2020年, 第48卷, 第6期　
刊出日期：2020-06-30

  

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试验研究
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  螺旋板式热交换器传热与流动特性试验研究

  李雪, 陈永东, 刘孝根, 张明然

  流体机械. 2020, 48(6): 1-5,13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.001

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  基于理论分析，设计并制造了4台典型结构的螺旋板式热交换器。通过试验研究了关键结构参数当量直径d_e、定距柱密度n，冷流体进口温度T对螺旋板式热交换器传热与流动特性的影响规律。结果表明：换热面积相近的样机，当量直径由19.7增至37.9时，总传热系数相对增加9%，平均压力降相对降低45%；定距柱密度由200增至800时，总传热系数相对增加17%，平均压力降相对增加129%；冷流体进口温度的提高既可使流体之间的传热效果增强，又能减小流体流动的阻力。基于试验数据对湍流状态下螺旋流的对流换热系数和压力降的准则式分别进行了拟合及验证，对流换热系数拟合公式的平均相对误差为5.4%，压力降拟合公式的平均相对误差为6.3%，为螺旋板式热交换器的能效评价奠定了基础。
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  柔性丝刷式密封泄漏特性的数值与试验研究

  马钰虎, 李双喜, 张山雨, 沙廉翔, 施任杰

  流体机械. 2020, 48(6): 6-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.002

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  柔性刷丝较金属刷丝可降低刷封重量和摩擦磨损。建立“L”形柔性丝刷式密封泄漏特性分析的数值模型，分析结构参数、工况参数和安装参数对泄漏率的影响。试验测量压差和转速对泄漏率的影响，并与数值结果对比验证。结果表明：在刷束区流体压力发生突降；小压差、高温度和高转速工况下泄漏率降低，反之则提高，其中转速的影响程度较低；降低孔隙率、刷丝直径、前板间隙、后板间隙或增加刷丝长度、刷束厚度可提高密封性能；合适的密封间隙可通过流阻效应起到密封作用，并显著降低摩擦磨损；试验与数值模拟结果误差小于10%，变化趋势一致。
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  一种自适应分段式电子膨胀阀控制策略研究

  张明, 周智, 周国鹏, 金鹏

  流体机械. 2020, 48(6): 14-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.003

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  传统空气能热泵控制系统为典型闭环系统，以蒸发器过热度为反馈变量，但热泵启动过程中过热度波动较大，造成系统调节时间长。针对此问题，本文提出自适应分段式控制策略，启动阶段以排气温度为反馈变量，避免过热度波动对系统的负面影响；稳定运行阶段采用基于最小稳定过热度的模糊控制器，提高系统能效比。以一台5P的空气能热泵机为试验平台，与常规过热度模糊控制器进行试验对比。试验结果表明，本文提出的自适应分段式控制策略启动调节时间缩短了300 s，超调量低至5%左右，制热量提高9%左右。
设计计算
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  微型压缩机簧片阀三维流固耦合分析

  陈德祥, 刘浩, 耿茂飞, 王乐, 张成彦

  流体机械. 2020, 48(6): 20-24,88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.004

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  簧片阀具有结构简单、余隙容积小的优点，广泛用于微型压缩机上，它的运动与气体的流动互相影响。簧片阀结构对压缩机的效率、噪声有重要影响，其工作过程的准确模拟有助于在设计中提高压缩机的性能。采用一维方法进行模拟需要用到有效通流面积和有效作用力面积2个试验参数，且不能反映流动的细节。本文用三维流固耦合方法对某压缩机一级的工作过程进行了仿真，为模拟阀的开关过程，在阀片与阀座之间采用了0.2 mm厚的流体层，用间隙边界条件控制阀片开启与关闭。通过仿真得到了工作过程中的压力、速度、温度以及气阀的运动曲线。计算结果表明三维流固耦合方法可用于簧片阀的仿真模拟。
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  集中供热用非对称板式换热器流动换热的研究

  刘治廷, 宋翀芳, 张建伟, 雷勇刚, 景胜蓝, 王飞

  流体机械. 2020, 48(6): 25-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.005

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  非对称板式换热器流道截面相异的特性为集中供热一二次网流量差异下换热性能的优化提供了可能。通过数值模拟，研究了不同工况下人字形非对称板式换热器的波纹倾角β、节高比λ/H对其传热系数和流动阻力的影响；以经济学费用现值PC为标识，对其综合性能进行评价。结果表明：波纹倾角β对不同节高比板片的影响并不相同，其对小节高比（λ/H≤5）板片换热系数和阻力影响均较大，而大节高比（λ/H≥6）对波纹倾角β敏感性较弱；当β ≤60°时，大节高比板片具有较好的换热性能和较低的流动阻力，其经济性优势显著，可节省33%~61%的总投资费用；综合考虑设备性能和经济性， β=50°、λ/H=6、7为合理的结构参数。
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  高速离心泵平衡孔比面积对其性能的影响

