2021年, 第49卷, 第5期　
刊出日期：2021-05-30

  

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试验研究
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  碟片间距对碟式离心机性能的影响

  胡煜纬, 袁惠新, 付双成, 周发戚

  流体机械. 2021, 49(5): 1-6,20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.001

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  碟式离心机因在其转鼓内增设了一组碟片，沉降面积增大，颗粒所需沉降距离减小，分离性能显著提高。然而，多层碟片产生的多层薄层流动效应会影响碟片间的流动，导致各层碟片间的进料量和进料浓度不同，从而产生分离的短板。为了研究碟片间距对碟式离心机性能的影响，通过试验和CFD模拟分析了不同碟片间距下碟式离心机各碟片间的两相流动情况。结果表明：当碟片间距适当时，各层碟片间隙进、出口处的流量与浓度分配相对均匀，碟式离心机分离效率最好；当碟片间距偏大或偏小时，都不利于碟片间隙内颗粒的离心沉降过程。该研究对抑制碟式离心机分离过程的短板问题、提高分离性能具有重要意义。
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  爆炸0区防爆风机内部流场模拟及试验研究

  程龙军

  流体机械. 2021, 49(5): 7-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.002

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  风机是化工过程中重要的流体传动设备，根据安全要求，在爆炸0区的风机出入口需配备阻火器。针对阻火器及叶轮流场问题，利用有限元仿真软件进行建模分析，仿真结果表明，经过阻火器后湍流动能最大值达到17.87 m²/s²，阻火器出口湍流强度增强；同时研究分析了直叶轮和圆弧叶轮风机内部流场，结果表明圆弧叶轮速度、压力及湍流动能分布更加均匀，升压性能更强，适合作为防爆风机叶轮。针对圆弧轮盘应力是否符合标准问题，通过构建了轮盘应力模型对其进行了分析，结果表明叶轮最大离心力为263.9.1 MPa，满足叶轮强度要求。根据模拟结果，研制了一台0区防爆风机，试验测试结果表明样机在3 000 r/min工况下，总压为12 113 Pa，满足设计要求；样机性能参数与模拟计算结果吻合度高，为以后其他型式叶轮或者多级0区防爆风机的设计计算提供基础。
设计计算
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  新型双对置活塞压缩机理论计算与动力分析

  何志龙, 韩耀祥, 郭旭

  流体机械. 2021, 49(5): 14-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.003

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  活塞压缩机的创新设计对探索新型、高效的压缩机结构具有较大的意义。本文提出了一种新型双对置的活塞压缩机机构，其具有质量较轻，零部件少，空间利用率高等优点。该新型压缩机在曲轴的两侧设有2个气缸，每个气缸内部设置2个相对的活塞，内部活塞通过一根内连杆连接，外部活塞通过外部2根完全对称的外部连杆连接，该压缩机省去了气缸盖、曲轴箱等结构。此外，在详细介绍其工作原理的基础上，对该新型压缩机进行了热力和动力计算，结果表明：该压缩机气体力可以完全平衡；在惯性力方面，该压缩机的一阶惯性力为零，二阶惯性力较小。此外，其均匀的切向力、良好的活塞力和法向力平衡性能也表明该压缩机具有力学性能良好、运转平稳和振动噪声低等优势。
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  新型交叉轴双螺杆膨胀机转子的设计与受力性能研究

  武萌, 谈庆鹏, 王君, 沙润东, 赵胜, 王增丽

  流体机械. 2021, 49(5): 21-25,32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.004

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  针对现有双螺杆膨胀机螺杆转子在工作过程中承受的轴向力较大的问题，提出采用交叉轴锥形螺杆转子结构，减小螺杆转子轴向力；建立了交叉轴锥形螺杆转子三维模型；使用双螺杆膨胀机的工作过程模型，确定了工作情况下螺杆转子所受的温度和压力载荷；使用ANSYS软件对螺杆转子在温度和压力作用下的变形和轴向力进行了分析。结果显示，交叉轴锥形螺杆结构对减小双螺杆膨胀机转子轴向力有较好的效果。
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  抗空化航空双端供油泵设计与数值预测

