试验研究

• 补气增焓低温热泵热水器制热性能试验研究

  林江男;曹浩宁;张振亚;金听祥;李改莲;

  针对空气源热泵低温制热衰减问题，搭建带闪发器的补气增焓实验台，研究补气过热条件下中间支路制冷剂压力与过热度等参数对系统性能的影响。结果表明，中间补气制冷剂流量和状态是关键因素；补气压力上升时，过热度降低，制冷剂干度趋近于1；电子膨胀阀开度从10%增至40%时，最小运行工况下补气压力从1.48 MPa增大至1.79 MPa，低温运行工况下补气压力从1.01 MPa增大至1.71 MPa；补气增焓量和制热性能系数（COP）均呈现先增后减的趋势，整体制热能力提升；当电子膨胀阀开度约为25%时，最小运行工况下的COP为3.64，低温运行工况下的COP最大值为2.62。保持补气制冷剂接近饱和蒸汽状态是重要调控要素，而理论最佳增焓压力不具普遍适用性。研究可为低温热泵热水器设计、运行和控制提供参考。

  2025年07期 v.53;No.637 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1354K]
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• 管道风机应用于辅助排烟的噪声试验研究

  陈怡平;厉科斌;杨伟刚;闫嘉超;李斌;魏俊;

  针对目前厨房排烟系统运行于高阻力环境时通风量不足的问题，提出将管道风机置于吸油烟机后端进行减阻。搭建了模拟高排烟阻力厨房环境的测试平台，研究了数款烟机所在排烟系统中串联管道风机辅助排烟的可行性，并基于此分析了当管网阻力过高导致排烟风量不满足11 m~3/min经验要求的情况下，加装管道风机对系统的风量、噪声的影响。试验表明，所选管道风机采用恒转速2 800 r/min，使得所选4种不同烟机的工况风量均提升约2 m~3/min，达到11 m~3/min排烟风量的要求；通过提升烟机转速实现2 m~3/min的风量增量将产生5 dB～6 dB的噪声增量，而串联管道风机方案同比具有3 dB～7 dB的优势，且管网阻力越高，噪声差值越大。研究可为串联管道风机辅助排烟的工程应用提供理论参照，其试验方法适用于各类系统性排烟方案的实用性价值研究。

  2025年07期 v.53;No.637 9-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1329K]
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• 单螺杆压缩机非对称工作过程研究

  侯方勇;吴袁媛;张平;吴伟烽;

  针对单螺杆压缩机工作过程的非对称性导致压缩机管路振动，从而产生较大噪声的问题，建立了单螺杆压缩机双侧全过程动态特性试验平台，研究了润滑液二次分配对工作过程的影响，对压缩机上、下两侧工作腔的排气和泄漏过程特征进行了分析。结果表明，6.77 m~3/min单螺杆压缩机在转速1 800 r/min、排气压力900 kPa工况下，上、下两侧工作过程压差达到39 kPa；下侧排气压力比上侧大10～15 kPa；通过延缓上侧排气、减小下侧喷液管路阀门开度或减小下侧喷液孔直径，可以减缓排气过程和工作过程的不对称性。研究结果可为单螺杆压缩机管路减振和噪声治理提供参考。

  2025年07期 v.53;No.637 15-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1511K]
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• 进气方式对离心压气机性能及流场影响的试验研究

  胡宗武;黄宁;赵洋;张洁;陈冠言;

  为了研究进气方式对离心压气机性能及流场的影响，试验测试了离心压气机的性能，并采用粒子动态分析仪和粒子图像测速技术测量了压气机进口管路流场，分析了弯管进气对压气机压比、效率及进气均匀性的影响。结果表明，与直管进气相比，弯管进气时压气机在不同转速（60 000～100 000 r/min）下最高效率点的压比（-0.8%～-2.7%）和效率（-1.4%～-9.8%）均下降，且随转速的增加，性能下降幅度也增大，尤其在高转速、大流量工况，压比和效率下降幅度更为显著；当转速超过70 000 r/min，弯管进气时进口管路周向静压分布的不均匀性尤为突出，其中120°位置的最大静压比从1.002 8增大至1.011 5；直管进气时压气机在最高效率点的进气较为均匀，弯管进气时进口管路出现了明显的进气不均匀现象，径向截面上形成了2个反向旋转的主流漩涡核心。研究结果可为后续优化离心压气机进气条件及提升实际运行效率与稳定性提供理论基础。

  2025年07期 v.53;No.637 22-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 2078K]
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设计计算

• 绝缘栅双极型晶体管模块水冷板的优化设计方法研究

  胡静;张晓玉;

