2020年, 第48卷, 第3期　
刊出日期：2020-03-30

  

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试验研究
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  绕管式换热器层间质量迁移特性的试验研究

  密晓光, 陈杰, 鹿来运, 张晓慧, 常铮, 丁国良

  流体机械. 2020, 48(3): 1-5,31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.001

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  绕管式换热器已在液化天然气等领域得到应用，其传热性能受到壳侧流体层间迁移的影响。本文通过新建试验台，以水和空气组成便于测量的两相工质，试验研究绕管换热器壳侧流体层间质量迁移特性。试验结果表明：工质在绕管壳侧的层间迁移率受质流密度、干度和入口条件等因素的影响。随着质流密度增大，总的层间迁移率先增大后减小，迁移率最大出现在质流密度120 kg/（m²·s）工况下；随着干度的增大，总的层间迁移率先增大后减小，最大迁移率发生在干度0.4附近；层间迁移率随质流密度的变化规律在内层入口条件下与在外层入口条件下的相反。在绕管换热器壳侧流动的工质总是倾向于向外侧绕管区域迁移。
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  无油润滑高速离心泵的变转速性能研究

  房煦峰, 蔡毅杰, 陈信, 陈双涛, 薛绒, 陈良, 侯予

  流体机械. 2020, 48(3): 6-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.002

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  转速调节是调整泵工况的重要手段，为了揭示变转速对高速离心泵的水力性能影响，本文以一台采用无油动压液体轴承支撑的高速离心泵为研究对象，采用试验方法与数值模拟，进行了不同转速下相似工况下的水力性能研究。论文通过所搭建闭式实验台上的水力测试得到了不同转速下的水力性能曲线，验证了该泵在变转速下良好的水力性能，最高效率可达35.52%。并结合ANSYS CFX软件对该泵水力部件进行了数值模拟研究，与试验结果的对比表明数值模拟能够有效对该泵的水力部件性能进行预测。论文还对该泵水力部件以设计工况为基准的不同转速下的比例相似工况进行了研究。
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  三偏心蝶阀流阻特性对比试验研究

  刘福生, 王宏, 张勤昭

  流体机械. 2020, 48(3): 12-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.003

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  对一种DN650三偏心蝶阀不同开度下的阻力特性进行测试试验，随后加工去掉该蝶阀中间一段阀轴，由全轴蝶阀改为双端轴蝶阀，对比测试该蝶阀在不同开度下的阻力特性，试验表明，全开状态流阻系数明显减少，随着阀板关闭，减少幅度降低。为从细节上了解蝶阀流场变化情况，采用CFX对以上2种三偏心蝶阀进行数值模拟，流阻系数模拟值与试验值吻合很好，验证了数值模拟的正确性。
设计计算
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  空化文丘里管稳流特性研究

  吕福炜, 宗丹丹, 孙静, 胡效东

  流体机械. 2020, 48(3): 17-22,45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.004

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  基于Realizable k-ε湍流模型和Zwart空化模型，采用计算流体动力学方法（CFD），结合相关文献的研究成果，对某文丘里管的流动进行了模拟计算，研究稳流工作的文丘里管的空化流体动力学特性和稳流特性规律。流量的模拟数值与已有的试验数值吻合较好，误差在5.8%以内，证明数值模拟方法可以用来研究文丘里管的流动特性。通过改变文丘里管的渐缩段入口结构跟渐扩段角度，对其稳流特性进行研究，并得到以下结论：空化现象的出现是文丘里管稳流作用的必要条件。增大文丘里管的渐扩段角度，边界层分离现象更为严重，在尾流区会产生更多的旋涡，加剧了流体的湍流程度，造成了更多能量的不可逆耗散。在一定程度上，湍流程度与文丘里管的稳流性能成正比。湍流愈剧烈，稳流性能愈好。同时圆弧式收缩段结构的文丘里管稳流响应迅速；抛物线、直线式收缩段结构的文丘里管稳流响应较慢。
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  涡旋压缩机转轴系统动平衡设计与仿真验证

  邱海飞

  流体机械. 2020, 48(3): 23-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.005

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  针对涡旋压缩机高速转子结构，将动涡盘和偏心主轴产生的离心惯性力分解至2个平行基面，建立了一种基于配重原理的动平衡设计方案。在结构分析和理论计算基础上，确定了合理的平衡铁形状、质量（m₁，m₂）及分布位置（L₁，L₂）。构建了基于ADAMS/View平台的转轴系统仿真模型，通过刚体动力学仿真和误差分析验证了动平衡设计方案的正确性。分析结果显示：平衡铁Ⅰ和Ⅱ的离心惯性力设计误差很小，分别为0.39%和0.06%，符合机械精度设计要求。为涡旋压缩机的高速化设计提供了思路和技术参考。
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  基于故障与失效分析的机械密封运行维护方法研究