  王维军, 谭向军, 黄巧平

  流体机械. 2021, 49(5): 26-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.005

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  针对双端供油泵上-下泵不同运行工况特性，分析了国外Park和Eaton公司的典型双端供油泵；设计上泵为圆锥等距诱导轮叶轮分体式、下泵为诱导轮叶轮一体式，并建立了上、下叶轮水力模型理论增压曲线；基于RNG k-ε湍流模型与ZGB空化模型对2种水力模型进行数值仿真，液相采用Jet A Liquid，汽相采用Jet A，分别仿真了7个单相定常及设计工况8个空化工况点。结果表明，当流量大于10 000 L/h时，一体式诱导轮叶轮具有较高的效率，最高可达84.19%，增压比上泵高5~10 kPa，上下泵增压相差0.993%~3.800%，满足匹配性设计要求；当空化数为0.1时，上、下泵外特性增压分别下降了5.5，5.4 kPa，为初生空化；当空化为0.056 6时，空化明显增加，主叶轮上出现了明显的空化区域，为发展空化；当空化数为0.0134时，诱导轮、叶轮大部分流道被空泡占据，增压分别为93.6，98.7 kPa，为完全空化；诱导轮叶轮分体式与一体式设计均能满足空化要求。
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  基于DPM和RSM的一体化预制泵站结构优化

  夏瑞超, 刘厚林, 张子旭, 王凯

  流体机械. 2021, 49(5): 33-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.006

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  为了研究一体化预制泵站的沉积问题，基于FLUENT软件中的DPM模型对圆筒式一体化预制泵站进行了数值计算，分析了悬空高、泵间距、中心距等位置因素对于预制泵站内沉积率特性的影响，结果表明：随着悬空高和泵间距的增大，沉积率呈增大趋势；随着中心距增大，沉积率先增大后减小；沉积率都高于60%。针对圆筒式预制泵站的流动问题，将其结构改成对隔流式，并以泵站内沉积率为目标，采用响应面法（RSM）对隔流式预制泵站隔流堰及预旋盆等结构参数进行优化，结果表明：优化后的最佳结构参数组合的沉积率最低降至25.4%。
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  “华龙一号”核主泵质保等级与安全分级的划分

  冯晓东, 王磊, 雷宇升, 朱伟

  流体机械. 2021, 49(5): 41-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.007

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  依据HAF法规和核电厂质量管理标准，结合ASME核电规范与标准，充分考虑核主泵零部件的功能性、复杂性、成熟性、利用率和造价成本，对“华龙一号”核主泵的质保等级和安全分级的划分进行了分析。质保和安全等级的划分可以降低生产制造活动的造价成本，并适当减少质量保证活动管控所需的人力和物力。本文根据ASME设计规范、功能、承载应力及是否与介质接触4个方面提出质保等级的定义原则，按照ASME规范第Ⅲ卷NB，NC，ND分卷的要求提出安全分级的定义原则。对比质保等级和安全分级的划分原则，确定质保等级不低于安全等级。
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  基于流固耦合法的往复压缩机吸气阀流场特性研究

  韩宝坤, 张冬鸣, 张国伟, 田志远, 孙晓东

  流体机械. 2021, 49(5): 47-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.008

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  往复压缩机吸气阀片的几何参数会影响进口流体通道的流动特性，为了将该过程可视化，本文针对某公司生产的往复压缩机，利用Solidworks建立气缸吸气通道与阀舌的三维模型，采用FLUENT软件在阀舌与流体通道交界面设置流固耦合面，并加载动网格选项进行压缩机吸气过程的瞬态动力学仿真。通过写入Profile对压缩机活塞运动方程进行预定义，最终得到不同厚度的吸气阀片在开启与完全开启状态下阀舌表面与气缸应力分布、阀舌位移与入口流量随时间变化特性，并结合试验验证了数值模拟的准确性，为进一步优化气阀结构，研究气缸内压力脉动引起的气动噪声提供理论依据。
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  基于多物理场耦合的高温掺合阀温度场数值模拟研究

