试验研究

• 风冷冰箱翅片管蒸发器传热及霜层分布特性试验研究

  孙藤翡;晏刚;陈旗;

  针对蒸发器表面结霜造成空气流通面积减少，换热热阻和冰箱能耗增加的问题，搭建了竖直风道的蒸发器结霜测试平台，对蒸发器表面霜层沿空气流动方向的分布特性进行试验研究。采用定时拍摄装置分区测量了不同时间的霜层厚度，并计算了蒸发器表面平均霜层密度、平均导热系数。结果表明，当进口冷却液温度从-15℃降低至-20℃，区域4和区域5的堵塞率差异仅为8%，更低的冷表面温度有利于霜层的均匀分布；当相对湿度从75%增加到85%，平均堵塞率分别增大9.4%～55.7%。相对湿度的增大显著促进了霜层的增长；根据平板结霜的3个阶段，将导热系数、霜层密度随时间的变化分成急速生长期、匀速增长期、稳定期3个阶段；在结霜后期，平均密度均集中在250～300 kg/m~3，平均热导率在0.25～0.30 W/（m·K）之间，整体呈现先上升后稳定的趋势。研究结论可为风冷冰箱换热器的优化设计提供理论支撑。

  2025年08期 v.53;No.638 1-9+26页 [查看摘要][在线阅读][下载 2371K]
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• 闭式系统中离心泵流动噪声全流域数值模拟及试验研究

  郭荣;王雪晗;姜鹏飞;李仁年;

  为探究闭式循环系统中单级单吸离心泵的流动噪声特性，基于非定常流动计算，采用声学有限元与结构-声学耦合方法分别模拟系统内、外场噪声，并在半消声室闭式循环管道系统实验台进行试验。结果表明，动静干涉是压力脉动频谱特征变化的主因，叶轮与蜗壳交界面（尤其是隔舌区域）压力脉动强度表现显著，设计工况下扬程与效率数值模拟误差分别为3.07%与2.79%，验证了模型的准确性；在闭式管道系统中，声波反射与叠加导致总声压级随流量呈先减后增趋势，设计工况下总声压级最低（152.4 dB），偏离设计工况时升至155.4 dB(0.65Q_d)和159.0 dB(1.175Q_d)；内场噪声频谱以叶频（145.02 Hz）及其倍频为主，声压级幅值随频率升高递减；外场噪声低频段（<1 000 Hz）由叶轮与蜗壳主导，高频段（>1 000 Hz）管道噪声占比显著增加。研究结果可为闭式系统中管道系统优化设计及离心泵减振降噪提供参考。

  2025年08期 v.53;No.638 10-19+101页 [查看摘要][在线阅读][下载 3681K]
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• 混流闭式冷却塔的冷却能力和能耗比试验研究

  鲁家琛;盛健;张华;凌发全;

  针对混流闭式冷却塔变工况下性能不足和能耗过高的问题，在原型混流闭式冷却塔的基础上进行改进，并通过冷却塔测试平台，研究其冷却能力和能耗比在不同的进水温度（36.9～39.9℃）、循环水流量（125～170 m3/h）及风机功率（10.48～16 kW）下的运行特性。结果表明，进水温度升高使循环水温降增加，但冷却效率与冷却能力呈先升后降的非线性特征，在38.2℃工况时达到协同优化峰值（冷却能力107.8%，冷却效率59.7%，能耗比0.146）；循环水流量增加导致传热效率下降（温降减少12%），冷却能力提升34.5%(89%→119.7%)，同时能耗比降低14.9%(0.174→0.148)；风机功率提升改善散热性能（温降增幅为11.4%），冷却能力小幅提升（99.5%→102%）保持稳定，能耗比增大25.4%(0.126→0.158)。研究可为调控工业用冷却塔提供优化策略。

  2025年08期 v.53;No.638 20-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1653K]
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设计计算

• 液驱氢压机液压与增压系统耦合匹配特性研究

  田旭东;王胜利;张成彦;陶波;代明昊;

