试验研究

• 刮片式过冷解除装置冰浆制取系统的试验研究

  陈晓彦;刘曦;庄焜煜;李学来;

  针对采用过冷水法动态制冰出现冰堵的问题，提出了一种配有模块化刮片式过冷解除装置的冰浆制取系统，试验研究了NaCl添加剂浓度、制冰溶液流量、二次冷媒起始温度和过冷解除装置转速对制冷性能的影响。结果表明，配套刮片式过冷解除方案的制冰系统在NaCl溶液浓度不低于7%时可实现稳定、持续产出冰浆；保持NaCl溶液浓度7%，制冰溶液流量、二次冷媒起始温度和刮片转速对含冰率和持续制冰时间均会产生显著影响，冰浆含冰率最高可达21.6%，制冰效率在1.40～3.48 kg/h范围内，持续制取可流动冰浆的时间稳定在40 min以上；与螺旋叶片式过冷解除装置相比，刮片式过冷解除装置有效解决了过冷却器的冰堵现象，持续制冰时间增长了4.6～72.7倍。研究可为制冰系统持续制造冰浆提供保障。

  2025年09期 v.53;No.639 1-7+28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1351K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 基于后混式磨料射流切割花岗岩的试验研究

  苏吉鑫;韦志超;张的;巴胜富;庞雷;陈正文;任启乐;

  针对竖井掘进机破岩掘进过程中滚刀刀圈磨损严重、贯入困难、效率降低等问题，基于超高压后混磨料射流切割破岩机理，开展淹没条件下的磨料水射流切割岩花岗岩试验研究。重点围绕竖井掘进淹没深度为150 mm的工况，探讨了喷嘴移动速度、射流压力、射流靶距对破岩切割效果的影响规律。结果表明，射流压力为380 MPa、喷嘴移动速度为18 m/min、射流靶距在20～40 mm为最佳匹配参数，可实现单次最大切割深度为4.4 mm、最大切缝宽度为2.3 mm。进而提出开挖直径为8.1 m的全断面竖井掘进刀盘上射流喷嘴布置方案，通过26个射流喷嘴的协同布局，可有效提升全断面竖井掘进机破岩掘进效率。研究成果可为竖井掘进作业中磨料射流辅助破岩应用提供一定参考。

  2025年09期 v.53;No.639 8-13+20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1553K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 三维翅片铝管管外冷凝传热性能试验研究

  武永强;岳清学;姜佳彤;

  针对空调领域用铝传热管替代铜传热管的商业需求，构建了高精度单管冷凝性能试验台。选用R134a制冷剂，在不同进口水温、饱和温度和水流速等条件下，分别对?19.05 mm尺寸的铝光管、铝三维强化（3D）管和铜3D管的管外冷凝传热特性进行了试验研究，并对比了冷凝器性能和成本。结果表明：铜3D管的管外冷凝传热系数是铝3D管的1.38倍；铝3D管的管外冷凝传热系数约为铝光管的7.43倍。随着饱和温度的升高，铝3D管的冷凝性能亦升高。在同一饱和温度下，管外冷凝换热系数可被拟合为热流密度的函数。在2 227.7 kW换热量下，铜管冷凝器的成本是铝管冷凝器的3.4倍。研究结果可为商用空调机组的材料替代研究提供参考。

  2025年09期 v.53;No.639 14-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1579K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

设计计算

• 两级双缸液驱活塞压缩机变进气压力下的热力学性能研究

  齐强;张辰;王静瑶;贾晓晗;任省栋;

  为了研究加氢站用两级液驱活塞压缩机在变吸气压力下的热力学性能变化规律，构建了液压系统和气体压缩系统耦合的两级液驱活塞压缩机热力仿真模型，并对模型进行了试验验证。结果表明，仿真与试验的热力性能参数最大误差为2.7%，吻合良好。当二级排气压力不变，一级进气压力从20.0 MPa减小到3.0 MPa时，一级压比基本保持不变，二级压比增大；一级气缸的排气温度保持在120.0℃左右；二级气缸的排气温度则从54.1℃增大至224.1℃，一级轴功率从60.2 kW降至14.9 kW，二级轴功率从12.7 kW增至35.5 kW，质量流量从55.5 kg/h减小到7.1 kg/h。两级双缸液驱机组适用于恒定吸气压力工况，在变吸气压力工况下运行时，会出现排气温度过高，轴功率不平衡，电机效率低的问题。针对该问题，可采取低压工况下采用高转速，在高压工况下采用低转速的运行策略。研究可为液驱活塞压缩机系统优化提供理论基础。

  2025年09期 v.53;No.639 21-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1651K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 离心萃取机聚偏二氟乙烯转子设计与工程应用

