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冲击式水轮机转轮水斗汛期泥沙磨损特性分析 被引量:1
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作者 李彦浩 朱逸林 +3 位作者 肖业祥 刘洁 梁权伟 李海军 《水力发电学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期15-22,共8页
泥沙磨损是冲击式水轮机水力部件失效的主要原因之一,特别是在汛期时,过机泥沙含量会大幅增加,而转轮水斗表面的挟沙三相流动过程复杂,其磨损问题会更为严重。本文以规划建设的西藏紫霞电站冲击式水轮机为研究对象,根据设计院提供的电... 泥沙磨损是冲击式水轮机水力部件失效的主要原因之一,特别是在汛期时,过机泥沙含量会大幅增加,而转轮水斗表面的挟沙三相流动过程复杂,其磨损问题会更为严重。本文以规划建设的西藏紫霞电站冲击式水轮机为研究对象,根据设计院提供的电站实测泥沙特性数据,采用Mansouri磨损模型和欧拉-拉格朗日方法对泥沙颗粒在转轮水斗表面的流动过程进行了三相流动数值模拟,分析了电站在汛期高泥沙浓度下颗粒的流动特性以及水斗表面的磨损分布。预测的水斗表面磨损分布与文献中实测的较为一致,预测结果表明水斗主要磨损区分布在靠近水斗根部的出水边附近以及缺口边附近;磨损分布和冲击次数的分布相似度最高,冲击次数对泥沙磨损的影响很大。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 含沙三相流 磨损预测 冲击特性 数值计算
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喷针开度对冲击式水轮机转轮水力性能影响研究
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作者 李彦浩 刘子实 +3 位作者 肖业祥 梁权伟 刘洁 王钊宁 《水力发电学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期73-80,共8页
冲击式水轮机是一种适用于中高水头段水力资源开发的流体机械,在我国西南地区高水头水力资源的开发中有着广阔的应用前景。本文以西藏紫霞水电站冲击式水轮机模型机转轮为研究对象,在5个不同的喷针开度下分别进行了转轮内部三维非定常... 冲击式水轮机是一种适用于中高水头段水力资源开发的流体机械,在我国西南地区高水头水力资源的开发中有着广阔的应用前景。本文以西藏紫霞水电站冲击式水轮机模型机转轮为研究对象,在5个不同的喷针开度下分别进行了转轮内部三维非定常多相流动数值模拟,分析了喷针开度对转轮水力性能与内部流动特性的的影响。预测结果显示转轮水力效率随开度上升而先上升后下降,在设计开度下水力效率最优。在0.75~1.60倍设计流量区间中,转轮水力效率的变化幅度小于1%。根据3个典型开度下转轮水斗内部非定常流动过程的对比分析,发现大开度工况时,水斗缺口处会发生水膜流的漏流现象,喷针开度越大时的泄漏量也越大,从水斗缺口处的漏流现象是其水力损失加剧的主要流动原因。研究为紫霞水电站230 MW大型冲击式水轮转轮水斗的水力优化设计提供了重要参考。 展开更多
关键词 冲击式水轮机转轮 喷针开度 水力性能 非定常水膜流 数值分析
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分流叶片对混输泵水力性能影响的优化分析 被引量:2
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作者 肖业祥 桂中华 +2 位作者 张瑾 姚鑫 史广泰 《水力发电学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期25-31,共7页
混输泵作为输送海洋油气资源的关键设备,其输送性能直接影响油气开采效率和输送成本。因此,为探究分流叶片对混输泵流动特性的优化效果,本文采用ANSYS CFX软件对带分流叶片前后的混输泵在进口含气率为5%、10%和15%工况下进行数值模拟计... 混输泵作为输送海洋油气资源的关键设备,其输送性能直接影响油气开采效率和输送成本。因此,为探究分流叶片对混输泵流动特性的优化效果,本文采用ANSYS CFX软件对带分流叶片前后的混输泵在进口含气率为5%、10%和15%工况下进行数值模拟计算。结果表明:在含气率分别为5%、10%、15%时优化后混输泵单级扬程增加了18.9%、23.5%、24.2%,分流叶片的存在显著提升了混输泵的增压性能,改善了含气率对叶轮内液相速度分布规律的影响,抑制了叶轮内气相聚集现象的发生,使得叶轮内气相分布更为均匀。此研究结果为优化混输泵性能提供了参考。 展开更多
关键词 混输泵 分流叶片 含气率 流动特性
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高转速泵作透平的水力优化与性能分析 被引量:1
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作者 赵勇 张彦 +3 位作者 肖业祥 汪程鹏 王生辉 张瑾 《水力发电学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期50-59,共10页
