2023年, 第51卷, 第5期　
刊出日期：2023-05-30

上一期    下一期

• 全选
  |

试验研究
• Select
  电动汽车热泵空调系统热气旁通除霜的试验研究

  谷晓阳, 苏林, 李康, 杨忠诚, 张超波

  流体机械. 2023, 51(5): 1-8,15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.001

  摘要 ( 106 ) PDF全文 ( 384 )   可视化   收藏

  针对电动汽车热泵系统室外换热器结霜会使系统性能严重衰减且不稳定性加剧等问题，在研究目前汽车上普遍使用的逆循环除霜模式的基础上，设计并搭建了应用于电动汽车的热气旁通除霜系统，试验研究了两种模式在不同环境工况下的除霜性能，分析了两种除霜模式的运行特性，并估算了两种除霜模式下的电动汽车续航里程。结果表明：在5 ～-5℃的环境工况下，逆循环除霜用时80～400 s，除霜过程平均功耗618～1 008 W；热气旁通除霜用时350～600 s，系统功耗1 383～1 621 W。相比于逆循环除霜，热气旁通除霜用时增加200～270 s，功耗上升613～765 W，续航里程减少1.9%～3.8%，但在除霜过程中有利于保证乘员舱内的舒适性。在室外环境温度低于0℃时，除霜过程中关闭室外换热器风机，能减小空气侧换热损失，提高除霜效率。
• Select
  罗茨鼓风机工作过程与性能的试验研究

  谷朋泰, 邓志成, 汪勇, 李治, 方超, 杨凯镟

  流体机械. 2023, 51(5): 9-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.002

  摘要 ( 92 ) PDF全文 ( 154 )   可视化   收藏

  为了测试罗茨鼓风机在不同运行工况下的性能变化规律，设计并搭建了罗茨鼓风机性能测试试验台，在机壳不同位置布置4个压力传感器，测得了鼓风机在一个完整工作周期内的压力变化，进而根据V-θ图，得到了一个工作周期内的p-V图。在不同转速和压比工况下，实测了一台小型三叶罗茨鼓风机的排气量和功率等性能数据，分析了其容积效率、机械效率、绝热效率和排气温度等参数随运行工况的变化规律。结果表明，罗茨鼓风机内部的压力上升分为110°～180°与180°～200°两个近似线性变化阶段，这与理论上认为的压力上升是在接通排气口时瞬间完成有一定区别；在压比为1.3的工况下，转速从1 800 r/min增加到3 000 r/min，容积效率和机械效率分别提升8.4%，10.1%，绝热指示效率和绝热效率分别下降7.2%，1.4%。研究成果对小型罗茨鼓风机的设计和运行具有参考意义。
• Select
  磨料水射流切割钛合金材料的试验研究

  陈思晟, 宋修和

  流体机械. 2023, 51(5): 16-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.003

  摘要 ( 69 ) PDF全文 ( 306 )   可视化   收藏

  针对传统工艺对钛合金等难加工材料切割存在诸多弊端的问题，应用磨料水射流（AWJ）技术切割难加工材料可以有效避免工件温度积聚及刀具损伤等，在非淹没条件下对钛合金材料进行切割加工，通过正交试验法对试验结果进行分析，得出水射流压力、靶距及喷嘴移动速度在切割过程中的影响权重，并对3个加工参数进行排序，优化出最佳加工参数组合为A₃=280 MPa、C₁=10 mm、B₁=200 mm/min。试验表明，AWJ技术可显著提高材料的去除率，有利于钻屑的回收利用。对切割过程中的几何因素、动力学特性及材料物理性质进行量纲分析，依据相似第二定律（π定理）建立磨料水射流切割深度与各因素之间的无量纲函数关系式，给出各影响参数的耦合关联性。分析磨料水射流切割钛合金材料最优参数，对磨料水射流技术应用于切割难加工材料有一定的实际意义。
设计计算
• Select
  降低离心压缩机扩压器高度的定子件优化设计