  朱碧肖;陈崔龙;方毅;吕彤;陈皓宇;

  为拓展多级串联离心萃取机在腐蚀性工况场合的应用，提出采用聚偏二氟乙烯（PVDF）氟塑料替代常规金属材料制造离心转子，分析了离心转子模压成型结构设计、成型工艺及关键参数控制、强度校核、功率计算，以及安全设计，研制出CTX350-PVDF型离心萃取机，对其进行了性能测试试验，并成功应用于酚氨废水工程。结果表明，CTX350-PVDF型离心萃取机性能指标符合国家标准要求，负荷运转时振动速度为3.4 mm/s，轴承温度为38.6℃，轴承温升为6.5℃；在酚氨废水工程应用中，运行良好，经5级萃取和3级反萃工艺，萃取剂再生后循环利用，废水化学需氧量（COD）降低约89%，酚含量降低到2 430 mg/L，满足后端生产工艺要求。研究可为离心式溶剂萃取技术在废旧电池回收、稀贵金属提取等领域推广应用提供技术支撑。

  2025年09期 v.53;No.639 29-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1634K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 基于密封比压分析的硬密封球阀密封形面改进研究

  孔静娴;田捍卫;马哲辉;莫延亮;李文庆;金志江;钱锦远;

  为提升硬密封球阀球体与阀座间的密封性能，通过分析密封比压，对阀座接触面进行了形面优化。借助Roth泄漏模型，比较了密封比压在均匀分布、U形分布2种情况下的泄漏率，结果显示，均布比压的密封性能更好。同时，提出了一个新的无量纲指标——泄漏特征值，并结合有效密封区的密封比压平均值，共同作为密封性能的评价指标。基于以上优化目标，在阀座接触面的边缘设计倒角，分别计算倒角半径r_1,r_2和密封面半径R对密封性能的影响。结果表明，相比于平面，当阀座表面曲率与球体曲率相等时，两评价指标分别提升了32.2%和65.0%；在边缘处适当倒角有助于减轻边缘效应，进一步提升密封性能，当两倒角半径分别在1.2～4.0 mm和0.5～2.0 mm时，接触面两侧的密封比压显著降低；过大的倒角会在接触面内产生新的边缘效应，从而降低密封性能；当R取与球面贴合的72 mm，两侧倒角半径分别取1.2,0.5 mm时，硬密封球阀球体与阀座间的密封性能最好，相比于初始平面密封，泄漏特征值下降了38.5%，密封比压平均值提高了66.4%。研究可为硬密封球阀的密封面形面设计提供理论指导。

  2025年09期 v.53;No.639 36-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1809K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 引流孔对扩压式自泵送机械密封运行特性的影响

  夏云峰;孙见君;苏徐辰;

  为探究引流孔对扩压式自泵送流体动压机械密封（DSPHMS）运行特性的影响，采用有限差分法（FDM）求解稳态及微扰雷诺方程，分析引流孔分布圆半径、孔径及工况参数对稳态、动态密封性能的影响。结果表明：增大引流孔分布圆半径缩短了螺旋槽对端面流体的有效作用半径，导致开启力下降，但增强了螺旋槽对内侧泄漏流体的抽吸作用，使泄漏率显著降低了44.5%；引流孔径存在阈值（0.6 mm），当孔径小于0.6 mm时，引流孔的流动阻力显著削弱端面静压效应；小孔径（0.3 mm）在高转速下密封性能受限，而孔径大于0.3 mm时密封性能随转速提升；介质压力虽能显著提高开启力，但会降低密封稳定性。该研究可为DSPHMS的端面设计及稳定运行提供理论指导。

  2025年09期 v.53;No.639 44-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 2081K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 高温热泵用螺杆压缩机转子间隙研究

  刘一爽;武晓昆;屈胜利;李禹辰;王闯;邢子文;

  为提高高温热泵用螺杆压缩机的能效水平，针对其高温升特点，基于试验数据，采用包含共轭传热的CFD模型计算了螺杆转子的温度分布。利用所得温度分布，结合有限元方法分析了转子的变形特性。在此基础上，计算了3种试验工况下螺杆转子的轴向变形量、吸排气端在热态下的啮合间隙及齿顶变形量。综合3种工况下的最大变形量，对转子各部位间隙配置进行了优化，并评估了新间隙布置下螺杆压缩机在不同工况下的性能。结果表明，转子周向温度分布均匀性良好；将中心距增大0.02 mm、吸气端啮合间隙减小0.045 mm、齿顶间隙减小0.05 mm后，3种工况下螺杆压缩机的质量流量可提升3.49%～5.57%。研究可为高温热泵用螺杆压缩机的间隙计算与设置提供理论依据。