泵反转作透平应用领域广泛,除了可应用于可再生能源发电,还可应用于高能耗行业的高压余能回收,但其水力效率普遍偏低。为提高其水力效率,可结合水轮机水力设计理论,采用CFD方法进行水力性能优化。本文对离心泵反转作透平的叶轮采用正交... 泵反转作透平应用领域广泛,除了可应用于可再生能源发电,还可应用于高能耗行业的高压余能回收,但其水力效率普遍偏低。为提高其水力效率,可结合水轮机水力设计理论,采用CFD方法进行水力性能优化。本文对离心泵反转作透平的叶轮采用正交实验方法进行了水力优化,该透平应用于海水淡化能量回收装置,运行额定转速12000 r/min,且部分外形尺寸已被限定。采用试验和数值方法,对优化后的透平水力性能与流动特性进行了详细分析,水力优化结果表明,与初始设计方案相比,采用正交优化后的叶轮内的流动分离和漩涡流等现象得到明显改善,透平的水力效率得到了较大提升;数值计算与试验的性能特性曲线趋势吻合良好,在额定转速下,随着水头的增加,水力效率先增加后减小,最优水力效率达85.47%;在偏工况下,离最优工况点越远,水力效率会相应降低,且内部流动状态变得更加复杂。 展开更多
关键词 液力透平 叶轮 正交优化 数值计算 性能特性曲线
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轴流泵偏工况压力脉动和内流特性分析 被引量:2
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作者 王开杰 赵勇 +3 位作者 王生辉 肖业祥 汪程鹏 张瑾 《水力发电学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期86-96,共11页
轴流泵在偏离设计工况特别是小流量工况马鞍区附近运行时,流道内部强烈涡旋会造成剧烈的压力脉动,影响了泵组的安全稳定运行。本文以高比转速轴流泵为研究对象,对轴流泵5个流量工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨该轴流泵运行时的... 轴流泵在偏离设计工况特别是小流量工况马鞍区附近运行时,流道内部强烈涡旋会造成剧烈的压力脉动,影响了泵组的安全稳定运行。本文以高比转速轴流泵为研究对象,对轴流泵5个流量工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨该轴流泵运行时的非定常流动特性。数值计算采用RNG k-ε湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与轴流泵性能特点研究结果一致。对0.2Q_(d)和1.0Q_(d)工况进行非定常计算,结果显示,相同位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,0.2Q_(d)工况下相同位置测点间的压力脉动峰峰值最大超过1.0Q_(d)工况下4倍,说明此时流道内的流态分布很不均匀。测点离叶轮和导叶越近,低频脉动的主频受动静干涉引起的3fn和5fn脉动幅值就会明显增强,0.2Q_(d)工况下流道内测点受动静干涉作用的影响更强,脉动幅值为1.0Q_(d)工况下相同位置测点的3~5倍,且在转轮和导叶流道内影响的范围更广。结果表明,0.2Q_(d)小流量工况运行时压力脉动比1.0Q_(d)设计工况明显剧烈,叶轮和导叶内受动静干涉作用的影响更强,导叶流道内充满了严重的流动分离和漩涡。 展开更多
关键词 轴流泵 小流量工况 压力脉动 内流特性 数值计算
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海水淡化能量回收装置能耗分析与设计比选
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作者 汪程鹏 王生辉 +1 位作者 肖业祥 杨守志 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期51-54,共4页
能量回收装置是反渗透海水淡化的核心节能装备,其性能指标决定海水淡化系统能耗和产水成本。本文通过对1656 m^(3)/d反渗透海水淡化系统开展无能量回收装置、PX能量回收装置、透平式能量回收装置三种工艺设计的能耗分析。结果表明,能量... 能量回收装置是反渗透海水淡化的核心节能装备,其性能指标决定海水淡化系统能耗和产水成本。本文通过对1656 m^(3)/d反渗透海水淡化系统开展无能量回收装置、PX能量回收装置、透平式能量回收装置三种工艺设计的能耗分析。结果表明,能量回收技术能够明显降低海水淡化系统能耗,在充分考虑背压和混合的情况下,使用PX能量回收装置和透平式能量回收装置的能耗分别为2.260 kW·h/m^(3)和2.572 kW·h/m^(3),但透平式能量回收装置工艺设备投资成本较PX能量回收装置低。研究结果为反渗透海水淡化工艺设计提供参考。 展开更多
关键词 海水淡化 反渗透 能量回收装置 工艺设计 能耗
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高比转速轴流泵叶轮与导叶的正交试验优化 被引量:8
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作者 赵勇 董威 +3 位作者 肖业祥 汪程鹏 王东 王生辉 《水力发电学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期92-100,共9页
