惯性粒子分离器性能数值模拟研究

admin · 发表于 2022-5-21 22:26:37

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本文对直升机发动机的进气防护装置——惯性粒子分离器（四种不同入口角度的整体式粒子分离器和涡旋管粒子分离器）内气固两相流进行数值模拟分析。采用 SST湍流模型和PDM离散模型，分别模拟计算了四种不同入口角度的整体式分离器内部流场和颗粒运动情况，并对四种几何形状（ISP0°，ISP5°，ISP10°，ISP15°）的整体式分离器的压力损失和分离效率进行分析。在此基础上，研究了整体式粒子分离器的压力损失同分离器的入口倾斜角和扫气比（SCR）的关系，以及球形颗粒分离效率同分离器的入口倾斜角和粒径大小的关系，最后研究了砂粒密度对分离效率的影响。本文还首次用数值模拟的方法，模拟分析了涡旋管分离器的压力损失和分离效率同SCR之间的研究结果表明：对于整体式粒子分离器，随着入口倾斜角度的增大，分离器的压力损失增大；随着扫气比的增大，分离效率增大；小粒径（0-20µm）砂粒的分离效率随粒径的增大而增大，但是大粒径（100-1000µm）砂粒的分离效率随粒径的增大而减小；随着颗粒密度的增加，IPS0°的分离效率会随之增加；对于IPS15°对于小粒径颗粒的分离效率随之增加，而大粒径颗粒的分离效率随之降低。对涡旋管分离器的数值分析结果表明：随着扫气比的增大，分离器的分离效率提高而压力损失增大；随着入口流量的增大，压力损失增大；随着尘砂粒径的增大，分离效率提高。所以在设计惯性粒子分离器时，要综合考虑流动总压损失、颗粒分离效率、以及装置的几何形状和直升机使用环境的尘砂密度等综合因素。本文对整体式惯性粒子分离器和涡旋管粒子分离器的设计研究有重要参考价值，成功数值模拟了粒子分离器内部的气固两相流流场和砂粒运动特性，有助于对现有粒子分离器流道型面等的改型设计。对惯性粒子分离器的设计和改进提供了设计依据和理论指导，为今后进一步开展相关研究工作提供了技术储备。

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