方法研究了水平铝表面结霜特性。试验观察了铝表面霜层生长的形貌特征，对比了不同冷表面温度及来流空气特性对结霜的影响。结果表明：铝表面温度越低，霜层生长初在始阶段时间越长，风速大于1.5 m/s之后，风速的变化主要影响霜层生长成熟阶段，并通过计算流体力学（CFD）模拟分析了霜层密度及导热系数的变化，验证结果表明，该模型能够较好的预测铝表面结霜。

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2019年, 第47卷, 第4期　
刊出日期：2019-04-30

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