机电工程技术特约专栏:“流体机械”见刊啦!_机械设备_资讯

专栏介绍

流体机械在工程领域中扮演着至关重要的角色，其设计、制造和应用对于提高能源转换效率、降低能源消耗以及推动工业生产的可持续性发展具有重要意义。作为关键的能源转换和传递装置，典型流体机械，如泵、风机、压缩机等，在日常生活、工业生产以及军事领域等各种场合中发挥着不可替代的作用。其工作过程涉及流体的能量与机械的机械能的相互转换，或不同能量的流体之间的能量传递。

随着我国产业结构的升级和能源结构的调整，流体机械行业正面临更为严峻的技术挑战和激烈的市场竞争。未来，该行业将致力于设计和研发新型机型，以提高能量转换效率、降低能源消耗，并适应日益多样化和智能化的工业需求。同时，深入研究内部流动机理将有助于更全面地理解流体在机械中的行为，为性能提升提供科学依据。

高速转子动力学研究是流体机械领域的另一个关键方向。在高速运转的过程中，机械设备可能面临振动、失稳等问题。因此，深入理解和有效控制此类问题对于提升设备可靠性和寿命至关重要。同时，引入先进的故障诊断技术和自动控制技术将进一步提升流体机械系统的自适应性和智能化水平。另一方面，新型制造工艺的研发也将成为流体机械行业的重中之重。采用先进的材料和制造技术，有望提高产品的精度和耐久性，为流体机械设备的制造和维护创造更多可能性。这种前沿的制造方法将有助于行业更好地应对未来制造业的挑战，推动流体机械行业朝着可持续、智能化、高效率的方向发展。

为分享展示“流体机械”技术领域的最新进展和发展趋势，本人受编辑部邀约，主持“流体机械”专栏，旨在推动流体机械技术的进步，促进相关领域的交流与合作，为我国流体机械行业研究及发展提供有益的交流平台。专栏围绕典型流体机械内部流动、复杂零件结构优化、典型故障监测与诊断、信号分析处理等方面，刊登了来自山东大学、中国石油大学（华东）、浙江大学、常州大学、山东建筑大学及相关研究机构的最新学术研究和技术研发成果，以期为流体机械领域的技术攻关、产业升级以及宏观策略等研究提供参考。

——宋永兴研究员

文章点评

电子膨胀阀的两相流致

噪声特性及降噪技术研究

宋永兴，研究员，院长助理，硕士生导师，钦州市工业智能装备工程技术研究中心主任，山东建筑大学工业智能装备科研创新团队负责人，中国能源学会专家委员会能源装备专家组委员，山东省暖通“四委会”委员，山东省教育基本建设学会绿色低碳校园专委会常务委员，《机电工程技术》《Journal of Dynamics，Monitoring and Diagnostics》《数据采集与处理》期刊青年编委、《新材料新装饰》期刊编委委员。博士毕业于浙江大学，主要研究方向为流体机械设计与优化、建筑节能技术、设备振动与噪声分析与优化、流程工业数字孪生平台研究等。先后主持参与国家级项目2项、省部级课题3项、横向课题18项。已发表学术论文40余篇，其中SCI论文20余篇、EI 3篇，授权发明专利6项、软件著作权20余项，获得第九届山东省教学成果（高等教育类）一等奖（3/10）、济南市优秀自然科学学术成果一等奖（1/5）、山东省区域能源学会科学技术奖二等奖（1/4）。

文章研究内容及创新点：

研究了脉冲式电子膨胀阀结构对两相流致噪声的影响，并提出对阀门阀座进行倒角以及管路加沟槽结构的优化方案。研究发现当阀门处于制冷状态时，流场的最大噪声从111.765 4 dB减小到109.290 5 dB；当阀门处于制热状态时，阀门下游噪声向下游发展的趋势减小。阀门结构的优化可以实现降噪的目的，应用在实际工程上也可以推动空调朝着降噪舒适的方向发展。

基金项目：

山东省自然科学基金项目

（ZR2021QE157）

压缩机技术国家重点实验室（压缩机技术安徽省实验室）开放基金项目

（SKL-YSJ202108）

原文摘要：

电子膨胀阀是空调运行的关键部件之一，也是可能产生噪声的部件之一。空调运行产生的噪声可能会影响其舒适性，而阀门的两相流致噪声问题也带来了一定的困扰。为解决这一问题，改造阀门结构并进行研究，以实现阀门降噪的目标。针对双向节流元件电子膨胀阀的流动特性，提出了优化方案。其中，在阀门管路上加入沟槽结构以实现制热方向的降噪，对阀门阀座进行倒角处理以实现制冷方向的降噪。通过对原模型和优化模型进行数值计算，得出以下结论：电子膨胀阀的原模型和优化模型的两相流致噪声都主要集中在节流后产生；在制冷方向上，优化模型的流场最大噪声从原模型的111.765 4 dB减小到109.290 5 dB；在制热方向上，阀门下游的噪声明显减小，即优化模型中噪声向下游发展的趋势减小。