  丁思云, 李凤成, 王永乐, 刘杰, 李香, 李鲲

  流体机械. 2020, 48(3): 27-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.006

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  基于故障树分析方法，建立了机械密封故障与失效故障树，并结合专家经验法和模糊数学理论，定量计算出在低频事件中的机械密封故障树基本事件失效模糊概率；利用Semanderes算法求取故障树最小割集，获得机械密封故障树基本事件结构重要度和概率模糊重要度；给出故障与失效后果严重度评价标准，得到机械密封结构件的故障与失效危害度；依据危害度，制定机械密封运行维护的策略。该方法旨在解决在大量缺失或很难获得机械密封故障与失效统计数据时，为机械密封的研究和工程应用提供一种方法参考。
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  一种风机性能试验进气管道的隔音装置

  王弼, 胡四兵, 陈启明, 于跃平, 朱晓农, 田奇勇

  流体机械. 2020, 48(3): 32-34,51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.007

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  针对风机在运用D式试验装置进行性能试验时进气管道不易安装消声器，以免对风机流量测量产生影响而设计了一种隔音装置，在风机噪声试验时安装该隔音装置后风机整机噪声降低约13.4%；试验装置对风机的出口全压有一定的影响，出口全压最大损失约为2.3‰，该损失不会对风机性能测试产生影响，本文为风机整机噪声试验提供一定的参考，使风机噪声评估值更加准确。
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  基于小头瓦润滑EHD模型的变工况运行往复压缩机连杆动力学分析

  张进杰, 祁桢, 赵岩, 孙旭, 王瑶, 武小乂

  流体机械. 2020, 48(3): 35-41,11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.008

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  针对往复压缩机采用气量调节装置进行流量调节中往复压缩机出现小头瓦磨损的问题，本文基于小头瓦润滑EHD模型，研究了往复压缩机变工况运行时连杆动力学特性。根据小头瓦变工况运行时的油膜分布状态，揭示了机组在变工况运行过程中小头瓦易发生磨损的原因，分析了不同调节方法对小头瓦变负荷工况运行产生的影响。基于仿真数据，证明了部分行程顶开进气阀调节方法最有利于往复压缩机变负荷运行，为机组变工况运行选择最佳气量调节方法提供实际参考价值。
应用技术
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  国际标准对国内往复泵生产的启示—GB/T 34391-2017《石油、石化和天然气工业用往复泵》标准解读

  韩彩红, 薛胜雄, 陈正文, 庞雷, 陶立国

  流体机械. 2020, 48(3): 42-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.009

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  GB/T 34391-2017《石油、石化和天然气工业用往复泵》已于2018年4月1日正式实施，为了更好地推广该标准在国内往复泵生产制造企业和用户中的应用，本文将主要介绍该标准制定的意义、目的和标准的重要条款，以促进国内往复泵产品技术与国际接轨。
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  混合器对SCR脱硝系统内多相多组分流动特性影响的数值研究

  雷鉴琦, 王晓波, 吕秀川, 闫俊刚, 严冰清

  流体机械. 2020, 48(3): 46-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.010

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  为了从流动特性、烟尘运动、氨氮混合等方面综合分析对比SCR脱硝系统内圆盘、管式、V型、三角翼混合器的性能，利用数值模拟方法对SCR脱硝系统内两相流动、组分输运及流阻特性进行了数值计算。计算结果表明：与未安装混合器方案相比，脱硝入口至催化剂上方截面流动阻力增加了9.566%~24.051%，在促进氨氮混合方面，圆盘混合器性能最优，氨氮比均匀性相对提高44.487 9%。热态气固两相流动模拟结果显示，各类型混合器均能提高催化剂入口截面烟尘浓度的均匀性，但在相同迎风面积条件下，圆盘混合器会引起的流动阻力最大。定义了烟尘浓度C_v、氨氮比C_v与压降Δp归一化处理后的差值为混合器性能的衡量标准，圆盘混合器的综合性能最优。
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  主要结构参数对微型旋风分级器性能的影响

  袁惠新, 凌继万, 付双成, 周发戚

  流体机械. 2020, 48(3): 52-57,67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.011

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  颗粒的分级作为目前粉体材料加工与应用的基本技术之一，已被广泛的应用于各个领域，如矿物加工与分选、冶金等方面。旋风分离器的主要结构参数对旋风分离器内的流场影响最大，但目前鲜有人研究其对分级的影响。通过对旋风分离器的锥角与排气管插入深度进行数值模拟研究，采用非稳态离散项模型与雷诺应力模型的方法研究其对压力降与分级性能的影响。结果表明：排气管插入深度对分级粒径和分级精度都有显著的影响，插入深度过小甚至没有插入深度都对分级精度的提高不利，但插入深度增大会增大分级粒径和压力降；对于分级精度，锥角存在最佳值，但分级粒径和压力降都随锥角的增大而增大；最佳锥角值与溢流管插入深度有关，其随着溢流管插入深度的增大而减小；自然旋风长在分级精度曲线峰值处保持在一个稳定的范围内，对于柱段长度与入口结构不变的情况，自然旋风长在3.2 D~3.5 D之间分级精度较高。
制冷空调
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  竖直地埋管蓄取热特性试验与模拟

