2021年, 第49卷, 第4期　
刊出日期：2021-04-30

  

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试验研究
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  基于等压差水膜的柴油机尾气净化装置研究

  张新丹, 谢小鹏, 黄华辉

  流体机械. 2021, 49(4): 1-6,22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.001

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  开发设计了一款新型尾气颗粒物过滤净化装置，该装置利用颗粒物惯性作用和水膜吸附效应实现颗粒物与柴油机尾气的分离。通过分析计算得到形成湿润壁面连续水膜的条件。选择合适的波形板面，搭建柴油机尾气颗粒物检测系统。试验结果表明，设计的柴油机尾气颗粒净化装置可以起到很好地净化颗粒物的作用，尤其是在柴油机刚刚启动低速运转的情况下净化效率高。
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  基于供油优化的双螺杆压缩机降噪试验研究

  杨胜梅, 欧阳华, 吴亚东, 王利, 俞正祥

  流体机械. 2021, 49(4): 7-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.002

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  基于螺杆压缩机机体辐射噪声的产生机理，选取最易识别且具有代表性的压缩机体振动作为响应量，针对供油参数变化对某型号双螺杆制冷压缩机机体振动和性能的影响，开展了DOE试验研究，识别出了主要影响因子。对两组优化供油参数进行了实际机组测试验证，分别获得了5 dB及6.5 dB的整机噪声降低量，及下浮分别为0.07%，0.8%的整机性能衰减。研究表明：在同样总供油量的条件下，通过对供油参数进行优化配置，可以获得性能更优、压缩机振动噪声能量更低的设计方案。此项研究为充分利用供油系统的设计来降低同类型压缩机的噪声并优化性能提供了参考。
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  湿热地区运行参数对波纹翅片管换热器性能的影响研究

  王冠, 赵蕾, 李延, 郭小华

  流体机械. 2021, 49(4): 14-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.003

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  鉴于波纹翅片管换热器热湿工况运行优化缺少指南，建立了某9排管空气-水逆流式波纹翅片管换热器的传热除湿数学模型，利用MATLAB编程开展仿真，试验验证了仿真结果之后，在广州和杭州2种湿热气候条件下，探究了水流速度、风速以及进口水温对换热器换热、除湿性能的影响规律。结果显示：风速对换热量影响最大，进口水温对除湿量影响最大；在相同的水温、水速和风速下运行，在广州换热量与除湿量分别比在杭州高23.7%~44.1%和33.5%~64.3%，且几乎不随风速变化而变化，随水温降低高出的比例线性增大。并且，还给出了其在两地运行达到额定换热能力所应采取的各运行参数的区间。
设计计算
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  高温工况阀用波纹管疲劳寿命有限元分析及试验研究

  张全厚, 钱江, 宋林红, 张文良, 李敏

  流体机械. 2021, 49(4): 23-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.004

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  对于某些特殊应用领域的阀用波纹管，用户有对波纹管在高温工况下进行疲劳寿命型式试验的需求。由于该实验装置专业性较强，目前国内市场上暂无该类产品的销售。为了解决此问题，设计了一种高温工况下使用的疲劳试验装置，该装置能够在不同温度、不同压力条件下对波纹管进行疲劳试验。由于在高温疲劳试验过程中存在试验效率低、较常温试验条件增加安全隐患等因素。提出了以有限元仿真计算为基础，在超试验压力前提下进行常温疲劳试验替代高温疲劳试验的方法。通过试验验证该方法是可行的。
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  核阀流体动力学及流固耦合特性数值模拟

  冷冰, 赵晶

  流体机械. 2021, 49(4): 28-34,71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.005

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  以研究高压核电闸阀内流场特性及流固耦合问题为目的，分别建立了稳态、瞬态流体动力学模型和流固耦合作用下的结构动力学模型。通过分析模拟过程中流体的压力和速度分布可知，在稳态和瞬态流动状态下，流体在流经阀体中腔部位时均会产生压力波动，并在底部形成涡流。在流固耦合作用下闸阀的静力学结构变形和应力分布满足刚度和强度要求。然而，在流固耦合作用下，闸阀的动力学结构变形和应力较大，并在阀体与导轨部位产生局部应力集中。可通过加大应力集中部位的圆角以减小应力集中的程度。
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  水轮机模式液力透平叶片进口安放角影响分析

  陈金保, 肖志怀, 李延频, 胡晓, 刘东, 张利红

  流体机械. 2021, 49(4): 35-41,84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.006

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  针对转轮叶片进口安放角β₁对超低比转速水轮机模式液力透平性能影响规律认识不足的问题，在超低比转速范围内，考虑液力透平水力性能，取不同β₁建立超低比转速混流式转轮三维模型，配合过流部件构建超低比转速水轮机模式二级液力透平模型，采用ANSYS FLUENT仿真软件对液力透平内部流动特性和能量特性进行计算，对比数值模拟结果，探求β₁对超低比转速水轮机模式液力透平性能影响规律。研究表明，超低比转速水轮机模式液力透平的扬程和效率与β₁有密切关系，当β₁增大时，扬程增高，效率降低；随着β₁增大，转轮叶片弯曲程度增大，导致叶片高压区面积增大、转轮内部流体流态变差。
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  氮气式水击泄压阀试验平台设计和试验研究

