流体机械

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侯峰, 冀瑞浩, 杨彩, 于志强, 邢子文

流体机械. 2022, 50(1): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.001

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为了提高双螺杆压缩机运行的可靠性，对部分负荷工况下转子轴向受力进行了试验研究，测量了部分负荷下压缩机转子齿槽内气体压力的变化趋势以及转子轴向受力的变化特性，并根据转子轴向受力组成，分别得到了气体轴向力和端面轴向力对转子轴向受力的影响。研究结果表明：随着负荷降低，由于转子工作过程压缩段长度的减小，转子轴向受力呈现出不断减小的趋势；在转子受力组成中，端面轴向力约为气体轴向力的1.5倍，因此，在压缩机设计阶段要充分考虑端面轴向力的影响。

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微型电动汽车热泵空调系统设计与试验研究

刘旭阳, 苏林, 李康, 方奕栋, 盛雷, 杨忠诚, 穆文杰

流体机械. 2022, 50(1): 9-15,91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.002

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为了提高某微型电动汽车有效续航里程，对其原有空调系统及换热器进行了改进设计与研究，新热泵空调系统采用4个电磁阀对其冷暖模式进行切换，通过焓差室对换热器和系统的性能进行了测试。首先比较了两种不同流程布置室外微通道换热器的换热能力；进而分别将原空调系统换热器和所设计换热器应用于该热泵空调系统，试验研究了压缩机转速和环境温度对两系统制热/制冷性能的影响。结果表明，2流程换热器压降较小、换热能力较强，优于3流程换热器。在制冷模式下两系统性能相近，而在制热模式下新换热器系统与原换热器系统相比其COP最大提升约75%，制热量最大提升约160%，出风温度最大增加约8.2 ℃，且能满足微型电动汽车在冬季工况和夏季工况下的热需求。

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金属辐射板与双冷源新风机组联合运行供暖特性试验研究

宗天晴, 傅允准

流体机械. 2022, 50(1): 16-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.003

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针对目前对双冷源新风机组与辐射板联合运行供暖系统应用于办公室的运行特性的研究很少的现状，搭建了金属辐射板与双冷源新风机组系统测试平台，测试了金属辐射板与双冷源新风机组空调系统供暖运行状态，以及双冷源新风机组供热性能、空气源热泵制热性能以及室内温度分布特性和室内空气品质。结果表明，金属辐射板与双冷源新风机组空调系统冬季供暖运行时8 h后，送风口的送风温度在22 ℃左右波动，含湿量为7 g/kg左右；在满足室内热湿需求的同时，垂直方向温度分布均匀，室内垂直温差为0.89 ℃/m；且室内空气品质较好，CO₂浓度持续下降至433 mg/L，室内PM2.5浓度降至10 μg/m³。研究结果对金属辐射板与双冷源新风机组联合运行供暖效果的深入研究以及该系统在夏热冬冷地区的工程应用具有一定的参考价值。

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运行参数对内热型板式除湿溶液再生装置的性能影响试验研究

胡凯, 郭春梅, 杨红, 由玉文, 罗丹吴, 李美萱

流体机械. 2022, 50(1): 22-28,52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.004

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为了研究不同工况下内热型板式再生器的再生性能，搭建了再生试验系统，分别研究了空气、溶液以及热水入口参数对再生系统热质传递特性的影响，并运用SPSS软件对各参数进行敏感性分析。结果显示，空气侧入口流速对再生器的性能起到至关重要的作用，随着空气流速增加，再生量从0.82 g/s升至2.04 g/s，但再生效率从90.15%降至45.68%；溶液侧浓度对再生量近似呈直线规律下降，再生量从2.4 g/s急速降至1.11 g/s；热水侧温度、流量均对再生器的性能起到积极作用，但影响一般。经SPSS分析得出：影响内热型板式再生装置再生性能最主要的因素为空气流速和溶液浓度，空气温度则是影响最小参数。

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往复压缩机流量调节装置不同运动规律下三维流场仿真研究

江志农, 王隽妍, 张进杰, 李磊, 孙旭, 王瑶

流体机械. 2022, 50(1): 29-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.005

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针对流量调节装置改变吸气阀阀片运动规律，进而造成往复压缩机内部流场复杂多变的问题，采用基于CFD的流体分析软件FLUENT对往复压缩机三维模型在不同流量调节装置背压、复位弹簧刚度工况下进行内部流场仿真模拟，从而得到运动部件运动规律、压缩机内部动态压力及压缩机示功图等。研究结果表明，不同流量调节装置影响往复压缩机吸气阀撤回动作及其负荷调控效果。随着流量调节装置背压的增加，造成吸气阀阀片撤回冲击下降，同时负荷调控偏差从0.42%增大至5.31%；而复位弹簧刚度的增加，引起负荷调控偏差从11.11%下降至0.75%的同时，增加了阀片的撤回冲击。基于仿真过程及仿真结果，提出了流量调节装置优化设计方案，可为不同往复压缩机流量调节装置参数优化提供依据。