  为了研究气缸活塞直径、油缸活塞直径、换向阀控制信号等关键参数对氢压机实际循环指示功和运行稳定性的影响，构建了90 MPa两级液驱氢压机液压与增压耦合系统的数值模型，分析上述参数对活塞行程、速度、气缸内压力和温度、油缸压力的影响规律，并试验验证了数值方法的可靠性。结果表明，随着气缸活塞直径的增大，最大速度逐渐增大，当一级气缸活塞直径为140 mm时，其最大换向速度为0.199 m/s，对比直径130 mm时的速度增加约28%；在氢压机增压缸进气和排气两阶段，气缸/油缸直径的变化引起两阶段的气体压力、温度及油压的变化规律相反，当一级气缸活塞直径和油缸活塞直径分别为130 mm和160 mm时，一级油压最大为15.23 MPa，气缸内最大排气压力和温度分别为30.3 MPa和390.5 K。基于上述研究，对90 MPa氢压机气缸直径、油缸直径及换向阀控制信号进行了优化匹配，实现了氢压机增压系统节能化设计。研究可为氢压机的优化设计提供参考。

  2025年08期 v.53;No.638 27-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 2328K]
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• 选煤厂重介悬浮液用电动球阀的冲蚀性能研究

  张旭可;马猛猛;王建斌;王凯雄;王章国;李海生;

  针对选煤厂重介悬浮液输送系统用电动球阀的冲蚀磨损问题，采用数值模拟与试验研究相结合的方法，研究了冲蚀过程形成机理，分析了不同入口流速、颗粒粒径和阀门开度等条件下电动球阀冲蚀速率、冲蚀面积及损伤分布规律。结果表明：与颗粒粒径和阀门开度相比，入口流速对电动球阀冲蚀磨损的影响更加显著，是影响冲蚀速率的主导因素，当入口流速从0.8 m/s提升到1.5 m/s时，最大冲蚀速率从1.76×10~(-4) kg/（m~2·s）增加到1.958×10~(-3) kg/（m~2·s），同时球体表面的冲蚀面积明显扩大，冲蚀坑的形成主要源于颗粒高速冲击引发的微裂纹扩展和材料剥落过程，其中，大尺寸颗粒冲击可形成直径20～50μm的冲蚀坑。通过控制入口流速不超过1.0 m/s、限制重介质颗粒粒径在45μm以下、并将阀门开度调节至60%～80%的优化区间，可显著降低球体冲蚀损伤程度，从而有效延长电动球阀的使用寿命。本研究不仅为重介悬浮液输送系统的稳定运行提供了优化方案，同时为实现流量的精准调控奠定了理论基础。

  2025年08期 v.53;No.638 36-43+111页 [查看摘要][在线阅读][下载 2087K]
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• 准三级压缩高温热泵性能特性研究

  何永宁;曹文良;王苏澳;骆名文;胡斌;邢林芬;吴学红;

  为提升高温热泵系统的能效，在两级压缩系统基础上，提出了2种准三级压缩高温热泵循环系统。采用R1233zd(E)工质，基于热泵系统工作过程的热力学模型，分析了系统性能随补气压力的变化规律，讨论了变工况下系统最优性能和?效率的变化。结果表明：在两级压缩系统中增加压缩机补气可有效利用系统热量，调节制热量和能效，提升系统性能；高温级压缩机补气效果优于低温级压缩机，且随冷凝温度的升高，优势愈发明显。当蒸发温度为50℃、冷凝温度为130℃时，与两级压缩系统相比，高压级补气系统的性能系数（COP）、?效率分别提高9.42%,7.15%，低压级补气系统的单位容积制热量（VHC）和系统制热量分别提高4.82%,20.08%。研究可为高温热泵系统的最优运行提供理论支撑。

  2025年08期 v.53;No.638 44-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 2063K]
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• 内循环厌氧反应器内三相分离器结构优化

  黄文波;邢普;吴晖;左名君;杨佩林;虞玲;

