2019年, 第47卷, 第6期　
刊出日期：2019-06-30

  

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实验研究
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  不同季节单螺杆膨胀机散热损失的试验研究

  陈如梦, 王伟, 赵英坤, 吴玉庭, 马重芳

  流体机械. 2019, 47(6): 1-5,39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.001

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  膨胀机作为有机朗肯循环系统中的动力输出部件，其性能对系统起着至关重要的作用。传热损失作为膨胀机不可逆损失之一，是影响膨胀机运行效率的重要因素。本文对单螺杆膨胀机机壳及润滑油散热损失进行了冬夏两季试验研究，并进行了对比分析。试验结果表明，转速为3 000 r/min时，提高进气温度有助于减少传热损失的影响。虽然机壳及润滑油散热损失均有所提高，但各散热损失占比逐渐降低。夏季总散热损失占比由20.00%降低至9.52%，而冬季总散热损失占比由15.00%减小至8.79%。
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  模型可逆式水泵水轮机S区压力脉动测试

  张飞, 樊玉林, 祝宝山, 徐用良, 刘文杰

  流体机械. 2019, 47(6): 6-11,28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.002

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  S区特性是影响可逆式水泵水轮机过渡过程工况运行稳定的重要影响因素，通过研究模型水泵水轮机S区压力脉动可以为准确预测真机过渡过程工况下的特性奠定基础，为设计和运行提供有效指导。本文在某模型水泵水轮机特性试验的基础上，对S区包括蜗壳进口、无叶区、尾水锥管和尾水肘管等测点的压力脉动进行了测试，获得了各测点压力脉动混频幅值的分布与频率成分变化情况。测试结果表明：在等开度线上，飞逸工况时各测点的压力脉动混频幅值达到最大；同一工况点，无叶区压力脉动大于蜗壳进口压力脉动；沿流道方向，无叶区、锥管0.4D₂、锥管1.0D₂和肘管压力脉动依次减小；S区部分工况点存在主频为0.63f_R的旋转失速频率；0.18f_R频率成分广泛分布于S区内各工况点和测点中，引起这方面的原因可能是尾水管中的低频涡带、低频振荡或装置固有频率。
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  基于CFD的倒流防止器压力损失研究

  黄明亚, 张继伟, 范宜霖, 雷艳

  流体机械. 2019, 47(6): 12-14,67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.003

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  市政管网及生活饮用水管道中倒流防止器压力损失与可靠性一直是近年来水行业的热点问题，基于计算流体力学（CFD）方法，建立了倒流防止器内部流道三维模型，研究了不同工况下倒流防止器内部流场压力的损失及其变化规律，并通过搭建试验平台对模拟计算结果进行了验证。
设计计算
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  涡旋膨胀机齿头修正的理论研究

  彭斌

  流体机械. 2019, 47(6): 15-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.004

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  对圆渐开线涡旋型线的齿头修正展开了研究。首先从圆渐开线几何学出发，叙述了涡旋膨胀机的几何模型，探讨了涡旋齿齿头修正方法。为了提高涡旋机械的综合性能，着重分析了型线修正问题，研究了双圆弧修正与双圆弧加直线修正的修正参数的变化规律和修正面积系数的变化规律，为涡旋膨胀机的几何模型研究奠定了基础。
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  往复压缩机吸气阀通道内流场数值模拟研究

  韩宝坤, 魏国, 孙晓东, 鲍怀谦

  流体机械. 2019, 47(6): 20-23,61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.005

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  往复压缩机的效率首先取决于气阀，气体的非稳态流动是引起阀片的非正常运动（颤振、关闭延时）原因，也是气体流动损失的主要原因。利用标准k-ε模型对吸气阀口形状及进出口通流面积之比进行了流场数值模拟，结果表明，随着吸气阀口的倾斜角度增大，气阀通道出口两侧的涡旋区域越大，造成流体的压力损失也就越大，另外还研究发现吸气阀的进出口通流面积之比值越小，流体的压力损失越小。最后通过试验验证了仿真的正确性。
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  DG型多级泵平衡盘-转子系统启动过程的瞬态特性研究

  虎兴娜

  流体机械. 2019, 47(6): 24-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.006

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  为研究平衡盘-转子系统在启动过程中的瞬态特性，运用叶轮变转速法对某多级离心泵进行数值模拟，首先分析离心泵启动过程中外特性以及水泵内部流动状态的动态变化，验证流量、扬程与转速的关系；然后对平衡盘-转子系统进行内部流场分析，发现平衡盘两间隙压差变化明显，平衡力随时间呈逐渐增大趋势。
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  叶片角度对采用肘形流道的轴流泵装置特性的影响