  杨承帅, 张希恒, 张孙力, 黄美林, 金虎, 郑荣部

  流体机械. 2021, 49(5): 54-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.009

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  为了研究柱塞式高温掺合阀在实际生产中流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的分布规律，分别采用理论计算方法和基于ANSYS的有限元方法对实际生产工况条件下该阀的流场、温度场进行耦合计算。给出了理论计算过程，为模拟分析提供依据，给出了流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的计算过程和结果。结果表明：阀内流体域分布中速度场分布与温度场分布整体吻合，态势良好；热流出口段窗口处温度梯度较大，且由于热流段流速较快，耦合过程中有一定射流现象；热流入口处沿径向温度梯度较大，说明隔热件发挥作用，隔热效果较为明显。
应用技术
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  新型组合式3D高效预热系统在熔铝炉上的节能示范研究

  王飞扬, 朱冬生, 刘世杰, 莫逊

  流体机械. 2021, 49(5): 61-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.010

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  高温空气燃烧技术中所使用的传统蓄热室存在排烟温度高、阻力大等问题。三维变空间高效换热器是一种高效的换热设备，由于工作温度的局限性，不能直接应用于高温空气燃烧技术的节能降耗。针对这些问题提出一种新型组合式3D高效预热系统，解决传统蓄热室存在排烟温度高、阻力大等问题，克服三维变空间高效换热器应用的局限性，实现高温空气燃烧技术进一步的节能降耗。首先，对3D高效预热系统特点进行介绍，分析二者联合应用于高温空气燃烧技术的可行性。其次，应用3D高效预热系统对某公司一台熔铝炉进行技术改造，并进行实际运行测试和考核分析。结果表明，3D高效预热系统可有效降低系统阻力和排烟温度，减少引风机功耗25%，降低成铝天然气消耗10 Nm³/t，节约天然气成本可达58.5万元/年，经济效益显著。
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  旋流板除雾器数值研究及结构优化

  梁雪琪, 吕文豪, 李凯华, 行宇, 冷健, 陈兴业

  流体机械. 2021, 49(5): 67-73,79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.011

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  为解决脱硫项目中烟囱雨问题，以中国石油乌鲁木齐石化化肥厂锅炉烟气超低排放改造项目的烟囱内的旋流板为研究对象，通过求解Standard k-ε模型和DPM离散项模型，对旋流板的气液分离特性和阻力特性进行数值仿真。结果表明：该系统在60%负荷运行时，排烟量为330 000 m³/h，烟囱内壁附近烟气最高流速达20.3 m/s，易导致壁面液滴二次携带。因此，在原旋流板结构基础上，设计2种方案进行结构优化，并进行气液分离特性和阻力特性对比，优化结构的壁面附近烟气流速降低14.7%，代价为压损增大8.5%，可在一定程度削弱二次携带作用。改变优化后结构的叶片倾角和叶片数目，结果表明：烟气流量为330 000 m³/h的前提下，叶片数目为32，叶片倾角为26°的叶片布置方式可同时得到较好的气液分离特性和阻力特性。
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  间隙汽蚀对高压多级离心泵的影响分析

  成科, 岳维亮, 胡四兵, 杜振明, 王振伟

  流体机械. 2021, 49(5): 74-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.012

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  针对高压多级离心泵日常运行过程中，在入口压力（装置汽蚀余量）足够的情况下，泵仍然出现汽蚀现象，引起一定的噪声和振动，严重时轴甚至抱死无法运行。同时在泵维修时经常发现导叶、蜗壳、口环表面等部位出现不同程度的汽蚀破坏现象。本文首先对间隙内产生汽蚀现象的原因及对泵部件的影响进行了初步分析，然后采用CFD计算模拟了间隙内汽蚀产生过程，最后提出了改善间隙汽蚀的解决措施，对高压多级离心泵长周期安全稳定运行具有重要意义。
制冷空调
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  蒸发预冷的复合式空调器性能测定方法