高比转速轴流泵广泛应用在防洪排涝等特殊场合,但其水力效率普遍偏低。为提高其水力效率,并达到节能效果,本文对比转速为1400轴流泵的叶轮与导叶采用正交试验进行水力优化,并探究优化前后泵的内流特性。先对轴流泵叶轮和导叶的几何形状... 高比转速轴流泵广泛应用在防洪排涝等特殊场合,但其水力效率普遍偏低。为提高其水力效率,并达到节能效果,本文对比转速为1400轴流泵的叶轮与导叶采用正交试验进行水力优化,并探究优化前后泵的内流特性。先对轴流泵叶轮和导叶的几何形状进行参数化解析,对参数化后的控制尺寸设置控制因素,以水力效率为指标设计正交试验,并对正交试验结果进行极差分析,获得影响轴流泵水力性能的关键因素。依据关键因素下的相应水平,调整叶片翼型几何参数,获得叶轮与导叶正交试验优化后结果。结果表明,优化后的叶轮与导叶段的脱流与回流涡等现象均得到有效改善,且叶轮表面压力集中区域扩大,做功能力得到提高,使叶轮、导叶及出水管段的水力损失显著降低。正交试验得到的最终优化方案较于原型泵,其水力性能的水力效率提高了13.22%,且扬程提高至设计指标6.3 m。 展开更多
关键词 轴流泵 叶轮 导叶 水力效率 正交试验
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冲击式水轮机含沙三相流与磨损特性数值研究 被引量:6
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作者 肖业祥 郭豹 +2 位作者 张瑾 梁权伟 刘洁 《水电与抽水蓄能》 2021年第2期4-10,共7页
冲击式水轮机在高水头水力资源开发中具有重要的应用前景,但其过流部件的泥沙磨损问题会是重要挑战。冲击式机组内部流动过程复杂,流动状态的转换多;挟沙流动时,水气沙三相流动特性尚不明确,目前相关研究仍然较为匮乏。本文采用欧拉—... 冲击式水轮机在高水头水力资源开发中具有重要的应用前景,但其过流部件的泥沙磨损问题会是重要挑战。冲击式机组内部流动过程复杂,流动状态的转换多;挟沙流动时,水气沙三相流动特性尚不明确,目前相关研究仍然较为匮乏。本文采用欧拉—拉格朗日方法对颗粒在冲击式水轮机内的全流动过程进行了数值模拟,详细地分析了三相流的水力特性、泥沙颗粒的流动特性以及磨损分布特点。计算结果显示,颗粒运动特性与理论模型较为吻合,预测的过流部件磨损分布与实测结果较为相似。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 旋转水斗 水气沙三相流 泥沙磨损 数值计算
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水泵水轮机极小开度反水泵工况压力脉动与内流特性分析 被引量:9
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作者 乐振春 肖业祥 +2 位作者 桂中华 曾崇济 朱伟 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期1541-1549,共9页
混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,水轮机工况启动时机组常不能由空载直接带负载,容易进入反水泵区,导致机组并网困难。本文以模型水泵水轮机为对象,对极小导叶开度下的多个反水泵工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨极小导叶开度下... 混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,水轮机工况启动时机组常不能由空载直接带负载,容易进入反水泵区,导致机组并网困难。本文以模型水泵水轮机为对象,对极小导叶开度下的多个反水泵工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨极小导叶开度下反水泵区机组的非定常流动特性。数值计算采用SAS SST-CC湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与模型试验数据吻合较好。对流量较小的工况进行非定常计算,旋转转轮9个叶道各8个测点的压力脉动结果显示,相似位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,峰峰值的差异最大达到4.2%,说明此时转轮内的流态分布很不均匀。测点离导叶越近,低频脉动的主频从0.19 fn逐渐增加到1.07 fn;动静干涉引起的20 fn脉动幅度会逐渐增强,但转轮出口位于出流与入流过渡区的测点趋势则不同。结果显示在反水泵工况区运行,转轮各叶道间的流态分布极不对称,充满了严重的流动分离和漩涡。 展开更多
关键词 水泵水轮机 反水泵 非定常流 压力脉动 动静干涉
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透平式能量回收一体机水力特性数值分析 被引量:7
10
作者 刘子实 肖业祥 +4 位作者 汪程鹏 朱逸林 刘思晗 崔永康 尹禧龙 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期131-140,共10页
反渗透式海水淡化是目前工业化应用规模最大的海水淡化技术。反渗透式海水淡化装置工作时,反渗透膜的工作压力约为6 MPa,淡化过程持续供给高压原海水所需的能耗较大;淡化后的浓海水仍维持高压状态,蕴含大量余压能,透平式能量回收一体机... 反渗透式海水淡化是目前工业化应用规模最大的海水淡化技术。反渗透式海水淡化装置工作时,反渗透膜的工作压力约为6 MPa,淡化过程持续供给高压原海水所需的能耗较大;淡化后的浓海水仍维持高压状态,蕴含大量余压能,透平式能量回收一体机将此余压能驱动泵侧加压供水侧,可大幅降低反渗透海水淡化装置的运行能耗。本文以三沙岛海水淡化装置中运行的一体机为研究对象,建立透平侧和泵侧整体流道的三维模型,采用SST湍流模型对透平侧和泵侧在不同运行工况下的流动特性进行三维定常数值计算,分析了透平式能量回收一体机透平和泵侧的水力性能及流动特性。数值计算结果表明,一体机的整体能量转换效率与实测结果较为吻合。透平侧和泵侧的水力效率在最优工况点都有较大提升空间,相对而言,透平侧的高效率运行区较宽;在偏工况下,透平侧和泵侧的水力效率都会相应降低,内部流动状态复杂。 展开更多