  针对内循环厌氧反应器处理畜禽废水效率不高的问题，以三相分离器为对象，通过分析其结构参数与分离效率之间的关联，重点探究了折流板夹角、反射锥结构及入口速度对反应器内部流态分布的影响，并采用数值模拟与试验验证相结合的方法，对比了不同参数条件下的分离效果。结果表明，当折流板夹角θ为55°、反射锥为菱形结构时，新型三相分离器达到最佳结构参数组合；当入口速度v为0.16 m/s时，反应器废水处理能力最优，此时污水的固相分离率为95.75%，气相分离率为81.84%。相较于原始结构，污水中固相与气相的分离率均提高了10%以上。研究可为内循环系统及IC反应器的设计提供参考。

  2025年08期 v.53;No.638 51-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 2289K]
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• YW3硬质合金笼套式节流阀抗冲蚀研究

  冯春宇;于世欣;杨磊;杨忠武;王鹏程;杜文波;王臻;

  针对笼套式节流阀笼套在天然气开采过程中受砂砾冲蚀损伤的技术难题，以YW3硬质合金笼套为研究对象开展冲蚀机理研究。通过室内冲蚀试验，建立了YW3硬质合金的冲蚀模型，并采用数值分析验证，将该模型进一步应用到节流阀冲蚀仿真中，分析固体颗粒运动轨迹、冲蚀机制，预测笼套式节流阀笼套的使用寿命。研究结果表明，随冲蚀角增大，YW3冲蚀率先增大、后减小，45°时冲蚀率最大；在冲蚀角度90°下，YW3的速度指数n和粒径函数C(dp)分别为2.41,3.684 4×10~(-9)；笼套的主要损伤部位为节流孔出口处。研究为高含砂气田笼套式节流阀节流部件的选材与寿命评估提供参考。

  2025年08期 v.53;No.638 61-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1765K]
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• 壁挂式空调新风模块多翼离心风机叶轮气动性能研究

  高旭;李必平;熊军;王子涛;张明慧;

  针对空调器新风系统噪声大、音质差等问题，以某款空调离心风机新风系统为研究对象，对离心风叶分层结构展开研究分析。采用数值模拟与正交试验相结合的方法，分析上下层叶片叶高比、上下层叶片错位角及下层叶片数对离心风机气动性能的影响。结果表明，影响风机系统流量的主要参数依次为叶高比、错位角、叶片数，通过优化这些叶轮结构参数，可有效改善后盘叶片叶道及蜗壳底部流场，提升气动性能；将叶高比、错位角及叶片数分别调整至4.5,3.5°和57，同转速下，风量提升6%，噪声总值相当，且低频宽带（0～600 Hz）噪声降低2.1 dB(A)，空腔噪声明显减弱。研究结果可为同类新风产品的气动优化与降噪设计提供参考。

  2025年08期 v.53;No.638 68-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1810K]
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• 降膜蒸发器直管式分布器内流场特性研究

  蔡维一;郭成宇;马杰;吕文涛;黄梦叶;张子民;

  为探究降膜蒸发器直管式分布器内部流场特性，基于液体分布器的设计准则，建立了三维计算模型。在完成模型验证的基础上，系统探究了几何参数与工况条件对分布器性能的影响机制。结果表明，直管式液体分布器内部流场受入流位置和壁面结构的影响显著，底部区域因流体冲击形成明显的冲击区，致使入口附近出流孔的流速显著高于其他区域；而远离入口的区域则能够形成稳定的孔前流动区域，从而有效降低机械能损失；在保持单位开孔面积不变的条件下，适当增大出流孔孔径与孔间距可显著提升初始分布质量，但其优化效果存在一定的参数阈值范围。同时，增大管径比和支管截面积有助于降低出流孔平均流速，并进一步提高初始分布质量。变工况研究显示，随着入口流量的增加，出流速度呈单调递增趋势，而初始分布质量则先升高至峰值后逐渐趋于稳定。最佳初始分布质量为0.758 6，对应的最佳工况流量为0.453 kg/s，不同结构参数的分布器均具有特定的最佳工况区间。研究可为直管式分布器的优化设计提供参考。

  2025年08期 v.53;No.638 77-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 2291K]
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应用技术

• 蜗舌区间隙调节对多翼离心风机噪声的影响

  殷宁芳;陈旭斌;王艳辉;胡天聪;王军;施旭娜;杨筱沛;

