2022年, 第50卷, 第2期　
刊出日期：2022-02-28

  

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试验研究
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  涡轮泵机械密封摩擦学性能的计算和试验研究

  贾谦, 阮琪, 刘朝丰, 刘晨阳, 崔展, 王贺

  流体机械. 2022, 50(2): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.001

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  为了研究涡轮泵机械密封的摩擦学性能，本文建立了机械密封摩擦学性能的计算模型，对润滑膜厚度h、润滑膜承载力F和摩擦力矩M_f随工况的变化规律进行了分析；通过摩擦磨损和台架试验，对摩擦系数μ、体积磨损量ΔV、润滑膜温度T和摩擦力f进行了测量，分析了其对涡轮泵重复利用的影响。结果表明：h，F和M_f随转速变化明显，转速越高h，F和M_f越大，转速为35 000 r/min时h，F和M_f出现最大值，分别为8.6 μm、2.3 kN和2.89 N·m；在启动和停止阶段机械密封处于干摩擦或边界润滑状态，伴随的摩擦磨损现象将严重制约涡轮泵的重复使用；摩擦磨损试验获得μ和ΔV的平均值分别为0.22和0.27 cm³；台架试验中T和f的数值大小能够实时反映其所在的摩擦学状态，全尺寸试验件的磨损形貌反映出了摩擦磨损试验结果不能完全代替全尺寸的台架试验。
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  往复压缩机抗堵塞环状阀的性能试验与应用研究

  潘树林, 吴双, 王玉鹏, 欧胜芳

  流体机械. 2022, 50(2): 8-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.002

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  针对工作介质中含有粉尘、焦油等杂质导致的传统压缩机气阀容易堵塞的问题，对传统压缩机环状阀进行了结构改进，设计了抗堵塞环状阀。抗堵塞环状阀在升程限制器与环状阀片接触的环形表面上开设环形凹槽，在未设导向凸台的径向筋表面开设弧形凹槽。通过对抗堵塞环状阀进行吹风试验，验证了弧形凹槽能提升气阀有效通流面积，且随着气阀升程减小，气阀流量系数增加值增大。抗堵塞环状阀在工作介质含较多杂质的煤化工领域6M40-305/314氮氢气压缩机应用时，与传统环状阀相比，一级气阀的清洗次数由原来平均1个月8次下降到平均1个月1.5次，压缩机的排气量提升了6.88%，压缩机一级单位质量工作介质指示功下降了7.85%。抗堵塞环状阀的应用表明，抗堵塞环状阀能延长压缩机连续运转周期、提升压缩机排气量以及降低压缩机功耗。
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  板翅式间接蒸发冷却器的布水试验研究

  金洋帆, 黄翔, 屈名勋, 王颖, 陈梦

  流体机械. 2022, 50(2): 13-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.003

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  针对目前数据中心用板翅式间接蒸发冷却器的不同布水方式存在布水不均的问题，利用搭建的板翅式间接蒸发冷却器试验台，主要对上布水和下布水、间歇性和连续性等不同布水方式的换热性能进行了对比试验，分析了喷淋水压、顺逆流喷淋、间歇性和连续性对均匀布水的影响因素。结果表明，淋水密度随着喷淋水压力的增大而增大，但增长幅度下降，且趋于平缓；当连续性与间歇性布水的湿球效率仅相差0.4%时，连续性布水的淋水密度却是间歇性布水的50倍；上部移动式间歇性布水相比于下部间歇性喷淋布水的湿球效率提高5.5%左右，逆流喷淋布水的效果优于顺流喷淋；上部移动式间歇性+下部间歇性喷淋布水相比于上部移动式间歇性布水的湿球效率提高1%～3%；相比于下部间歇性/连续性喷淋布水提高4%～9%。综上，建议板翅式间接蒸发冷却器采用上部+下部间歇性喷淋布水的结合方式。
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  相变蓄热材料对蓄热水箱分层特性的影响

  仵凡, 张华, 王子龙, 秦延斌

  流体机械. 2022, 50(2): 20-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.004

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  为了研究相变蓄热材料对水箱热力学特性的影响，提出采用中低温相变材料三水合醋酸钠作为蓄热材料的立式太阳能相变蓄热水箱，研究在初始水温80℃、进水温度5℃的工况下的相变蓄热水箱的热力学特性，并基于ANSYS软件，建立了该水箱的数学模型，得到了释热过程中蓄热水箱的温度分布图。采用理查德森数分析法、混合数分析法以及填充效率分析法，综合对比和分析了相变蓄热球在水箱中的不同位置和相变蓄热水箱在进水流量分别为1，3，5，7，9 L/min时的热分层特性。结果表明，随着释热过程的进行，入口流量越小，热分层效果越好。PCM4，PCM3，PCM2和PCM1中等温面（303.15 K）和等温面（348.15 K）的间距分别为9.28，10.52，11.13，11.75 cm，表明蓄热水箱内冷热水的混合程度随着相变蓄热球位置升高而加强，即相变蓄热球越靠近蓄热水箱进口，斜温层厚度越小。
设计计算
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  变工况往复压缩机曲轴的模型构建与动力学分析