关键词 能量回收一体机 水力性能 液力透平 数值计算
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干气密封旋转流场的宏观特性与介观速度场的逻辑关系研究 被引量:3
11
作者 王衍 葛云路 +3 位作者 黄国庆 胡琼 肖业祥 胡鹏 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期364-377,共14页
旋转流场中的流体流动比较复杂,特别是在高转速、微尺度工况时,流场中的流体流态及其判断方法缺乏完备的理论模型.选择干气密封作为高速旋转流场的研究对象,以开启力和泄漏量作为宏观特性表征指标参数,选择剪切(周向)、径向及轴向速度... 旋转流场中的流体流动比较复杂,特别是在高转速、微尺度工况时,流场中的流体流态及其判断方法缺乏完备的理论模型.选择干气密封作为高速旋转流场的研究对象,以开启力和泄漏量作为宏观特性表征指标参数,选择剪切(周向)、径向及轴向速度分量对速度流场进行介观表述,通过Fluent软件仿真计算大跨距转速(低转速至超高转速)时的宏观、介观指标参数,研究密封性能指标参数与速度场间的内在逻辑关系.结果表明:低速旋转流场中的轴向速度分量较小,可忽略不计,转速升高会促使轴向速度分量持续增大,当转速持续增大并超过某一临界值时,轴向速度分量会出现迅速升高的情形;轴向速度分量的变化情形与微尺度流场(开启力和泄漏量)波动密切相关,是影响旋转流场流态的关键性指标参数,也是引起宏观流场特性变化的主要因素;径向速度分量的变化情形与微尺度流场泄漏量的变化规律基本一致,随着转速的增大,泄漏量的宏观性能反馈要早于开启力波动的出现.基于以上研究,同时根据管道雷诺数、流量因子判定模型及流体力学基本理论,尝试提出了基于三维速度分量的针对旋转流场流态的椭球判定模型. 展开更多
关键词 干气密封 旋转流场 流态 宏观特性 介观速度场
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不同环境介质下氧化铝陶瓷与耐蚀金属摩擦磨损行为 被引量:1
12
作者 汪程鹏 吴小波 +4 位作者 肖业祥 罗柏文 王生辉 宋代旺 李东洋 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1-5,11,共6页
为优选海水淡化高压泵关键零部件耐磨性能材料,以Al_(2)O_(3)陶瓷与TC4钛合金、316不锈钢、2205双相不锈钢组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式万能摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水3种环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量... 为优选海水淡化高压泵关键零部件耐磨性能材料,以Al_(2)O_(3)陶瓷与TC4钛合金、316不锈钢、2205双相不锈钢组成的配对摩擦副作为研究对象,利用立式万能摩擦磨损试验机开展干摩擦、纯水及海水3种环境介质下配对材料的摩擦磨损试验,定量得到各摩擦副摩擦因数、磨损量,并对摩擦试样的表面形貌进行分析;采用正交试验法分析载荷、转速、环境介质对摩擦因数和磨损量的影响规律。结果表明:在相同的条件下,TC4钛合金与陶瓷配副摩擦因数较小,2205双相不锈钢与陶瓷配副磨损量较小;环境介质对摩擦因数影响较大,载荷对磨损量的影响较大;海水环境下2205双相不锈钢和316不锈钢磨痕较浅,磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的交互作用。 展开更多
关键词 氧化铝陶瓷 摩擦磨损 耐磨材料
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Analysis of the Pump-turbine S Characteristics Using the Detached Eddy Simulation Method 被引量:10
13
作者 SUN Hui xiao Ruofu +2 位作者 WANG Fujun xiao yexiang LIU Weichao 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期115-122,共8页
Current research on pump-turbine units is focused on the unstable operation at off-design conditions, with the characteristic curves in generating mode being S-shaped. Unlike in the traditional water turbines, pump-tu... Current research on pump-turbine units is focused on the unstable operation at off-design conditions, with the characteristic curves in generating mode being