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基于OpenFOAM的导叶式离心泵数值模拟研究

刘厚林, 毛艳虹, 王勇, 林其文

流体机械. 2022, 50(1): 37-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.006

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针对目前有关OpenFOAM对带导叶这种特殊结构的离心泵的计算研究较少且没有形成系统性研究的现状，为了验证OpenFOAM开源软件在导叶式离心泵数值计算方面的可靠性，分别对0.6Q_d ～1.4Q_d流量工况下的导叶式离心泵进行外特性试验以及稳态和瞬态的数值计算。结果表明：OpenFOAM计算得到的外特性结果贴近试验数据，最大误差在4.1%以内；叶轮内存在低压区，导叶出口处压力最大但随着流量增大而减小；小流量工况0.6Q_d 下导叶流道内漩涡严重，随着流量增大，流场流动趋于平缓；叶轮的轴向力、径向力和压力脉动均受叶轮和导叶的干涉影响，设计工况下叶轮受力最稳定，叶片压力脉动呈周期性变化，叶片工作面的压力波动程度大于背面，反导叶处的压力脉动曲线有28个峰值。因此，OpenFOAM可以作为有效预测导叶式离心泵性能的CFD软件，研究结果对后期研究OpenFOAM软件的普适性有一定的指导意义。

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叶片后缘加厚对轴流风机性能的影响

汤湘杰, 李科军, 应立军

流体机械. 2022, 50(1): 45-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.007

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为解决NACA65系列翼型叶片后缘轮廓线内切圆半径收敛至0引起的铸造工艺问题，采用三次多项式函数生成叶片后缘厚度函数，精确调整叶片后缘末端厚度。基于Ansys软件对不同叶片后缘厚度的风机进行流体仿真，并分析其气动性能与静力结构特性。结果表明叶片后缘增厚使得叶片附面层分离损失增加，尾迹与叶栅主流区的掺混损失增大。叶片载荷分析表明，1.5 mm-0.80翼型、3 mm-0.80翼型风机叶片所受的最大等效应力分别增加0.59%，1.58%，叶片出风口位置处的等效应力随着厚度增加而略减。1.5 mm为风机叶片后缘增厚的推荐尺寸，其风机最大效率为88.07%，是原翼型风机效率的99.67%，全压曲线与原风机的全压曲线基本重合。

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调压阀流体空化特性仿真及影响因素分析

林腾蛟, 陈少勋, 赵俊渝

流体机械. 2022, 50(1): 53-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.008

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针对船用二级调压阀空化问题，建立流域瞬态仿真模型，结合Singhal空化模型和标准k-ε湍流模型对调压阀流体空化现象进行数值模拟，通过流场气体体积分数分析，得出了流体空化强度及分布形态的演变规律，通过流体速度场和压力场分析，阐明了空化演变过程调压阀流场特性，进而研究了开度、流量和背压对调压阀流体空化现象的影响规律。结果表明：在空化初生阶段，节流口处压力梯度大且流速高达69.89 m/s，形成冲击射流，在节流口和阀芯壁面处产生固定型空化；在空化发展阶段，壁面处空化强度增强，范围变大，局部气体体积分数可达80%以上；在空化溃灭阶段，固定型空化尾部受到湍流影响逐渐脱落，并向下游移动随后溃灭，局部气体体积分数逐渐降至0；调压阀开度或背压增大使得流体空化强度减弱且范围减小，流量增大致使流场空化强度增强且范围增大。

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间歇排料式浓缩旋流器的数值模拟及试验验证

刘培坤, 李子硕, 杨兴华, 张悦刊, 李晓宇

流体机械. 2022, 50(1): 61-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.009

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针对普通旋流器在矿井水的浓缩分离作业过程中，由于进料浓度低造成底流浓度低，导致底流产物后续处理困难的问题，提出一种间歇排料式浓缩旋流器。在旋流器底流口处串接浓缩斗并间歇关闭安装在浓缩斗排料口处的气动阀门，增加物料在浓缩斗内的浓缩时间，提升底流浓度，所得底流产物可直接经皮带机运输。通过数值模拟和对比试验探究物料在旋流器内的沉积情况和间歇排料式浓缩旋流器的浓缩性能，利用Dynamic Mesh技术实现数值模拟过程中边界参数的改变。模拟结果表明，随着浓缩时间的增加，浓缩斗底部物料浓度明显升高，在进料浓度为4%的情况下，间歇排料周期大致为122 s；试验结果表明，间歇排料式浓缩旋流器底流浓度为73.57%，浓缩比为18.39，与常规排料式旋流器相比分别增加28.33%和7.08，浓缩性能显著提升。