  吴晅, 侯正芳, 温建军, 何丽娟, 金光

  流体机械. 2020, 48(3): 58-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.012

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  在搭建的砂箱试验台试验分析了在单一工况蓄/取热运行模式对双U地埋管动态传热特性的影响。在试验验证的基础上，建立三维动态传热数理模型，数值分析了单一工况运行模式下土壤分层和地埋管管径等因素对双U型地埋管土壤传热特性的影响，并对比分析了单/双U型地埋管传热特性。试验研究结果表明：单一蓄/取热下，连续运行时土壤温度变化幅度随径向距离的增加而减小；蓄热时，进口温度为50℃和60℃的单位井深换热量要明显比进口温度为40℃时高；取热时，进口温度为4.2℃的单位井深换热量较进口温度为6.8℃时高。间歇蓄热运行模式下土壤温度波动幅度随开停比的减小而增加；间歇取热运行模式下在同一时间内开停比越小，土壤温度越接近土壤初温。模拟研究结果发现：在土壤分层下，双U型地埋管单位井深换热量较单U型地埋管单位井深换热量高19.87%；土壤温度均随地埋管管径的增加而增加，单U型地埋管以管径为32 mm时的单位井深换热量为最好，而双U型地埋管以管径为25 mm时的单位井深换热量为最好，前者单位井深换热量较后者低11.56%。
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  顶置蓄冷板减少融霜热对冷库温度场的试验研究

  邵阳, 刘清江, 宋瑞亭, 杨凤, 张晓宇, 吉亚兰, 尚继芳, 黄远昊

  流体机械. 2020, 48(3): 68-72,78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.013

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  提出了一种顶置蓄冷板的冷库，在冷库融霜的过程中，通过试验研究对比分析了在有无蓄冷板，制冷风机有无霜层4种工况下，融霜热对冷库温度场的影响。研究结果表明：融霜过程中，安装蓄冷板的冷库各截面温度都低于无蓄冷板冷库的截面温度；制冷风机有霜状态下，安装蓄冷板冷库的库温波动比无蓄冷板时减小2.49℃，融霜能耗增加1.36%；制冷风机无霜状态下，安装蓄冷板冷库的库温波动比无蓄冷板时减小2.92℃，融霜能耗增加1.81%；通过对比可知，在冷库顶部安装蓄冷板可以有效的减小融霜过程中库温的波动，提高冷冻食品的品质。
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  不同冷表面二次结霜/融霜微观可视化试验研究

  鲁祥友, 潘雨阳, 景艳阳, 谢远来, 张进新

  流体机械. 2020, 48(3): 73-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.014

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  对裸铝表面、粗糙表面和腐蚀表面结霜/融霜过程进行了试验研究，对不同时期霜晶生长过程进行了观测。结果表明：在一次结霜过程中，裸铝表面的霜晶生长高度明显高于腐蚀表面和粗糙表面。在二次结霜过程中，裸铝表面由于融霜液滴的局部聚集，导致霜晶高度明显增加；腐蚀表面由于具有亲水性质表现出较好的抑霜性能；粗糙表面上霜晶颗粒细小，沿平面方向分布均匀，在表面形成了一次质密且较为坚硬的“冰面”。2次融霜过程中，腐蚀表面的平均融霜时间比粗糙表面减少了38.2%，可见具有亲水性质的腐蚀表面具有较好的抑霜性能。
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  新风送风方式对辐射吊顶制冷量影响研究

  金梧凤, 王成, 崔奉洙, 王志强, 于志浩

  流体机械. 2020, 48(3): 79-82,88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.015

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  为解决辐射吊顶在制冷量和消除湿负荷方面的不足，辐射吊顶加独立新风系统成为了国内外学者们的重点研究对象。通过对贴附射流、置换通风加辐射吊顶系统的比较试验，研究新风的不同送风方式对辐射空调系统制冷能力的影响。结果表明：贴附射流送风方式主要通过增大对流换热量提升辐射空调制冷量，相较于置换通风，其总制冷量有所提高，其中对流换热量提高34.29%，但辐射换热量却有所降低。
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  露点蒸发冷却器效率分析

  徐鹏, 韩泽敏, 熊亚选, 郑小兵

  流体机械. 2020, 48(3): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.03.016

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  为了从能的“量”和“质”两方面评价露点蒸发冷却器的能源利用率，以热力学第二定律为理论基础，采用㶲分析法研究了进气温度、气流速度、相对湿度对该冷却器干湿通道内热能㶲、化学㶲、机械㶲的分布、变化以及㶲效率的影响。结果表明：该冷却器的效㶲率随着进气温度的升高，由10.6%增大到36.7%；随着进气相对湿度的增大，由21.8%降低到9.5%；随着气流速度的增大，由18.2%下降到9.1%。通过研究不同情况下的㶲效率可知该冷却器仍有很大的节能潜力，结合㶲效率可以清楚地知道露点蒸发冷却器节能的薄弱环节，从而找出减少能源损失的方法。