S-shaped. Unlike in the traditional water turbines, pump-turbine operation along the S-shaped curve can lead to difficulties during load rejection with unusual increases in the water pressure, which leads to machine vibrations. This paper describes both model tests and numerical simulations. A reduced scale model of a low specific speed pump-turbine was used for the performance tests, with comparisons to computational fluid dynamics(CFD) results. Predictions using the detached eddy simulation(DES) turbulence model, which is a combined Reynolds averaged Naviers-Stokes(RANS) and large eddy simulation(LES) model, are compared with the two-equation turbulence mode results. The external characteristics as well as the internal flow are for various guide vane openings to understand the unsteady flow along the so called S characteristics of a pump-turbine. Comparison of the experimental data with the CFD results for various conditions and times shows that DES model gives better agreement with experimental data than the two-equation turbulence model. For low flow conditions, the centrifugal forces and the large incident angle create large vortices between the guide vanes and the runner inlet in the runner passage, which is the main factor leading to the S-shaped characteristics. The turbulence model used here gives more accurate simulations of the internal flow characteristics of the pump-turbine and a more detailed force analysis which shows the mechanisms controlling of the S characteristics. 展开更多
关键词 PUMP-TURBINE S-shaped characteristics detached eddy simulation(DES) numerical analysis
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超高速干气密封扰流效应及抑扰机制 被引量:12
14
作者 王衍 胡琼 +3 位作者 肖业祥 黄国庆 朱妍慧 葛云路 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期111-120,共10页
干气密封在高速时优异的动压性能使其应用范围从传统的压缩机、离心机等中高速设备逐渐扩大到航空发动机、(微型)燃气轮机等超高速设备中。基于实际超高速工况特点,对转速范围为10 000~120 000r/min时的干气密封性能进行了系统性仿真计... 干气密封在高速时优异的动压性能使其应用范围从传统的压缩机、离心机等中高速设备逐渐扩大到航空发动机、(微型)燃气轮机等超高速设备中。基于实际超高速工况特点,对转速范围为10 000~120 000r/min时的干气密封性能进行了系统性仿真计算,结果发现:在一定几何参数和工况参数下,类似于气浮轴承的微振动现象,干气密封会出现疑似受气体压力波动流影响的开启力、泄漏量与转速非正相关变化的扰流现象,尤其在高压、大膜厚、小槽深时的扰流效应愈加显著;在转速持续增大过程中,干气密封微尺度流场会出现二次拐点现象,且一次拐点发生转速与设计参数有关,而二次拐点发生转速基本约为90 000r/min。同时结合导流织构的设计思路,进一步研究了超高速下干气密封槽底导流织构的驱动导流效应,结果表明:加设导流织构后,承载效果明显提高,拐点发生工况延后且压力波动区域被压缩。表明导流织构具有良好的抑制扰流、维持开启力与转速持续正相关的作用,在此基础上,进一步阐释了导流织构的抑扰机制,以期为突破干气密封在超高速工况下的应用壁垒提供新思路。 展开更多
关键词 密封 超高速 导流织构 扰流效应 导流效应
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