  孙永瑞, 陶琛, 裴威

  流体机械. 2023, 51(5): 22-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.004

  摘要 ( 102 ) PDF全文 ( 306 )   可视化   收藏

  针对现有压缩机组径向尺寸大、机组重量大的问题，对某型离心压缩机模型级开展降低扩压器高度的定子件优化设计，采用拉丁超立方抽样结合神经网络离线预测模型进行全局寻优，解决了压缩机缩减尺寸后出现的弯道高入流速及回流器的短弦长引起的定子件内损失增大的问题。提出了优化目标降维和粗、精细优化相结合的方法，以及筛选出高敏感度参数及关键部件进行重点优化，缩短了优化周期。结果表明：最终方案CFD效率提升了0.71%，试验测试效率提高了1.3%，验证了优化设计方法有效；经过对比分析，建议压缩机缩减设计时保持b₄不变，增大b₅以降低回流器入口气体流速，设置b₆与b₅尺寸相当以降低二次弯道损失，同时，调节回流器叶片安装角度使之与气流匹配即可实现较高的级效率。
• Select
  多相混输泵的流场模拟及样机研制

  黄书才, 王元银, 李磊, 方威, 陈道毅

  流体机械. 2023, 51(5): 29-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.005

  摘要 ( 58 ) PDF全文 ( 188 )   可视化   收藏

  针对天然气水合物合成系统试验回路中的气液混输问题，提出了一种轴流式多相混输泵的设计。基于N-S方程和SST k-ω湍流模型对该多相混输泵的内部流场进行数值模拟，对比分析了纯水和进口含气率为50%时外特性的差异，揭示了内部流动规律。结果表明，纯水和进口含气量为50%的状态下，扬程均随流量的增大而单调减小；效率均随流量的增大而先增大后减小，在同一流量点，纯水时的效率比进口含气量为50%工况下的效率高约1%；轴功率均随流量的增大而单调减小，在同一流量点，纯水时的轴功率约为进口含气量50%工况下的2倍。同时制作了样机，应用于天然气水合物合成系统的试验回路中，验证了该混输泵具有较强的气液混输能力。研制的多相混输泵可应用于天然气水合物合成系统试验回路中或者其他高压环境下的气液混输场景。
• Select
  润滑孔对超高速切线泵性能的影响

  唐慧慧, 郝小龙, 郭军刚, 张明根, 解俊良

  流体机械. 2023, 51(5): 34-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.006

  摘要 ( 56 ) PDF全文 ( 166 )   可视化   收藏

  为了获得泵腔的润滑孔对泵的输出性能的影响规律，采用数值仿真结合试验验证的方法分析了润滑孔在泵腔周向、径向的不同位置分布以及不同孔径时泵的性能。结果表明：在周向，润滑孔处于泵喷射口朝向一侧的半周时对泵输出总压影响较小，处于另一侧半周时会降低泵输出总压，在180°时的泵输出总压比在45°时的输出总压提高了4.8%；在径向，靠中心位置的润滑流量比靠外缘的润滑流量降低了80%，出口输出总压则提高了2%；当润滑孔周向设在与喷射口距离较远位置附近时，适当增大润滑孔有助于提高泵输出压力，若周向设在距离喷射口较近的位置，则大的润滑孔会降低泵的输出压力。
• Select
  熔盐泵空间导叶几何参数的优化分析

  夏添, 操松林, 刘广兵, 赵以奎, 文宏刚, 刘海山, 董文平

  流体机械. 2023, 51(5): 41-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.007

  摘要 ( 33 ) PDF全文 ( 357 )   可视化   收藏

  为了提高某高温太阳能熔盐泵水力性能，对泵首级空间导叶进行了研究，以设计工况下的泵首级扬程和水力效率作为优化目标，通过CFD数值模拟对泵首级扬程和效率进行计算，并通过试验验证了数值算法的可靠性。利用Plackett-Burman试验方法进行优化变量筛选，得到了对泵性能影响较大的4个几何参数：导叶外流线直径D₄、导叶叶片包角φ、导叶出口角α₄以及导叶进口角α₃。采用最优拉丁超立方抽样方法构建RBF神经网络训练所需的初始样本数据库，从而建立优化目标与优化变量之间的近似模型。通过R²误差分析方法对近似模型进行可靠性分析，可知RBF神经网络构建的近似模型精确度较高。基于NSGA-II遗传优化算法进行极值寻优，获得所研究的空间导叶四个几何参数的最佳取值。对比导叶优化前后内流场分布，可以发现：优化后的导叶较原导叶进口位置处局部低压区变小，压力梯度变化更为均匀有序，动静压能转换效率得以提高；优化导叶内部旋涡区域及强度均有不同程度的减小，流动分离损失降低，内部流动稳定性提高。优化后泵首级过流段扬程提高了2.86%，水力效率提高了4.38%，优化效果明显。
• Select
  基于BP-PSO的智能阀门定位器控制算法研究