  程炀, 孙众, 张慧, 刘冠霆

  流体机械. 2019, 47(6): 29-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.007

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  基于RNG k-ε湍流模型和雷诺时均N-S方程，运用CFD技术对采用肘形流道的某泵站轴流泵装置分别在叶片角度为-2°，0°和+2°时进行三维流动数值模拟，以探究不同叶片角度下肘形流道的流动特性，以及肘形流道与叶片角度对轴流泵装置性能的影响，并对肘形流道内进行了非定常计算。通过计算得到叶片角度对肘形流道内水流流动状态会产生影响，叶片角度的不同导致肘形流道内的流态也会不同，不同叶片角度下叶轮进口的流速均匀度也会产生差异。在不同叶片角度下，轴流泵装置的肘形进水流道内压力脉动同样会产生很大的差异，压力脉动的差异会对机组的振动产生影响，通过对比叶片角度对采用肘形流道的轴流泵装置特性的影响，可以为工程中轴流泵装置叶片角度的调节提供一定的参考。
应用技术
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  多功能超高压水射流加工装备的研制

  陈正文, 任启乐, 鲁飞, 巴胜富, 武子全, 张丽闵

  流体机械. 2019, 47(6): 34-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.008

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  由于水射流切割加工具有对材料无选择性的特点，使其在复合材料、超硬非金属材料等特种材料加工领域，具有无比的优越性。在超高压水切割技术的基础上，探讨了超高压水射流车削、铣削及抛光的加工机理，介绍了多功能超高压水射流加工装备的设计参数，分析了多功能超高压水射流加工装备的关键结构，通过装备的研制和多种材料的水射流加工试验表明，零部件的超高压水射流车削、铣削、抛光等水射流加工技术可行。
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  涡旋压缩机油气分离器分离特性及压降的数值模拟

  刘兴旺, 曾强, 王博, 康小兵

  流体机械. 2019, 47(6): 40-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.009

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  电动汽车空调涡旋压缩机油气分离器的性能对空调系统的安稳运行及压缩机的润滑与密封均起着至关重要的作用。针对这种油气分离器结构尺寸小，要求其压降小，分离效率高，转速适用范围宽等特点，为探寻其内部的流动规律、压降及分离效率随转速的变化规律，首先选用适用于强旋流流动的雷诺应力模型（RSM），模拟计算了油气分离器中流体的流线图和速度分布；利用DPM模型对气液二相流进行数值模拟，计算了压缩机在不同转速下油气分离器中润滑油的分离效率及流体压降。分析结果表明，气体在分离器中做准自由涡流动和准强制涡流动，分离效率随油滴粒径的增大而提高，压缩机转速较低时，分离效率随转速的降低而急剧降低，压降与转速的平方成比例增大。最后，给出了优化设计电动涡旋压缩机油气分离器的设计方法。
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  离心风机蜗壳出口结构优化研究

  张磊, 黄康, 黄国兴, 程彪

  流体机械. 2019, 47(6): 47-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.010

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  为提高空气净化器中离心风机的风量，提出了一种基于Kriging近似模型和遗传算法的优化方法，采用正交试验的设计方法对蜗壳的出口扩张角θ、蜗舌半径r、蜗舌间隙t进行25组方案设计，并采用ANSYS FLUENT对25组蜗壳方案进行定常数值模拟，选取风机系统的风量作为优化设计目标，建立了风量与蜗壳的3个参数之间的Kriging近似模型，并用遗传算法对近似模型进行寻优，得到最优的蜗壳参数。通过对优化后的蜗壳进行仿真实验，风量提高了19.683%，同时对比优化前后的风机内部速度、总压等参数的分布，优化后的蜗壳内部速度分布更加合理，在蜗舌处的流动损失较小。提出的蜗壳优化方法对提高离心通风机性能提供了有效参考。
制冷空调
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  小型CO₂热泵热水器膨胀阀控制策略试验研究

  秦海杰, 衣永海

  流体机械. 2019, 47(6): 52-55,88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.011