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叶片背面改型对轴流风机性能和

压力脉动特性等影响

李倩倩，博士，研究领域为能源装备及流体机械的高效低噪声设计。曾负责“悬浮叶轮式旋涡泵非稳态旋涡激励下振动噪声机理与抑制研究”、“基于能量交换的悬浮叶轮式旋涡泵噪声调控机理研究”等项目，已发表论文10余篇，为常州大学能源装备结构完整性与可靠性团队骨干。该团队负责人为陆怡教授，致力于能源装备的结构可靠性与完整性、能源装备及管线智能运维、基于微试样的结构完整性评价方法、能源装备及流体机械的高效低噪声设计等领域的研究，现有教师6人，团队成员荣获江苏省第十五批“六大人才高峰”高层次人才、江苏省青蓝工程优秀教学团队负责人、江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人、江苏省“333”高层次人才、江苏省双创博士等多种称号。团队承担多项国家自然科学基金项目，江苏省产学研合作项目、江苏省六大人才高峰项目等省级课题，通过多项科技成果鉴定，获得中国产学研合作创新成果二等奖、江苏省科技进步三等奖、中国石化联合会科技进步三等奖等。

文章研究内容及创新点：

研究了风机叶片背面改型对轴流风机性能和压力脉动特性的影响。设计3种不同叶型(光滑叶型、凸槽叶型、凹槽叶型)的风机模型，分析对风机全压、流量、各部件的频域脉动强度的影响规律，并通过内流场分析压力脉动与流场的关联特性，从而揭示了叶轮叶片背面结构对风机脉动性能的影响机理。3种叶型对风机外特性的影响较小,但凸槽叶型可增强流动均匀性，在保证风机全压性能的基础上，还能实现较小的脉动，其综合性能最佳。

基金项目：

国家自然科学基金资助项目

（52206041）

江苏省研究生科研与实践创新计划项目

（KYCX23_3090）

原文摘要：

以小型轴流风机为研究对象，设计了光滑、凸槽、凹槽3种不同叶片背面形式的风机模型，并采用SST k-ω湍流模型研究其定常性能和非定常压力脉动特性。研究结果表明，3种轴流风机模型的全压-流量特性曲线基本一致，差别不明显，即叶片背面增加凸槽或者开槽对轴流风机的外特性影响较小。此外，叶轮和导叶各个监测点处的压力脉动规律一致，其脉动主频均位于叶频及其倍频处，脉动幅值随着倍频增加而减小。模型model 1由于凸槽叶型对流体的调制作用，叶轮流域内流体分布更加均匀，其压力脉动强度最低，而模型protype 0和model 2的叶片调制作用较弱，其内部流体脉动较为强烈，压力脉动的幅值也较高。综合轴流风机效率和噪声指标，模型model 1不仅能保证风机的全压性能，还能实现较小的脉动，其综合性能最佳。

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某核电主泵变频器冷却系统

高温异常处置分析

刘竞婷，副教授，山东大学机械工程学院教学科研岗教师，山东大学青年教学能手，多项国家/省级自然科学基金项目负责人，SCI期刊《Mathematics》客座编辑，山东大学先进流体工程创新团队核心成员，致力于流体、机械、声学与计算机多学科交叉研究课题，主攻流激振动噪声控制与应用，技术领域涉及核电、船舶、石油化工、装备制造等领域，发表SCI论文30余篇。

文章研究内容及创新点：

针对某AP1000三代核电机组主泵变频器系统冷却单元温度异常问题，通过分析关键调温设备的结构原理和主泵变频器不同状态下的运行数据，逐一排除可能造成该现象的原因并进行现场验证，准确锁定并成功消除温度异常缺陷，为核电主泵变频器及核电厂关键设备的安全稳定运行提供技术保障。

原文摘要：

某AP1000核电厂主泵变频器冷却系统出现出口温度异常高的情况，影响了主泵变频器内隔离变压器和功率单元的冷却效果，可能导致变频器故障，进而造成主泵停运和核电机组跳堆风险，对核电机组的安全稳定运行造成严重挑战。通过对变频器冷却系统内特有的温度调节阀进行结构和动作原理的分析，同时对比了其他3台主泵变频器的参数变化，准确确定了主泵变频器冷却系统出口温度异常高的原因是温度调节阀故障，并成功处理了该故障。通过总结经验，为后续AP1000核电厂主泵变频器出现类似缺陷时的处理提供了借鉴。

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声发射技术在水轮机叶片裂纹

监测和诊断中的应用

江伟，副教授，西北农林科技大学水利与建筑工程学院动力与电气工程系，研究方向为水力机械优化设计及数值仿真。依托旱区农业水土工程教育部重点实验室、水利部西北水利科学研究所实验中心、陕西省水工程安全与建设研究中心等科研基地等平台，致力于水轮机优化设计、噪声监测和水泵水轮机开发应用及数值仿真。

文章研究内容及创新点：

通过声发射技术对水轮机转轮叶片裂纹的产生与发展进行实时监测。通过对不同信号接受位置处噪声信号分析，以小波重构的方式分析断裂信号幅值和对应频段，说明信号探针的安放位置对信号提取准确定的影响。