  针对绝缘栅双极型晶体管（insulate-gate bipolar transistor,IGBT）模块功率密度增大，导致芯片内部关键区域温度不断升高的问题，建立IGBT与水冷板的流固耦合模型，提出了一种IGBT模块水冷板的优化设计方法，并通过有限元仿真和试验验证其有效性。基于IGBT模块的尺寸和发热功率特性，对3种不同尺寸（122 mm×61 mm×20 mm,122 mm×122 mm×20 mm,122 mm×183 mm×20 mm）的水冷板进行仿真分析与优化设计，系统评估散热面积对散热效率的影响规律。在确定最优尺寸的基础上，通过在流道内焊接平直型肋片，并采用正交试验方法得出关键结构参数（流道深度、肋片高度及肋片厚度）的优化方案。结果表明，当流道深度为9 mm、肋片高度为5 mm、肋片厚度为1.5 mm时，优化后的水冷板可使IGBT最高温度降低7.1℃，散热性能得到显著提升。通过不同功率损耗和入口水温条件下的对比试验，得到芯片和基板表面最高温度的变化规律，证实了所提优化方案的有效性。研究为IGBT模块的散热设计提供了新的解决方案，对促进其在新能源发电、智能电网及大功率电力电子系统中的应用具有重要意义。

  2025年07期 v.53;No.637 30-36+46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1853K]
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• 基于响应面法的仿生鱼鳞离心泵减阻机理研究

  代翠;朱全章;曹晶剑;张义;董亮;

  为了研究仿生鱼鳞离心泵的减阻机理，利用响应面法优化设计了仿生鱼鳞凹坑的结构参数，确定了减阻效果最佳时各结构参数的取值。研究发现，在不同工况下，仿生鱼鳞凹坑结构均能够改善离心泵的水力性能；且在额定工况下的提升最明显，相较于基础泵，扬程和效率分别提高了0.88 m和3.71个百分点，增效率为5.13%，减阻率为4.30%；仿生鱼鳞凹坑一方面增大了叶片工作面与内部流体的接触面积，改善了叶片壁面剪应力分布，另一方面使得近壁面边界层增厚，减小了叶片近壁面雷诺应力；仿生鱼鳞凹坑能够破坏叶片表面的涡结构，减小离心泵内部涡核和叶片出口处涡区域，并降低能量交换和转化的强度，延缓边界层分离，抑制了流体流动时层流向湍流的转变，使得内部流动更均匀，进而减小了离心泵运行时所受阻力。研究可为离心泵的优化设计提供参考。

  2025年07期 v.53;No.637 37-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 2416K]
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• 浮动式口环几何尺寸对离心泵性能的影响

  杨飞翔;吴宏飞;赖晓锋;王妙云;李雪梅;

  为了研究浮动式口环几何尺寸对离心泵扬程和效率的影响，针对ZM65-40-125离心泵，在试验泵上安装5种不同尺寸的浮动式口环，当浮动式口环间隙长度相同、改变口环间隙宽度（0.06,0.12,0.24 mm），浮动式口环间隙宽度相同、改变口环间隙长度（3,5,7 mm）时，对比分析了泵的流量和扬程的变化；同时计算口环处理论泄漏流量，并与测试数据进行对比。结果表明，随着浮动式口环间隙宽度增大，泵的扬程和效率均下降，口环宽度从0.06 mm增加到0.24 mm时，扬程最大下降1.19 m，效率最大下降4.6%；随着浮动式口环间隙长度变短，泵的扬程和效率均下降，口环长度从7 mm减小到3 mm时，扬程最大下降0.38 m，效率最大下降1.78%，下降并不明显，与计算泄漏流量对比结果基本一致。研究可为浮动式口环结构离心泵的设计提供参考。

  2025年07期 v.53;No.637 47-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1491K]
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• 非稳态平行射流推力耦合特性研究

  贺小峰;黄贺文;刘俊宇;

  为了研究非稳态平行射流推力耦合特性规律，建立了数值仿真模型，考察了射流速度函数、中心轴距和时间相位差对推力耦合特性的影响，并通过试验数据对模型进行了验证。结果表明，在中心轴距为1.5D(D为喷嘴直径)下，双喷嘴与单喷嘴射流的平均推力比值K随时间相位差增大而增大（一个射流周期内），最大推力损失达到8.53%；在较大时间相位差时出现K>1，即耦合推力呈现增强效应；最大推力增强仅为0.42%，单纯依靠涡环间的相互诱导作用产生的推力增强效应很微弱；当中心轴距为2.5D和2.0D时，平均推力比值K随时间相位差增大则呈现出先减后增的规律，其范围分别为0.994 5～0.997 3和0.986 6～0.997 5。研究成果可为水下非稳态推进器的设计提供参考，尤其在推力增强方面的新发现，为水下高效推进器的设计提供新思路。