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  设计制作了采用翅片管换热器作为蒸发器的CO₂热泵热水机试验样机。在焓差试验室中，环境温度-15~32℃范围，出水温度在65~90℃范围内，对该热泵热水器的电子膨胀阀控制方法进行了试验研究。结果表明：相比于膨胀阀常规的过热度控制方法，通过排气温度来控制膨胀阀的开度更为稳定、有效。
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  EXV开度对纯电动汽车热泵空调性能的影响

  华若秋, 武卫东, 余强元, 栾忠骏

  流体机械. 2019, 47(6): 56-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.012

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  基于搭建的电动汽车热泵空调系统性能试验台，详细研究了EXV开度变化对系统的冷凝和蒸发压力、过冷度、热泵出风温度、制热量、压缩机功耗和性能系数COP的影响。结果表明：在压缩机转速、冷凝器进风温度和风量一定的条件下，随着EXV开度增加，冷凝压力减小而蒸发压力变化较小，过冷度、制热量和热泵出风温度均呈减小并当EXV开度增大到一定程度后减小幅度变缓，压缩机功耗先减小后基本维持不变，系统COP先增大后减小；冷凝器出口过冷度较大时，通过改变EXV开度可有效调节热泵出风温度，且在开度较小时增大EXV开度有利于获得较高的COP。研究结果可为纯电动汽车热泵空调系统性能的调节和控制策略制定提供参考。
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  送风方式对热通道封闭数据中心热环境影响的模拟研究

  李婷婷, 黄翔, 耿志超

  流体机械. 2019, 47(6): 62-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.013

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  以实际项目的机房为例，利用数据中心专用模拟软件6SigmaRoom，研究热通道封闭数据中心的最佳送风方式，对比分析机架下送风和地板下送风情况下，满足ASHRAE2011温度标准的机柜数量、机房内边缘热点的IT设备数量、机柜数量及不同截面的温度、速度分布情况，并选取几个典型的热环境评价指标定量分析机房热环境。研究表明，由于地板下送风受送风静压箱和地板开孔率的影响较大，热通道封闭的数据中心宜与机架下送风方式相结合，充分利用冷量，达到节能的目的。
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  基于埋地换热器的强化传热研究现状及展望

  徐森森, 刘寅, 袁冬颜

  流体机械. 2019, 47(6): 68-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.014

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  地埋管换热器作为直接与岩土接触进行取/释热装置，其换热性能决定了土壤源热泵系统的运行效率。地埋管换热器强化传热研究旨在提高土壤源热泵系统运行效率及地能利用率。通过对土壤源热泵地埋管换热器的研究进行综述，论述了地埋管换热器的研究现状及发展动态，分析影响地埋管换热器换热的主要因素及强化换热措施。兼顾理论知识及工程特点，提出目前研究存在的问题，指出日后研究方向及重点，并对土壤源热泵的发展进行展望。
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  热电过冷器-膨胀机耦合CO₂跨临界制冷循环分析

  代宝民, 刘圣春, 潘红蕊, 孙志利, 杨茜茹, 马一太

  流体机械. 2019, 47(6): 76-82,46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.015

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  提出了热电过冷器-膨胀机耦合CO₂跨临界制冷循环（TES+EXP），可实现热电过冷器、膨胀机和压缩机之间的电能平衡分配。对新构型各部件及循环整体的不可逆损失及㶲效率进行了详细分析，并与三种构型CO₂跨临界循环进行了对比。结果表明TES+EXP循环的㶲效率明显高于热电过冷（TES）循环，在过冷度为10℃时，㶲效率提高7.4%。排气压力和过冷度是影响TES+EXP循环单位制冷量不可逆损失i_Tot的关键因素，循环在最优排气压力和过冷度时存在最小i_Tot，在标准工况下，TES+EXP循环相对传统CO₂跨临界制冷循环，最小i_Tot降低了39.9%；气冷器出口温度为46℃时，最优高压减小了2.0 MPa。推荐新型循环应用于气候炎热地区。
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  微胶囊流体微通道传热研究进展

  史维秀, 陈红迪

  流体机械. 2019, 47(6): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2019.06.016

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  相变微胶囊流体因相变潜热大和粒子之间的微对流效应，具有载热密度大，传热温差小的特点，在传热方面具有独特的优势。但其低导热率和高粘度限制了其应用范围。基于微胶囊流体在微通道内不同流动状态下的传热性能及强化微胶囊流体传热方面进行研究进展介绍，并分析总结微胶囊流体在暖通空调及相关领域的应用进展。