  程效锐, 常正柏

  流体机械. 2020, 48(6): 31-37,19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.006

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  为了研究高速离心泵平衡孔对其内外特性及转子轴向力的影响，以一台转速为30 000 r/min的高速离心泵为研究对象，利用N-S方程及RNG k-ε湍流模型进行全流场数值计算。研究结果表明，当比面积0.5≤k≤5时，随着比面积的增大，高速离心泵扬程H下降2.4%，效率η下降3.4%，轴功率P上升3.8%；当比面积3≤k≤5时，高速离心泵平衡孔内流动产生漩涡，对主流产生较大的影响。随着平衡孔比面积的增大，平衡孔泄漏量增大，最大泄漏量可达设计流量的23%。比面积变化对高速离心泵转子轴向力的大小和方向均有显著影响，当比面积k<1时，转子轴向力方向指向离心轮进口；当比面积k≥1时，转子轴向力背离离心轮进口；当比面积k=1时，平衡孔可有效地平衡转子轴向力。
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  重力流输水管路阀门调节与水锤控制分析

  王祺武, 李志鹏, 朱慈东, 李捷

  流体机械. 2020, 48(6): 38-43,50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.007

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  随着长距离跨流域调水工程的逐渐增多，输水管道的安全问题也日益突出，其中水锤对长距离输水管道的危害很大，因而长距离输水工程中管线安全防护的研究变得刻不容缓，而重力流作为一种高效节能的输水方式，其安全性也应受到高度关注。通过实例计算，对调节阀门全开工况下的关阀水锤进行计算分析，采用不同的阀门关闭和阀门配置方式，对管路中的水锤压强进行改善，分析不同控制方式下对于水锤情况的改善效果，结果表明单阀、双阀以及三阀调节对于管路中水锤问题都有着出色的控制效果，为输水工程中的水锤控制问题提供了一定的指导意义。
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  汽轮机高压旁路翼型阀芯调节阀调节特性

  王海民, 胡峰, 陈睿池, 陈思

  流体机械. 2020, 48(6): 44-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.008

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  高压旁路调节阀是汽轮机高压旁路系统中最重要的构成部分，本文针对某300MW汽轮机组高压旁路系统调节阀，利用NACA6409翼型上表面型线为其设计了一种翼型结构的阀芯。利用数值模拟方法研究了不同进口水蒸汽参数和减温水喷淋参数条件下，阀腔内压力、温度以及液相体积分数分布特征，并研究了阀芯开度对高压旁路调节阀内部流场的影响，最后研究减温水喷射孔数量和布置方式的改变对阀腔内流场参数以及减温减压效果的影响。
应用技术
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  调压装置安全切断阀性能测试及故障分析

  常大伟

  流体机械. 2020, 48(6): 51-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.009

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  通过对国内外4家制造商的安全切断阀进行对比测试，重点跟踪国产化产品的质量，了解其使用效果。对测试数据分析处理后发现：随服役时间的增加，阀门内密封性能明显降低，超压切断压力精度、响应时间等关键性能无明显降低趋势，阀门超压切断的稳定性降低。阀门后期维护及产品优化应重点放在改善阀座密封面的耐冲刷性及提升切断机构的稳定性上面。
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  非线性空泡模型在轴流泵空化模拟中的评估分析

  洪锋, 张天宇, 苏华山, 袁建平, 张帆

  流体机械. 2020, 48(6): 55-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.010

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  了提高传统空化模型预测轴流泵空化特性的能力，提出了一种基于非线性Rayleigh-Plesset方程的空泡动力学模型，联立两相-3种组分的均相流假设，建立了一种非线性空化模型。分别采用非线性模型及传统的Schnerr-Sauer模型对比转速n_s=692的轴流泵叶轮内空化流动进行数值计算。研究发现：非线性模型预测的轴流泵空化性能曲线与实验测量值吻合更好，叶顶间隙内附着型空化长度随着空化数的降低呈现先缓慢增长后迅速增长的规律；当轴流泵叶片吸力面发生严重空化时，空化区域的后部靠近轮毂的位置空泡体积分数发生了急剧变化，该处最容易发生空蚀破坏。
制冷空调
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  会议室内菌落数与空气颗粒物关联性的试验研究