  2025年07期 v.53;No.637 53-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1753K]
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• 大轮毂比储气库压缩机模型级开发与分析

  么立新;裴威;程健;吉尚明;裴林;邰骁;孙永瑞;郭杨;

  针对国产压缩机现有的常规轮毂比模型级无法满足七级两段方案的转子稳定性的要求，只能采用双缸设计的问题，提出了一种大轮毂比模型级。以双缸储气库压缩机中等轮毂比模型级为基础，结合正向设计方法，自动优化方法和试验方法，完成了大轮毂比模型级的设计开发。并对不同轮毂比模型级几何形状、宏观性能以及各部件的内部流场特性进行了对比分析，揭示了大轮毂比模型级的流动特性。研究表明，0.46大轮毂比模型级相比0.39轮毂比模型级多变效率低4.3%，叶轮部分的效率降最大，占整级效率降的67.4%，调节叶轮的叶型、叶片数以及降低叶轮与无叶扩压器内部马赫数对提升模型级效率具有更大的潜力。所开发的模型级轮毂比提高了18%，解决了七级两段方案的转子稳定性问题，实现了占地面积小的单缸储气库压缩机设计与开发。CFD与试验结果的效率偏差均在3%以内，具备较强的参考价值，为离心压缩机的大轮毂比模型级的气动设计、开发与应用提供了宝贵的借鉴意义。

  2025年07期 v.53;No.637 61-68+103页 [查看摘要][在线阅读][下载 2690K]
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• 槽型结构对液氧涡轮泵液封轮性能的影响

  钟磊;许开富;王凯;项乐;吴登昊;王晓晖;

  为了提高液封轮的气液界面稳定性和低温空化特性，分析了不同槽型结构对液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性的影响。结果表明，液封轮密封性能受槽型/叶片结构、流道导向设计（径向/后倾/后弯）及构型（叶片式/流道式）共同影响。径向叶片结构在实现低泄漏和低温升方面优势突出，是大多数工况的优选。较径向流道结构，径向叶片结构泄漏量降低96.3%，轴功率增加14.8%，封压功率比下降2%。后倾/后弯叶片结构通过优化导流，显著提升气液界面稳定性，是追求稳定性的首选。后倾/后弯结构的槽外间隙中形成回流涡旋，较径向流道结构，轴功率分别增加约14.8%和25.0%，流道式结构（尤其后倾式）在高转速下可作为替代方案。研究结果可为液氧涡轮泵液封轮的设计提供参考。

  2025年07期 v.53;No.637 69-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 3543K]
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• 齿轮泵用内啮合无干涉齿廓副设计新方法

  李云峰;

  为简化齿轮泵用内啮合无干涉齿廓副设计的复杂性，提出了一种由无干涉主动齿廓直接得到复杂的无干涉从动齿廓设计新方法。以共轭距和传动角为设计参数，建立内共轭齿廓副的通用坐标方程，通过分析齿廓干涉和干涉处坐标异向变动关系，提出零坐标导数及无干涉最小啮合角创新方法，通过渐开线和直线齿廓设计进行了应用验证。结果表明，无量纲共轭距和传动角为重合度、啮合角和主动轮齿数的函数式，函数式可由主动齿廓的曲线类型确定；零坐标导数法等价于零曲率半径法，最小啮合角仅为重合度和主动轮齿数的函数式；主、从动轮齿数为6,9，重合度为1.04，标准压力角（20°）和标准齿顶高系数（1.0）时，渐开线内啮合齿廓副的无干涉最小啮合角为28.57°；主、从动轮齿数为9,12，重合度为1.3时，直线内啮合齿廓副的无干涉最小啮合角为42°。研究得出零坐标导数方法简单，啮合角设计理论正确可靠，能适用于任何内啮合齿廓副的无干涉设计。

  2025年07期 v.53;No.637 79-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1629K]
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技术进展

• 基于多孔介质模型的流体密封机理研究进展

  李文庆;王照彤;田捍卫;莫延亮;周兆年;金志江;钱锦远;