基金项目：

国家自然科学基金资助项目

（51809218）

山东省自然科学基金资助项目

（ZR2021QE258）

原文摘要：

水轮机转轮叶片裂纹严重影响电站运行的安全稳定性。然而，裂纹所产生的噪声信号十分微弱，在实际运行时易被强背景噪声淹没。为了更好地监测叶片裂纹产生的噪声信号，采用声发射（AE）技术进行信号采集监测，同时使用小波阈值降噪方法对信号进行提取分析。研究结果表明：在水轮机停机时，声发射技术监测信号的幅值范围为10~60 mV的断铅信号；AE信号的主要频率在64~128 kHz，噪声信号主要集中在第4和第5个小波系数中；采用AE参数可以准确定位产生裂纹的叶片；当传感器安装在转轮叶片正上方时，AE信号接收所需的距离和时间最短，提取到的结果更精确；采用AE技术可以及时发现叶片裂纹的初期状况，便于尽早采取合理的加固与补修措施。声发射监测技术对电站运行的安全稳定性具有重要的现实意义和经济价值。

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转子-径隙式水力空化反应器的

空化诱导噪声脉动特性研究

侯瑞杰，博士研究生，研究领域为水力空化，已发表论文10余篇，其中SCI收录5篇，曾获济南市优秀自然科学学术成果一等奖，为中国石油大学(华东)王君教授团队骨干。团队从事容积式流体机械(往复式、涡旋式、爪式、螺杆式、罗茨式、滑片式和齿轮式等)的研究，包括:流体机械新产品研发、工作过程模型、整机优化设计、性能预测、内部流动模拟、啮合副型线设计、核心部件力学性能、加工制造和应用等。团队已发表论文100余篇，其中SCI/EI收录60余篇；授权发明专利50余项；国家自然科学基金项目2项，山东省自然科学基金2项，青岛市科技惠民示范专项1项，青岛市科技发展计划项目2项。

文章研究内容及创新点：

研究了一种转子-径隙水力空化反应器的空化及其诱导噪声特性，对不同转子转速下的非定常空化流场进行数值模拟，研究了空化与其诱导噪声脉动特性的相互作用机制，分析了不同工况下空化诱导噪声的时频分布特性。为旋转式水力空化反应器空化及诱导噪声机理的研究提供了依据，同时为其设计和优化提供了参考。

原文摘要：

旋转式水力空化反应器作为一种高效产生空化气泡的设备被广泛应用于工业领域，其空化诱导噪声是其性能评估和目标优化的重中之重。研究了一种转子-径隙水力空化反应器的空化及其诱导噪声特性，对不同转子转速下的非定常空化流场进行了数值模拟；研究了空化与其诱导噪声脉动特性的相互作用机制，分析了空化诱导噪声的时频分布特性。结果表明，转速3 300 ~3 900 r/min，转子吸力面涡度由5 960 s^-1上升至7 155 s^-1，转子入口圆周涡度由6 142 s^-1上升至7 597 s^-1，这种提升表现为高涡度区沿压力面方向和入口圆周方向扩张；转速为3 300 r/min下反应器噪声沿反应器内部环形流动方向，其噪声叶频脉动幅值经历了增长—稳定—降低3个阶段，其中，在蜗舌和流体出口位置，P8至P1的噪声叶频及其多阶谐频幅值均有不同程度降低；剧烈的空化致使出口位置空化诱导噪声的幅值不增反降，最终表现为出口位置噪声叶频及其多阶谐频幅值的降低，这是由于强空化状态下超空泡周期性溃灭量小于弱空化状态，空化气泡长期存在而非周期性溃灭。

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特约主编简介

宋永兴，博士，研究员，硕士生导师，山东建筑大学热能工程学院院长助理。钦州市工业智能装备工程技术研究中心主任，山东建筑大学工业智能装备科研创新团队负责人，中国能源学会专家委员会能源装备专家组委员。山东省暖通“四委会”委员，山东省教育基本建设学会绿色低碳校园专委会常务委员，《机电工程技术》《Journal of Dynamics，Monitoring and Diagnostics》《数据采集与处理》期刊青年编委、《新材料新装饰》期刊编委委员。《Physics of Fluids》《Journal of Sound and Vibration》《工程热物理学报》等国内外期刊审稿人。博士毕业于浙江大学，主要研究方向为智慧能源装备与系统、流体机械设计与优化、设备振动与噪声分析与优化、流程工业数字孪生技术等。先后主持参与国家级项目2项、省部级课题3项。横向课题18项。已发表学术论文40余篇，其中SCI论文20余篇、EI 3篇，授权发明专利6项，软件著作权20余项。获得第九届山东省教学成果(高等教育类)一等奖(3/10)、济南市优秀自然科学学术成果一等奖(1/5)、山东省区域能源学会科学技术奖二等奖(1/4)。

版式设计：蔡卓希

责任编辑：黄瑜

审核：麦丽菊

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