  2025年09期 v.53;No.639 54-59+78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1504K]
  [下载次数：234 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 犁刀混合机浮动块离心动轴密封增强结构设计与研究

  邹俊伟;李毅波;宋玉梁;孙家保;

  针对犁刀混合机新型动轴密封装置中迷宫密封处存在少量粉体介质泄漏并堆积的问题，分析了该密封装置的工作原理，提出了一种基于螺旋槽内浮动块的离心密封增强技术及设计方法，并开展了浮动块数量优化与材料选择研究。通过对浮动块离心密封增强结构进行仿真分析与试验验证，结果表明：随着浮动块数量的增加，粉体颗粒泄漏量显著下降；当浮动块数量从2件增至4件时，泄漏量下降速率最快；当浮动块数量为12件时，粉体颗粒泄漏量降至75个，表明泄漏情况已得到明显改善；当浮动块数量设计为6件时，迷宫密封等其它密封处的粉体介质泄漏量为1.25 g，满足试验要求，且泄漏量约为无浮动块离心密封结构的1/3，显著提升了动轴密封装置的密封性能，并延长了密封件的使用寿命。由于浮动块在工作时处于浮动状态，可自动补偿因磨损而增大的间隙，从而确保持续的密封效果。研究对提升犁刀混合机及其他类型粉体机械设备的动轴密封性能具有一定的指导意义。

  2025年09期 v.53;No.639 60-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1760K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 核岛上充模型泵设计与流动熵产分析

  刘笑宇;王海民;李天斌;金乐;陈广福;季志远;施永涛;

  针对核岛化学和容积控制系统（RCV）上充泵不再承担高压安注任务及H-Q曲线陡峭化的设计要求，提出了一种高性能离心式上充泵水力模型设计方法。在单级初始模型泵（IMP）的基础上，增大叶轮出口直径和叶片出口角，减小出口宽度，并调整扩散器的结构参数，构建了DMP 1~#和DMP 2~#两种设计模型泵。同时，对3种泵进行全流量及在最大运行工况下的空化流动进行了分析。结果表明，相较于IMP,DMP 1~#和DMP 2~#的最佳效率点均向小流量偏移，且H-Q曲线的陡峭程度都有所提高，在流量70,48,32 m~3/h的运行工况下，DMP 1~#和DMP 2~#的扬程分别提高了14,22,24 m和20,31,33 m；基于熵产理论及Omega涡识别准则分析了泵内流场，其中，湍流耗散与壁面效应是流动损失的主要原因，且在小流量工况下，熵产主要由叶轮叶片压力面尾缘涡强化和叶轮与扩散器动静干涉诱导的流动分离引起；在流量为70 m~3/h最大运行工况下，DMP 1~#和DMP 2~#的必需汽蚀余量（NPSHr）分别为4.3,4.2 m，满足核电领域对NPSHr<7.8 m的技术规范要求。研究可为上充泵的设计优化及流动分析提供理论依据。

  2025年09期 v.53;No.639 68-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 3118K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 温度对金属硬密封三偏心蝶阀密封性能的影响

  徐艳茹;祖鑫晨;姚嘉文;王冠;徐乐;

  针对金属硬密封三偏心蝶阀在高温下服役因卡阻导致密封失效的问题，采用有限元仿真和试验验证相结合的方法，研究了室温到450℃范围内金属硬密封三偏心蝶阀的应力、应变分布。结果表明，随着温度从室温升高至450℃，密封圈最大应力、应力不均匀系数、最大、最小变形量线性增大，其中，最大应力增加175.3%，应力不均匀系数增大174.64%，最大变形量增大131.67%，最小变形量增大354.56%，主要源于蝶阀材料物性参数与温度线性相关；密封圈最小应力、平均应力与温度呈非线性相关，与材料性质的温度特性、蝶阀自身密封结构有关；密封圈最小应力低于密封必需比压的温度为300,350℃，最大变形量大于1 mm的温度阈值为300℃；当密封圈采用热膨胀系数低于阀座、且弹性模量相当的材料时，密封圈最小应力可显著提高，且高于必需密封比压，密封圈变形量可降低7%～10%，有助于改善蝶阀在300℃以上的密封性能。研究结果为蝶阀的密封副结构设计、金属硬密封蝶阀密封性能改善提供了参考依据。

  2025年09期 v.53;No.639 79-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 2402K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 高温熔盐循环主泵径向力及转子轴系响应研究

  高雄发;朱智彧;张德胜;施卫东;王道红;张欣怡;