  徐鹏, 马许仙, 段之殷, 郑小兵

  流体机械. 2021, 49(5): 80-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.013

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  蒸发冷却与传统的机械制冷相结合，既可以实现节能，又能做到稳定控温，实现了2种技术的优势互补。相关产品虽已出现，但一直缺少相关技术评价标准。结合介绍最新的美国标准ANSI/ASHRA Standard 212-2019，就蒸发冷却设备的性能测试程序和计算方法、蒸发式空气冷却器作为预冷器时的性能评估方法，以及蒸发冷却用水效率等问题进行了讨论。期望能为我国蒸发冷却空调技术标准的完善以及相关产品的规范提供参考。
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  基于数据挖掘的冷藏陈列柜的负荷预测研究

  袁培, 雷正霖, 曾庆辉, 武宜霄, 吕彦力, 胡朝龙

  流体机械. 2021, 49(5): 87-90,104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.014

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  为了挖掘冷藏陈列柜运行数据的有效信息，实现冷藏陈列柜制冷负荷的预测，针对运行数据存在时间序列性和非线性等特性，提出了基于深度学习的LSTM神经网络模型。将日期信息、蒸发器进出口温度、压力、焓值、流量数据按照时间步长划分为训练集与测试集，模型导入后经过训练证明最优方案：模型网络层数为4、训练次数为200，将预测负荷数据与实际负荷进行比对，发现预测模型绝对百分比误差仅为1.98%，具备较好的预测性能。
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  电动汽车热泵系统串并联余热回收试验研究

  周国梁, 吴靖, 王明玉

  流体机械. 2021, 49(5): 91-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.015

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  电动汽车热泵系统在低温环境存在制热量不足的问题，一种可行的改善方式是回收电动汽车的废热来提升热泵系统的制热量。本文通过试验手段，搭建了以R134a为工质的电动汽车热泵系统试验台，在环境温度-7 ℃、余热回收量为1.0 kW情况下，研究了热泵系统在串并联余热回收模式运行时的性能。通过改变压缩机转速，对比了2种余热回收模式的运行特性、制热能力及制热效率。研究结果表明：并联余热回收模式制热能力优于串联余热回收模式，最大可增加0.96 kW，且2种模式制热量均超过3.0 kW；并联余热回收模式功耗大于串联余热回收模式，最大可多0.63 kW；并联余热回收模式的COP略低于串联余热回收模式，但2种模式COP均大于1.5。根据2种模式特性的试验观察，本文提出一种节能高效的余热回收控制策略。
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  乘员舱动态热环境及人体局部热感觉试验研究

  祁良奎, 柳建华, 张良, 吴清清

  流体机械. 2021, 49(5): 97-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.05.016

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  对汽车乘员舱制冷工况下的热环境和人体局部热感觉进行了试验研究。试验工况为制冷、自动模式内循环2种空调模式，温度设定为26 ℃；行驶状态为怠速、行驶2种。试验结果表明：乘员舱气温、相对湿度分布受空间位置及行驶状态影响，舱内风速变化受行驶状态影响较小；局部热感觉呈现短暂迅速升高，然后缓慢下降并最终保持稳定的趋势，不同部位的局部热感觉存在差异，差异受空间位置及行驶状态影响；局部皮肤温度与空气温度呈现先负相关后正相关的关系，部位热敏感性与空间位置及行驶状态有关；局部热感觉和局部皮肤温度呈现良好的线性关系，但线性相关系数受空间位置、行驶状态和部位自身差异影响；空调自动模式下静态模型比动态模型更适用于局部热感觉模型构建。