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动态压差控制阀流场及流量控制特性研究

范宜霖, 王剑, 雷艳, 黄健, 彭林, 徐晓刚

流体机械. 2022, 50(1): 68-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.010

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针对变流量加热及冷却系统水力和热力失调的问题,设计一种动态压差控制阀。基于计算流体力学(CFD)方法,建立不同阀芯开度下动态压差控制阀三维流道模型。对比研究了不同阀芯开度下阀内流场分布以及流量变化,得出了动态压差控制阀在不同阀芯开度下阀内压降曲线的变化规律、阀芯节流口处速度曲线及湍动能曲线的分布规律,拟合了阀门出口流量控制特性曲线。结果表明:不同阀芯开度下动态压差控制阀内部压力和速度的分布存在差异;平衡阀芯小开度时,随着调节阀芯开度的减小,阀门压降约增大294.5%,调节阀芯节流窗口处流速增大48.7%;平衡阀芯和调节阀芯均处于小开度时,阀内湍动能梯度较大,易产生气穴;动态压差控制阀的流量控制误差范围在10%以内。

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数据中心用热管空调系统研究进展

卢大为, 王飞, 王建民, 邵双全

流体机械. 2022, 50(1): 75-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.011

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针对回路热管机房空调在数据中心冷却中的适用性问题，总结了数据中心用回路热管空调系统最新研究进展，对比分析了重力型、气相动力型和液相动力型3种回路热管机房空调系统，并介绍了3种回路热管自然冷却与蒸气压缩主动制冷相结合的一体式机房空调系统的构成方式与运行性能，结果表明3种回路热管在不同的应用场景下都具有良好的节能效果：从驱动方式而言重力热管节能效果最优；从使用地区而言，寒冷地区优于温和地区；蒸气压缩/回路热管一体式机房空调系统全年能效比可以达到10.0以上，年均可节能30%左右。并指出了该技术所需关注的技术问题，为其在数据中心冷却系统节能领域的研究与应用提供参考。

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气柱共振导致的核电站蒸汽管道振动分析与机理研究

王琇峰, 唐国运, 杨鸿均, 刘星, 杜鹏程, 宋林, 石屹峰

流体机械. 2022, 50(1): 85-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.012

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针对某核电站机组4^#汽动辅助给水泵蒸汽管道在大修后验收试验期间发生的振动超标问题，通过对蒸汽管道振动现象及测试数据分析，推测管道振动机理为主汽门活塞卡滞引发汽锤，汽锤激发管道气柱共振，并使得阀杆产生相应频率即69 Hz的振动。由于阀杆控制系统频响特性，69 Hz与阀杆控制系统耦合，导致管道振动烈度严重超标，达到76 mm/s。基于上述推测，通过推导平面波动方程，开展气柱固有频率计算方法研究，其次运用有限元软件仿真计算管道气柱固有频率；搭建调阀控制系统及执行机构实物模型，对阀杆控制系统频响特性展开分析。研究结果表明：蒸汽管道存在与管道振动频率69 Hz一致的气柱固有频率，且阀杆控制系统可对69 Hz产生正反馈，印证了故障推理的正确性。

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水压锥阀空化射流流场结构与流量特性的相关性研究

袁聪, 朱丽莎, 杜尊令, 李鹤, 宋锦春

流体机械. 2022, 50(1): 92-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.014

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为了研究水压锥阀空化流场与流量特性的相关性，对两种阀座结构的水压锥阀内部的空化射流开展了三维动态流场仿真。结果表明，直角型锥阀和倒角型锥阀均在阀芯后沿存在分离流诱发的附着型空化，在阀口下游有漩涡空化；此外，倒角阀座流道内亦存在分离流现象并形成附着型空化。倒角型流道入口处的分离流造成流体的局部加速，对于0.6 mm开口度，在非空化流动下倒角型锥阀的射流中心流速比直角型锥阀高约30%，其节流系数分别为1.02和0.7，表明节流系数与射流中心流速值相关。在空化流动条件下，直角型锥阀的空化区域位于阀口较下游处，射流的剪切强度增强使有效通流面积变大，节流系数基本不变；倒角型锥阀受到附着型空化额外节流作用，节流系数缓慢减小。

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长输供热管网摩擦阻力系数的计算方法研究

刘雪萌, 谢英柏

流体机械. 2022, 50(1): 100-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.01.015

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针对长输供热管网摩擦阻力系数目前常用的显式计算式结果不准确而隐式计算式Colebrook-White公式计算不方便的问题，首先根据长输供热管网的运行特点，选取20个Colebrook-White公式的近似计算式，然后在供回水温度为20～130 ℃、压力为0.5～2.5 MPa、管径为DN1200～DN1600的范围内，分别计算每个近似式计算结果与Colebrook-White公式计算结果的相对误差，进行对比分析并初步确定其中3个误差较小近似式，最后进一步分析管内相对粗糙度对这3个近似式准确度的影响。结果表明，Biberg公式和Serghides公式a的计算稳定性和精度极高，在所计算参数范围，误差均小于0.001%，适合用于长输供热管网的水力计算。以上对比分析，全面考虑了Colebrook-White公式的适用范围和影响因素，解决了长输供热管网摩擦阻力系数方便和准确计算的问题。

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2022年, 第50卷, 第1期　
刊出日期：2022-01-30

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