  多孔介质模型因其准确率高，在流体密封泄漏率计算研究中得到广泛应用。本文综述了多孔介质模型在静密封和动密封机理研究中的应用，分析了各种多孔介质模型的建立方法及不同泄漏率计算方法的优缺点，并阐明未来多孔介质模型的发展方向。在静密封机理研究中，分析了基于逾渗栅格模型、统计学接触模型及毛细管束模型的多孔介质模型建立方法，并对比了Darcy方程、N-S方程和Hagen-Poiseuille方程在泄漏率计算中的应用特点；在动密封机理研究中，阐述了依据连续性方程和N-S方程建立基本模型的过程，并探讨了借助Ergun方程和Chew理论推导阻力系数的方法。Darcy方程是应用最广泛的泄漏率计算方法；N-S方程和Hagen-Poiseuille方程，因流动通道几何形状的复杂性而受到一定的限制；基于Ergun方程的方法计算泄漏率形式简洁且准确性较高，而基于Chew理论的结果适应性更广。在后续研究中多孔介质模型应聚焦于基于神经网络的泄漏率快速预测，为设计密封结构提供参考。

  2025年07期 v.53;No.637 86-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1715K]
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应用技术

• 活塞压缩机降噪技术及声振耦合路径研究

  李小仨;刘旺;韩占华;王乐;肖军;江用胜;

  针对活塞式压缩机噪声超标问题，对压缩机进行一系列减振降噪试验，包括模态和振动测试，以及改变外围壳体的厚度和更换吸声材料，最终完成了噪声指标要求58.7 dB(A)[L_P≤60 dB(A)]。研究表明，低频振动（10～100 Hz）引起压缩机外壳噪声的辐射，边界条件的改变可以有效降低若干低频振动，振动传递路径决定噪声的辐射；在声源与隔声罩没有连接时，隔声罩能降低中高频段（500～2 000 Hz）的噪声；声振耦合的存在形式为固体-固体，以第一阶激振频率向外传播，路径单一；边界条件决定声振耦合的强度，决定辐射声波的大小；声辐射面必须完全包络，吸声材料才能起到作用；减振器在高频段，能起到降噪的作用，在低频段，降噪失效。研究结果对同类压缩机的减振降噪工作具有指导意义。

  2025年07期 v.53;No.637 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1330K]
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• 催化裂化装置旋风分离器磨损分析及防控

  余兵;周俊锋;许根富;陈凡;秦仔祥;蒋诚航;刘延雷;金浩哲;

  针对某催化裂化装置旋风分离器的磨损问题，构建气固两相冲蚀数理模型，采用数值模拟技术还原典型工况下分离器内速度场、磨损率等流动参数的分布特征；结合现场失效案例，分析冲蚀磨损形成机制并提出防控方案。结果表明，旋风分离器内部流场呈现外层下行、内层上行的双层旋转流动结构，壁面减薄主要由切削磨损和变形磨损共同作用所致；硅粉颗粒在旋风分离器顶部以低角度持续碰撞，导致该区域磨损最为严重，磨损率达6.02×10~(-9) kg/（m2·s）；颗粒螺旋向下运动时与筒体壁面发生切削磨损，且因运动半径减小使离心力增大，进而撞击底部壁面，造成底流口部位严重磨损，磨损率达5.52×10~(-9) kg/（m2·s），数值模拟结果与现场案例吻合度高。采用耐磨焊条堆焊可使设备使用寿命延长3～6个月，而氧化铝陶瓷内衬等方案可延长10个月以上。研究建立的磨损分析方法与防控策略，可用于旋风分离器壁面减薄的失效评估及寿命优化。

  2025年07期 v.53;No.637 104-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1447K]
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• 基于逆响应面的核电阀门管系三维模型虚实映射方法研究

  薛睿渊;孟晓桥;吴如荣;张希恒;张永楠;

  为了提高核电阀门管系三维有限元模型修正的效率和精度，确保分析结果的准确性，提出一种基于逆响应面模型的三维有限元模型修正（FEMU）技术。通过径向基函数-反向传播神经网络拟合阀门管系共振频率、反共振频率与结构参数直接映射的逆响应面模型，以实测频率为输入求解修正参数，解决了三维有限元模型振动控制方程建模难度大、智能优化算法计算结果不确定、修正过程反复迭代效率低的问题。以某实际阀门管系为例，对提出方法（FEMU方法）进行验证，结果表明，在试验测得实际动态特性后，通过训练后的逆向响应面模型，数秒后便可完成三维模型修正，修正后模型的计算频率与实测频率最大误差由15.43%降低至3.53%。该方法可在工程实践中利用实测频率实现核电阀门管系三维有限元模型修正。

  2025年07期 v.53;No.637 111-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1887K]
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