  针对高温熔盐循环主泵转子系统不平衡、水力激励等因素引起噪声、振动、部件磨损等问题，本文分析了高温熔盐循环主泵流体激励力对泵转子系统动力学响应的影响，以某新型冷盐泵为研究对象，通过Ansys CFX软件对冷盐泵的内部流场进行非定常计算，得到不同工况下各级叶轮受到的径向力，基于SAMCEF平台对冷盐泵转子的临界转速和振型进行分析，研究不同流量下叶轮受径向力作用时，转子系统的瞬态响应，并进行了清水试验验证。结果表明：清水与300℃熔盐的外特性曲线误差在5%以内；1.0Q工况下，第1级叶轮受到的径向力为4 350 N，远大于其余叶轮；在0.6Q～1.4Q不同流量工况下，第1级叶轮和第5级叶轮的径向力受动静相干作用变化规律相反；转子系统临界转速为1 894.5 r/min，转子系统在额定转速下不会发生共振；当不考虑径向力作用时，各级叶轮瞬态位移呈规律椭圆形，第四级叶轮瞬态位移最大，位移量为7.1×10~(-6) mm；当考虑径向力时，各级叶轮的径向位移变化复杂，受轴系约束作用，第5级叶轮瞬态位移最大，位移量为0.289 4 mm。研究结果可冷盐泵转子系统的优化设计提供参考。

  2025年09期 v.53;No.639 87-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1723K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

应用技术

• 基于统计特征金属封严环泄漏量预测研究

  李伟平;杨昊;邓超;李神龙;

  针对金属封严环泄漏量预测精度不足，导致研发成本增加的问题，提出了一种基于统计特征金属封严环泄漏量预测方法。通过激光共焦距显微镜扫描2种材料（GH4169,GH738）磨削抛光加工后的C形金属封严环表面，获得其微观各向异性表面形貌，基于统计学方法构建各向异性粗糙表面，结合有限元分析与计算流体力学预测封严环泄漏量，并对其影响因素进行规律性研究。试验验证表明：数值模型计算的泄漏量与实际测量泄漏量的误差仅约为10%。相同工况条件下，当密封压差从0.6 MPa降低到0.3 MPa时，封严环泄漏率降低49.6%；当封严环表面均方根粗糙度由1.2μm降低到0.9μm，其泄漏率降低约43%；当封严环表面接触应力由0 MPa增大到380 MPa，其泄漏率降低约为98.7%。由此可见，通过降低表面均方根粗糙度、增大表面接触应力及减小内外腔压差能够提升封严环的密封性能。研究可为金属封严环后续研发和评估提供理论依据。

  2025年09期 v.53;No.639 95-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1849K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 涡旋压缩机平衡铁阻力矩优化研究

  刘兴旺;孙禛;刘晓明;李阔;田嵩;姜永为;

  针对涡旋压缩机平衡铁因润滑油阻力导致功率损耗较高的问题，提出对平衡铁前后端面采用圆顶凸面与圆弧倒角设计，并将润滑油从后端面引出的优化模型。基于FLUENT软件的滑移网格模型，对变转速工况下背压腔内平衡铁的转动过程开展了瞬态模拟，计算了平衡铁所受的阻力矩及其产生的轮阻损失，并验证了模拟结果的准确性。结果表明，平衡铁前后端面产生的压差阻力矩占总阻力矩的76.9%，且其随转速升高的幅度远大于摩擦阻力矩；优化后，平衡铁后端面的平均压力随转速增大而升高，其压差阻力矩与总阻力分别降低了63.3%和58.1%；此外，增大平衡铁厚度与外径的比值，可使轮阻损失最高降低40.6%。研究可为涡旋压缩机的优化设计提供参考。

  2025年09期 v.53;No.639 104-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 2036K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 离心式排风机振动抑制设计研究

  王淼根;李谍钢;戴美军;赵圣;杭飞;

  针对排风机振动超标引起轴承座或电机轴承的损坏、叶片和风道的破坏等问题，在传统设计和制造的基础上，提出了离心式排风机的流致激励抑制设计和精密加工两种路径结合的减振方法。采用数值模拟和试验测试的方法，研究了机翼型叶片和圆形断面蜗壳对流致激励源的流动状态和结构强度的影响。结果表明，过流部件接近表面流场无明显流动分离现象；圆形截面机壳风机在叶频（483.3 Hz）上的振动加速度较方形截面机壳风机在叶频（773.3 Hz）上的振动加速度低8.3 dB，在振动加速度总级上（10～10 000Hz）要低9 dB；对叶轮采用整体铣加工和焊接等高精度制造工艺可以改善叶轮质心分布不均的问题，机脚振动加速度旋转基频降低了约11 dB，高频相较原设计低8.5 dB；流致激励抑制和精密加工制造方法能有效降低排风机的振动。研究结果可为风机减振降噪设计提供参考和借鉴。

  2025年09期 v.53;No.639 112-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1900K]
  [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
下载本期数据