  王金铭, 马茵, 程贵健, 王瑶, 江志农

  流体机械. 2022, 50(2): 28-34,96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.005

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  针对往复压缩机在部分行程顶开进气阀的气量调节工况下，因卸荷装置改变了气阀原本的运动规律导致其易发生泄漏等故障，从而导致气量调节偏差或失效，进一步造成压缩机其余部件发生故障的问题，本文构建了某六缸多级双作用往复压缩机曲轴力学模型，分析了其在正常气量调节工况以及气缸级内和级间发生调节故障时整周期交变载荷的变化规律，并利用多体动力学软件刚柔耦合分析法研究了在正常与故障工况下往复压缩机曲轴的变形及强度特性。结果表明：压缩机需尽量避免在36%气量负荷以下长期运行，且级内负荷调节偏差应控制在15%范围内，级间负荷调节偏差应控制在10%，否则将致使曲轴产生较为明显的恶化。该研究结果可为同类压缩机曲轴的设计和气量调节工况运行提供参考。
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  颗粒浓度对离心泵性能及磨损影响的研究

  黄凯, 刘栋, 尤保健, 倪子建, 宋涛

  流体机械. 2022, 50(2): 35-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.006

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  为研究颗粒浓度对离心泵性能及磨损的影响规律，采用CFD-DEM（Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method）对离心泵内部固液两相流进行数值计算。通过监测过流部件的磨损率和颗粒的运动，分析了不同颗粒浓度时叶片的磨损率、颗粒的平均速度、颗粒与壁面的接触次数和接触力。研究结果表明：随着浓度的增加，扬程和效率减小，叶轮的磨损率增大，叶片比前后盖板更易被磨损，叶片的磨损区域由点状衍变为片状；当颗粒浓度为3%时，颗粒在叶轮内运动时间最长，导致接触次数、接触力和接触区域最大；接触力较大的区域在叶片中间位置，颗粒与吸力面之间的冲击角接近90°，导致不同浓度下吸力面中间磨损最严重。
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  罗茨转子具有节弦高内共轭段的高能轮廓构造

  刘萍, 李玉龙, 张安民, 赵岩

  流体机械. 2022, 50(2): 43-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.007

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  为实现容积充分利用和更小内泄漏的罗茨泵轻量化目的，创新提出内共轭轮廓采用节弦高的普通型和高形型两类转子，并依据单一转子上各轮廓间的双对称几何关系，构建出创新转子的全共轭轮廓方程和容积利用系数式。结果表明：普通型创新转子比现有转子具有更大的容积利用系数，高形型将使之进一步最大化，3叶时分别提高了1.56%、13.21%，且转子加工相对简单；高形型的2～5个共轭点和平-凸共轭模式能使共轭泄漏最小化，径向等缝隙密封能使径向泄漏最小化等。得出高形型创新转子为一款具有更大容积利用和更小内泄漏的高能转子。
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  楔形板式相变单元蓄热过程的数值模拟及试验验证

  方桂花, 吕程, 连小刚, 谭心

  流体机械. 2022, 50(2): 49-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.008

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  为了保持板式相变单元易加工、组配灵活等特性的同时提高矩形板式单元的蓄热性能，在普通矩形储能单元的基础上调整纵向体积分布设计了一种楔形板式相变单元，通过FLUENT软件模拟2种单元所属蓄热装置在不同入口温度和不同入口流速下的蓄热过程，并通过试验研究得到了2种装置内PCM在不同工况下的温度曲线。研究表明：相对于矩形单元，楔形单元能够更好地利用相变材料的熔化特性使其率先完成相变过程，且入口流速的增大和入口温度的增加可有效地提高单元的蓄热效率，其中，入口流速为0.12 m/s、入口温度为75℃时楔形相变单元的优势体现得越发明显，在原有基础上提高了26.6%。
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  离子液体烷基化用轴流式旋流器分离性能模拟研究

  毕京贺, 段金鑫, 朱丽云, 王振波

  流体机械. 2022, 50(2): 56-63,70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.009

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  针对离子液体烷基化工艺中产物分离不及时等问题，提出将轴流式旋流器用于离子液体烷基化产物与催化剂的分离。采用雷诺应力模型和Eulerian多相流模型对旋流器分离效率及压降进行数值计算，重点研究操作参数对旋流器分离效率和压降的影响，同时综合考虑催化剂和反应物在分离过程中的接触情况，探究副反应较少的操作条件。研究表明，轴流式旋流器用于分离离子液体烷基化产物和催化剂具有可行性，分离效率大于90%，操作参数对旋流器分离效率的影响程度：溢流比>入口流量>进料比，对压降的影响：入口流量>进料比>溢流比，在Q为3.5 m³/h、F为0.50、E为1.0时旋流器在相对较小压降下分离性能最佳，可达95%以上。分析压降和轻相收率随操作参数的变化，为离子液体烷基化用旋流器结构开发及操作优化提供指导。
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  带内部热交换器的CO₂增压制冷系统热力学分析