  针对双吸多翼离心风机蜗舌处间隙回流导致效率降低的问题，提出一种间隙调节控制结构单元，安装在蜗舌近端的蜗壳前盖板和后盖板上，实现间隙调节。通过增加不同厚度的结构单元实现间隙调节，采用数值分析方法对不同间隙下的风机内部流场进行仿真分析，并通过风机气动性能和噪声试验验证了间隙调节的效果。结果表明，采用间隙调节单元能有效减小蜗舌处的回流，并提高改善蜗壳静压恢复能力，同时改善叶轮前盘的回流状态，提高叶轮出口环面流量的轴向分布均匀性，从而提升叶轮做功效率；间隙调节单元轴向过厚时，会加剧蜗舌处冲击，从而导致噪声上升4.8 dB；在2个间隙调节单元轴向厚度分别与叶轮前、后盘与蜗壳前、后盖板的轴向间距相等时，实测噪声可降低0.7 dB，最大风量提升0.8 m~3/min，效率提高近2%。研究可为多翼离心风机的气动性能优化与低噪声设计提供理论依据和工程实践参考。

  2025年08期 v.53;No.638 86-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 2175K]
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• 15 MPa高压泵用机械密封辅助O形圈性能分析

  王永乐;许达;丁思云;谢星;蔡粤华;彭骞;吴兆山;

  为了研究高压泵用机械密封补偿环辅助橡胶O形圈的密封性能，建立了二维轴对称非线性接触模型，基于流体压力渗透法，将不同介质压力、压缩率、安装间隙等参数，对O形圈应力及密封性能的影响进行了分析，并通过O形圈轴向力测量试验装置，验证了计算模型的准确性。结果表明，O形圈的各应力随介质压力增加而增大，其中接触应力增幅明显；当介质压力在9～15 MPa范围时，压力对O形圈应力影响占主导；压缩率>10%时，其对O形圈应力的影响可忽略；当介质压力低于20 MPa、安装间隙<0.2 mm时，挡圈的安装对O形圈的应力及密封性能影响不大。研究结果可为相关高压泵用机械密封橡胶O形圈的设计提供理论指导。

  2025年08期 v.53;No.638 94-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 2213K]
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• 基于改进离散粒子群算法的离心压缩机气动优化设计

  刘传亮;李振亚;张书义;郝宁;赵峰;王天齐;

  针对传统的离散粒子群算法在离心压缩机气动优化设计过程中，易陷入局部极值而不能得到全局最优值的问题，通过引入混沌算子和重新定义学习因子、惯性权重，并结合控制参数递减策略，以及优化位置概率迭代公式等方法，提出了一种改进的离散性粒子群算法。该算法在扩大寻优范围的基础上，有效地平衡了全局搜索能力和局部搜索能力，解决了陷入局部极值的问题。采用该算法针对某一离心压缩机开展优化设计研究。结果表明，相比于传统的粒子群算法，改进后的算法可以获得更好的气动设计，使叶轮出口的流场分离得到有效控制；在压比变化不大的前提下，等熵效率由85.7%提升到88.7%。研究结果可为离心压缩机气动优化提供参考，也可应用于轴流压缩机及向心、轴流透平的气动优化设计。

  2025年08期 v.53;No.638 102-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 2213K]
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• 数据中心风墙气流组织优化研究

  刘育策;周超辉;胡跃;罗惠恒;贺伟;华瑞;杨鸿云;于靖华;折也兴;张芮敏;

  针对数据中心风墙式送风系统存在送风不均匀的问题，采用计算流体动力学（CFD）仿真技术构建数值模型，并通过实测数据验证仿真模型的准确性。基于该验证模型，针对送风系统开展机房气流组织优化研究，系统分析了优化送风角度、增设机架入口导流板等优化方案，对IT设备最大入口温度、风险机架入口平均温升及回风温度指数等指标的影响。研究结果表明，优化送风角度及增设机架入口导流板能够提升气流分布的均匀性；采用100 mm宽、倾斜30°的机架入口导流板时，风险机架的入口平均温升得到显著降低（0.81℃），且机房内的温度均匀性最好；重构送风口位置并不能优化机房内的气流组织。研究可为风墙送风系统的设计提供参考。

  2025年08期 v.53;No.638 112-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1988K]
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