  贾磊, 樊海彬, 葛坦, 吴磊, 王雷, 田旭东

  流体机械. 2020, 48(6): 62-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.011

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  在分析空气颗粒物粒径分布特征的基础上，开展会议室内菌落数与空气颗粒物的关联性试验研究。结果表明，待测会议室内颗粒物浓度相对稳定，试验工况下菌落数的波动范围在7%以内；菌落数与多组以10.0 μm为粒径上限的空气颗粒物浓度之间正相关，相关系数最高可达0.999 7。
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  PV/T与热泵一体化系统中蓄热水箱温度分层性能研究

  曲明璐, 宋小军, 卢明琦, 秦瑞丰

  流体机械. 2020, 48(6): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.012

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  选取太阳能PV/T与热泵一体化系统中的蓄热水箱作为研究对象，通过试验与数值模拟的方法，分别研究不同流速工况（0.10，0.15，0.20 m/s）以及不同蓄热水箱结构对其温度分层性能的影响。结果表明，在0.10 m/s流速下，进、出水口温差约为2℃，且进水流速越大，进水口与出水口之间的温差越小；结构1水箱的取出效率为11.44%，结构2水箱的取出效率12.43%，所以进、出水口位置分布越远，水箱温度分层效果越好。
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  R32与R410A在滚动转子式压缩机中变工况仿真研究

  刘萍, 柳建华, 张良

  流体机械. 2020, 48(6): 72-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.013

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  以滚动转子式压缩机为研究对象，建立稳态下压缩机的热力学仿真模型，并通过实测数据进行验证。进而通过改变制冷剂吸气过热度、液体过冷度以及吸排气压力比，来研究制冷剂R32与R410A在变工况情况下对压缩机输入电功率、制冷量以及性能系数COP造成的影响。研究结果表明：当仅增加吸气过热度时，R32与R410A的输入电功率呈下降趋势，由于蒸发器进出口焓差增幅小于质量输气量降低幅度，制冷量也呈下降趋势，R32的COP也有所下降，但R410A的COP先上升后下降，存在最佳吸气过热度4.2℃；当仅增加液体过冷度时，对输入电功率无明显影响，R32与R410A的制冷量与COP均上升，但R410A的变化幅度比R32大15.9%、30.6%；当仅增加吸排气压力比时，R32与R410A的输入电功率、制冷量、COP均下降，R32的COP值比R410A平均大8.7%，且随着吸排气压力比的上升差值逐渐减小。
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  寒冷地区地埋管周围土壤冻结传热特性试验研究

  霍伟业, 周亚素, 郑紫豪, 朱飞宇

  流体机械. 2020, 48(6): 77-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.014

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  寒冷地区土壤初始温度较低，且冬季热负荷大，因此地埋管入口流体温度较低，当温度低于0℃时周围土壤会出现冻结现象并影响传热。本文通过搭建沙箱试验平台模拟地埋管低温取热过程，采用控制变量法研究入口流体温度对地埋管周围土壤冻结传热的影响。试验结果表明：随着入口流体温度的降低，土壤温度降低，冻结层厚度增大，土壤发生冻结的时间减小，但随着流体温度的降低，冻结层厚度的增加量和土壤温度的降低量逐渐减小。此外不同入口流体温度下的冻结层厚度在埋深方向均随深度增加而逐渐减弱。随着入口流体温度的降低，冻结层厚度从入口至出口处的变化逐渐变缓，说明入口流体温度越低，埋管周围土壤冻结在埋深方向的影响越大。相关结论可为寒冷地区地埋管的设计提供理论支持。
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  串列式双蒸发温度新风机组的性能研究

  翁文兵, 刁海健, 范志伟

  流体机械. 2020, 48(6): 84-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2020.06.015

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  本文通过对双蒸发温度制冷循环的理论分析发现，随着高低压级蒸发温度差的提高，双蒸发温度制冷系统与单蒸发温度系统的制冷量和COP比值逐渐增大。在新风空气处理应用中，串列式双蒸发温度新风系统存在最佳高低压气缸容积比，在容积比0.8~1.3的情况下，系统COP最高。进一步样机实验测试，结果表明：在新风工况下，双蒸发系统45 Hz的工作频率就可以获得单蒸发系统55 Hz的制冷量，样机功率降低17%。