  高阳, 傅连东, 邓江洪, 湛从昌

  流体机械. 2023, 51(5): 49-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.008

  摘要 ( 113 ) PDF全文 ( 176 )   可视化   收藏

  针对五步开关控制算法易超调以及控制参数取值具有近似性和不确定性等不足，提出了一种参数自整定和参数寻优的控制算法，并在最关键的脉冲调制控制环节运用了改进的BP神经网络算法和粒子群（PSO）算法来寻找最优阀门控制参数。搭建智能阀门定位器实验平台，采用传统五步开关控制算法和本控制算法分别对阀门进行控制试验。结果表明，本控制算法相较于传统五步开关控制算法的适用性大大增强，避免了超调，缩短了响应时间，阀门控制精度达到0.03%，阀门开度稳定时间缩短至1 s以内。
• Select
  绕管式换热器壳侧液体降膜流传热特性分析

  何娜, 陈永东, 俞树荣, 周秀芝, 于改革

  流体机械. 2023, 51(5): 55-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.009

  摘要 ( 85 ) PDF全文 ( 24 )   可视化   收藏

  为研究绕管式换热器壳侧传热特性，建立了以丙烷为模拟工质的三维液体降膜流传热模型，进行了不同流动工况下液体降膜流的传热数值模拟，分析了雷诺数、液相入口温度、换热管壁温、壳侧工作压力对绕管式换热器传热性能的影响。结果表明，流动工况对绕管式换热器的传热性能有显著影响；对于液体降膜流，传热膜系数随着雷诺数增大而增大，同时相同雷诺数时，随着换热管管层下降传热膜系数逐减减小；当液相入口温度升高时，传热膜系数增大，液相入口温度升高0.2 K时，平均传热膜系数升高约15%；当管壁温度与饱和温度间的温差较小时，升高管壁温度传热膜系数有明显增加，当管壁温度与饱和温度温差较大时，传热膜系数变化不显著。对于丙烷，工作压力增大时，液体降膜流的传热膜系数减小，当工作压力从0.2 MPa增大到0.3 MPa时，传热膜系数降低10%～15%，当工作压力从0.3 MPa增大到0.4 MPa时，传热膜系数降低约5%。所得结果可为绕管式换热器工艺设计提供参考。
• Select
  无级气量调节工况耦合气阀故障对压缩机工作影响分析及试验验证

  张进杰, 袁玉清, 李青, 王瑶, 江志农

  流体机械. 2023, 51(5): 63-69,76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.010

  摘要 ( 62 ) PDF全文 ( 177 )   可视化   收藏

  针对往复压缩机在安装顶开吸气阀无级气量调节系统后易出现卸荷压叉动作延迟、吸气阀破损泄漏等问题，对压缩机传统工作模型进行改进，增加卸荷压叉运动速度、吸气阀泄漏面积等参数，构建了无级气量调节工况耦合压叉故障、吸气阀泄漏故障的压缩机工作模型，实现故障仿真模拟。采用试验数据验证了模型的正确性，仿真数据综合偏差低于10%；进一步通过数值仿真获得无级气量调节工况下不同故障对应的动态压力数据，优选示功图面积、最终排气体积、单位排气体积消耗功作为故障特征指标进行计算分析，得到了不同故障对无级气量调节效果的影响规律，为变负荷工况下往复压缩机故障诊断奠定了基础。
• Select
  转子叶尖尾缘端削对轴流压气机失速裕度的影响机理

  史国华

  流体机械. 2023, 51(5): 70-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.011

  摘要 ( 53 ) PDF全文 ( 20 )   可视化   收藏

  针对某型航空发动机压气机转子叶片尾缘出现的叶尖掉块问题，设计了两种叶片尾缘端削方案，并评估了两种端削方式对压气机级性能的影响，揭示了压气机的失速机理及端削对失速裕度的影响机理。结果表明，端削使压气机的压比裕度降低约0.5%，将压气机的流量裕度提升1%以上，整体上对压气机效率的影响较小；通过对流场的定量分析发现，压气机的失速由转子叶根附近叶片吸力面附面层的分离诱发；转子叶尖尾缘端削改变了整个叶高范围内流量的径向分布，并通过提高转子叶根附近的流量降低了附面层的分离程度，进而提升了压气机的流量裕度；采用叶片尾缘斜切的端削方式对压气机性能的影响更小，可以作为解决叶尖掉块的一种处理方法。
• Select
  废弃钻井液混输泵水力特性及内流机理研究