  王军防

  流体机械. 2021, 49(4): 42-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.007

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  为实现对氮气式水击泄压阀的功能和关键性能进行充分研制试验，设计并搭建了一种能够满足工作压力高、流量大等试验条件的液流试验平台，并在试验过程中设计了包含设定压力、响应时间和设定压力误差试验在内的四项试验验证方法。根据所设计方法分别对型号为200YXY-100D的氮气式水击泄压阀主阀在氮气腔压力为1，2，3，4，5 MPa工况下试验平台进行验证试验。结果表明所设计液流试验平台和试验方法能够充分验证氮气式水击泄压阀和氮气供应系统结构强度、密封性能、动作可靠性和整阀系统的可靠性。
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  基于FLUENT数值模拟的离心泵内冰浆两相流流动特性分析

  胡志高, 吴一鸣, 王彦芳, 胡平放, 朱娜, 雷飞, 徐连, 罗振宇

  流体机械. 2021, 49(4): 48-54,90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.008

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  针对冰浆两相流在离心泵的流动特性问题，基于欧拉法建立冰浆Mixture两相流模型，通过FLUENT软件对冰浆流动特性进行数值模拟，得到了在不同流量工况下的离心泵内部压力场、速度场以及冰晶颗粒分布特性。多次数值计算，获得离心泵在输送含冰率为10%的冰浆时的性能特性曲线，并与该离心泵在输送清水时的性能曲线进行了对比分析。研究结果表明：在非设计流量工况下，叶轮末端和蜗壳之间存在较大的压力梯度，说明冲击损失大，效率较设计工况低。在小流量工况下，流动较紊乱，容易发生汽蚀。在设计流量工况下，冰晶颗粒浓度较小；在非设计工况下，冰晶颗粒浓度较大，会影响到离心泵的性能和使用寿命。
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  基于Pumplinx的螺杆泵性能优化仿真研究

  韩笑笑, 苏瑞, 赵恒文, 汪怡然, 汪旭辉

  流体机械. 2021, 49(4): 55-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.009

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  为了得到螺杆泵转子直径与定子导程对泵性能的影响规律，基于Pumplinx软件对橡胶定子单头单螺杆泵进行非稳态数值计算求解，在此基础上探究了不同压差条件下无量纲参数T/D对螺杆泵流量、水力效率以及轴向力的影响进行分析并基于此进行性能优化。结果显示，随着T/D的增大，泵流量增加，轴向力基本保持不变，而水力效率先增大后减小，其最优值出现在T/D=4.5时；螺杆泵定子转子啮合区域的泄漏较为明显，且随着T/D的增大泄漏量增多。因此为了得到更高的效率，T/D宜优化至4.5；为了得到更大流量的同时不牺牲效率，T/D宜优化至5.4。此外，数值计算与试验结果较为一致，偏差不超过3.5%，表明该螺杆泵仿真方法具有参考价值。
应用技术
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  基于往复压缩机轴心轨迹特征的故障诊断方法研究

  张旭东, 张进杰, 茆志伟

  流体机械. 2021, 49(4): 60-65,78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.010

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  往复压缩机的故障诊断一直以来都是研究工作的重点问题，对其关键运动部件的监测诊断更是研究的热点之一。当往复压缩机发生运动部件磨损、撞缸等故障时，活塞杆的运行状态会发生改变，进而引起活塞杆轴心轨迹的变化。因此，提出了一种基于活塞杆轴心轨迹的往复压缩机智能诊断方法。首先，文章利用改进的离散点轮廓包络方法提取活塞杆轴心轨迹特征，同时提取活塞杆信号的时、频域特征；然后利用ReliefF方法计算轴心轨迹特征与时、频域特征的特征权重，选取大于各自权重均值的特征分别组成轴心轨迹敏感特征集和时频域敏感特征集；最后，提取2个特征集的Related-Similar（RS）特征，将其融合后作为BP神经网络的训练特征集训练故障诊断模型。利用往复压缩机磨损故障和撞缸故障的数据对模型进行验证，结果表明，模型能较好地识别这两种故障，并且故障恶化时的识别准确率均达到了99%以上。
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  环形脉冲喷吹在袋式除尘清灰系统中的应用研究