  刘圣春, 刘坤, 王嘉豪, 代宝民, 杨鑫, 张鹏

  流体机械. 2022, 50(2): 64-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.010

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  为了研究CO₂增压制冷新系统形式及能效提升，建立了常规的CO₂增压制冷系统和带内部热交换器的CO₂增压制冷系统模型，并对其热力学性能进行了分析和对比，通过典型城市的全年性能分析，对系统在各个气候区域的性能进行评价。结果表明，引入内部热交换器，可提高增压制冷系统在高环境温度工况下的性能，压缩机总功耗最高可降低8.73%，系统能效最高可提升6.36%，最优排气压力最高降低0.55 MPa。通过对我国典型城市的全年性能分析发现，内部热交换器在热带和亚热带地区发挥了积极作用，COP可提升1.7%。本文为CO₂增压制冷系统在我国的推广应用提供了一定的理论参考。
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  FWZ型翻袋式离心机的结构设计与计算

  张德友, 朱碧肖, 方毅

  流体机械. 2022, 50(2): 71-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.011

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  针对普通离心过滤设备如传统的三足式（平板式）离心机、刮刀离心机等已不能满足用户更高更严要求的现状，介绍了一种新型的FWZ型翻袋式离心机，具有保持颗粒晶型完整、滤饼100%卸出无残余、叠加最高0.6 MPa过滤压力进一步降低滤饼含湿量等优点，阐述了该离心机的工作原理，并利用离心原理对离心机转鼓厚度、推料盘的推料力及卸料电机的功率进行计算、选型，以期本文的介绍对于该离心机的开发设计和应用推广起到一定参考和借鉴作用。
技术进展
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  线性压缩机研究进展

  余文辉, 张安阔, 韩一楠, 谢晶

  流体机械. 2022, 50(2): 75-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.012

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  为了推进斯特林/脉管制冷机技术的发展，针对其动力驱动设备——线性压缩机进行了综述。简要地回顾了线性压缩机的发展历程，结合国内外主要研究单位的发展和近年来的文献，介绍了线性压缩机的最新研究进展，并对线性压缩机支撑技术、间隙密封技术的发展进行了重点论述。分析并给出了线性压缩机的发展方向：动磁式结构是大功率型线性压缩机的首选、空间用线性压缩机小型化趋势明显、民用线性压缩机成本的降低十分迫切，最后提出了现有研究存在的问题。
应用技术
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  空压机空载功率研究及其对耗能的影响

  任芳, 孙晓明, 骆嘉, 耿茂飞, 张炯焱, 王泉超, 张超萍, 李金禄, 姜慧君

  流体机械. 2022, 50(2): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.013

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  为了提升空压机在实际使用过程中的能效，对优化空压机的空载功率进行了研究，分析了影响空载功率的因素，并建立了空载功率比的热力学数学模型及空载功率比和负载率对用电单耗影响的数学模型，经过计算、分析发现：空载运行时的压缩指示功是空载功率的主要影响因素，油气分离器压力和主机进气压力是空载功率的主要影响参数。并通过调节参数变量进行试验验证，结果表明，油气分离器压力和主机进气压力越低，空载功率越小，空压机越节能。对于额定压力0.8 MPa的空压机，将进气压力设为小于10 kPa（A）、油气分离器压力设为小于0.1 MPa，系统进行优化设计后，则其空载功率比可以降至20%，达到国际先进水平。
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  核电稳压器安全阀动作性能仿真及数学模型建立

  王媛媛, 王亮, 田野, 张健, 于新海, 商华政

  流体机械. 2022, 50(2): 89-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.014

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  为了实现稳压器安全阀的动态模拟，精确计算稳压器安全阀阀瓣的运动状态，采用动网格、流域分块、外接虚拟大容器等模拟技术，并利用二阶微分方程对阀瓣的动态特性进行了编译，使得稳压器安全阀在32 ms实现全开启，在此基础上，基于响应面法对影响稳压器安全阀启闭压差的因素进行了分析，拟合了回座压力的计算公式，最后检验模拟值与实验值误差是否小于5%，验证方法的可行性，本文为稳压器安全阀的设计和现场调试提供了精确的数学模型。
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  空气阀浮球吹堵特性分析

  彭枫, 李志鹏, 张程钞, 廖志芳, 王东福, 谢科

  流体机械. 2022, 50(2): 97-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2022.02.015

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  针对空气阀内浮球吹堵问题，建立复合式高速进排气阀模型，设计了一种护筒高度为285，380，440 mm的空气阀，并对阀内湍流流场及其压力进行了模拟研究，计算了空气阀排气量及浮球升力，研究不同高度及进出口压差对空气阀的影响规律。结果表明，在排气过程中，3种护筒高度的空气阀不会发生吹堵现象，确保了空气阀安全运行；在相同高度下，排气压差与排气量成正比，随着高度增加，空气阀的节流通径变小。当压力为70 000 Pa时，护筒高度为285 mm的空气阀最大压力为73 093.25 Pa，相较于380 mm与440 mm压力增加了228.9，1 230.37 Pa。排气压差为100 000 Pa时，浮球在护筒高度为380 mm时，向下的力为1 427.3 N。