  宋亚楠, 李斌, 董祺禹, 廉晓龙, 张贵磊, 周波

  流体机械. 2023, 51(5): 77-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.012

  摘要 ( 46 ) PDF全文 ( 79 )   可视化   收藏

  针对普通砂泵在面临黏度较大的废弃钻井液复杂介质时使用效果和能效特性不能满足要求的问题，以一种复合叶片的废弃钻井液混输泵为研究对象，基于原模型结构特性和叶道内流机理，进行叶片结构改进设计，通过多工况试验验证和内部流场数值分析，获得了新型复合叶片叶轮结构对废弃钻井液混输泵水力特性及内流机理的影响规律，结果表明，不同流量工况下仿真和试验的能效特性误差均在5%范围内，仿真结果准确度满足设计要求；改进后模型的水力特性比原模型平均提高了约5.8%，并通过流场特性对比分析得到验证；新型复合叶片叶轮结构驱动力更充分，流场改善更明显；低压区位于叶轮中心，并向叶轮出口处逐渐增加，两有叶区和无叶区流体存在明显的能量和质量转换。研究结果可为废弃钻井液混输泵叶轮复合叶片结构设计和高能效开发提供参考。
应用技术
• Select
  基于灰色预测理论和最优置信限法的核主泵机械密封可靠性分析

  高灯, 孙见君

  流体机械. 2023, 51(5): 84-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.013

  摘要 ( 51 ) PDF全文 ( 138 )   可视化   收藏

  为了解决无失效数据情形下核主泵机械密封的可靠度评估问题，分析了大亚湾核主泵机械密封的运行数据，确定了其可靠度分布；利用MATLAB求取了定时截尾时间，建立了结合灰色预测理论和最优置信限法的可靠度分析模型；预测了无失效数据下核主泵机械密封的可靠度。研究表明：所建模型可以有效评估核主泵机械密封的可靠度，且在同等的置信水平下，形状参数范围已知时计算出的可靠度与真实值之间的相对误差较形状参数未知时降低10%。研究成果对无失效数据下核主泵机械密封的可靠性分析具有指导意义。
• Select
  基于正交试验的簧片阀噪声优化研究

  曹斌, 于洋, 鲍军, 方燚, 范文俊, 刘世成

  流体机械. 2023, 51(5): 92-96,104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.014

  摘要 ( 60 ) PDF全文 ( 112 )   可视化   收藏

  为研究簧片阀主要结构参数对压缩机整机噪声的影响规律，分析了簧片阀吸排气阀片厚度t、通流面积的S及升程高度h对气阀机械噪声和气动噪声的影响，采用正交试验方法对某微型活塞压缩机进行噪声试验。对试验结果进行极差分析并对簧片阀主要结构参数对压缩机整机噪声的影响进行排序，结果显示吸排气通道面积及排气升程为影响压缩机噪声的主要结构参数。对试验样机用簧片阀参数进行优选组合并进行验证，试验证明优选后气阀（t_吸气=0.4 mm、t_排气=0.32 mm、S_吸气=360.2 mm²、S_排气=254.6 mm²、h_排气=1.9 mm））相对于原始气阀使压缩机整机A计权声压级下降了2.4dB（A），由气阀引起的压缩机噪声增量降低了9.3 dB（A），有效地改善了压缩机整机噪声。本文研究结果可为低噪声气阀的设计及压缩机降噪提供依据。
• Select
  长庆油田某增压站天然气增压机组提效节能技术研究

  张静, 李楠, 宋渊娟, 马连伟, 周少丹, 马国华, 王忠兴, 张玉华, 赵旭艳

  流体机械. 2023, 51(5): 97-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2023.05.015

  摘要 ( 86 ) PDF全文 ( 202 )   可视化   收藏

  针对某增压站的2台四列往复式天然气压缩机组气井气量降低，长期运行在小气量范围内，压缩机的实际效率偏低等实际问题，对机组开展了提效节能技术研究，为天然气压缩机组的提效节能提供了优化思路与技术路线。提出5种基于机组运行现状的效率优化方案，并建立能效评价模型评估其运行效率、可行性与经济性。结果表明，将两级压缩改为单级压缩，二级双作用改为单作用的运行模式效率优化效果最佳；该方案使机组绝热效率最高可提升19.4%，比功率最高降低16.5%，其单级压缩模式可省去中间冷却器所占的该厂10%耗功，生产相同气量时单级双机方案的月耗电量与初始方案相比降低了25%～28%。