  牛兵兵, 樊越胜, 王欢, 田国记, 张鑫, 武书恒, 刘婷

  流体机械. 2021, 49(4): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.011

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  针对袋式除尘脉冲喷吹清灰不彻底、不均匀的问题，提出了一种环形脉冲喷吹方式。采用数值模拟的方法，对环形脉冲喷吹与圆形脉冲喷吹在袋式除尘清灰系统中的清灰过程进行对比分析。在不同的喷吹压力、滤袋长度以及喷吹距离的条件下对这两种喷吹方式效果的差异性进行了讨论。结果表明：对于不同模拟条件下的这两种喷吹形式，滤袋侧壁压力峰值的变化规律大致相同；相同条件下，环形喷吹的整体清灰效果优于圆形喷吹；环形喷吹清灰方式滤袋侧壁压力峰值有更好的均匀性，对于袋式除尘清灰中常出现袋口清灰过度和袋底清灰不利的问题，有很好的改善作用。
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  基于转子动力的机械密封失效分析及试验验证

  邹昕桓, 陈庆, 杨立奇, 陈海伦, 关会英

  流体机械. 2021, 49(4): 72-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.012

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  根据转子动力学及机械密封动态特性基本原理，考虑机械密封摩擦副的支撑刚度和阻尼，可以把摩擦副等效为柔性轴承，并将轴套和半分环看作一个整体；将主轴—半分环—轴套—机械密封简化为单盘转子系统。通过Ansys Workbench软件计算系统的临界转速及不平衡响应，并通过机械密封试验台进行验证。验证结果表明，半分环—轴套结构在共振频率下会产生较大的轴向位移，导致密封失效。试验结果对机械密封设计及工况实践具有指导作用。
制冷空调
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  淡水与海水对蒸发冷却性能影响的试验研究

  龙国庆, 闫明暄, 何锁盈, 徐梦菲, 孙奉仲

  流体机械. 2021, 49(4): 79-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.013

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  针对利用海水替代淡水进行蒸发冷却可行性的问题，首先，对厚度为100 mm的蒸发冷却用填料CELdek7060进行了试验研究，分别研究了淡水以及不同海水浓度（0.5倍、1倍和1.5倍海水）下的蒸发冷却性能，研究结果表明，用海水替代淡水进行蒸发冷却时，其引起的空气侧压降几乎无变化，冷却效率降低的不是特别大，在风速1，2 m/s时，淡水的冷却效率分别比实际海水（即1倍浓度海水）的高5.0%，3.6%。结果表明可以用海水替代淡水进行蒸发冷却，实现节省淡水资源的目标。
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  夏热冬冷地区中小学教室中不同新风方式的分析研究

  吴毅学, 何梅玲, 张敏敏, 章文杰

  流体机械. 2021, 49(4): 85-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.014

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  基于DeST模拟软件，对夏热冬冷地区中小学教室中的空调系统（多联机+不同方式新风供给）进行了模拟分析。研究结果表明：全热交换器并不适用于夏热冬冷地区中的中小学教室，全热交换器过多热量的回收有时候反而会引起更多电能的消耗。研究结果可为未来中小学教室新风系统的设计研究提供借鉴。
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  冬季轻轨交通列车气流组织舒适度研究

  赵嵩颖, 赵超洋

  流体机械. 2021, 49(4): 91-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.015

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  针对冬季轻轨交通列车的气流组织舒适度，以长春市轻轨交通4号线为例，通过对车厢内空气进行温湿度和风速实测，及乘客对气流组织舒适度的评价进行研究；利用计算流体力学（CFD），通过增加热空气幕的方式改善车厢内气流组织形式，以期车厢内达到更优的舒适度。研究结果表明：受站台冷空气影响，车厢内空气温度明显下降，空气湿度和风速则符合舒适度要求；地下站台进站乘客的热舒适度较高，湿感觉较差；候车时的热舒适度随候车时长的增加而降低；列车进出站会导致乘客短时间内的热舒适度略有下降；乘客着装及所处位置会影响乘车时的舒适感；在车门上方增加热空气幕并在不同时段合理调整热空气幕的风速，可以有效改善车厢内气流组织舒适度。
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  R410A在水平双侧强化管外的冷凝换热特性试验研究

  周卓, 黄理浩, 陈建红, 陶乐仁, 黄嘉宇, 成简

  流体机械. 2021, 49(4): 97-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.04.016

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  对非共沸制冷剂R410A在一根水平光管和2根25.4 mm水平双侧强化管管外冷凝换热特性进行研究。分别研究在变入口水温和变水流量的条件下，制冷剂的管外冷凝换热特性。利用Wilson图解法和Wilson-Gnielinski法计算管外冷凝换热系数，并分析两种处理方法所得到的管外冷凝换热系数的差异，最后根据Nusselt管外关联式推出强化管管外冷凝换热关联式。试验研究表明：光管管外冷凝换热系数随入口水温的升高而升高，而2根双侧强化管则与之相反；光管和强化管的管外冷凝换热系数都会随着水流量的增大而增大；并随着饱和温度的升高而增大。双侧强化管EX1平均管外冷凝换热系数为光管的6.5倍，而EX2平均管外冷凝换热系数为光管的6.1倍，EX1的冷凝换热较EX2提升了6%。