大型砂尘试验系统优化及流动特性研究

admin · 发表于 2022-9-2 18:52:08

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摘要砂尘环境对军用及民用设备的性能有着严重的影响，是导致这些设备发生故障的重要环境因素之一，因此，在军用及民用领域，都有开展砂尘试验的需求。本文以研制中的大型砂尘试验系统为背景，采用数值模拟与实验研究相结合的方法，对砂尘试验系统中的气固两相流动特性进行了研究，并根据研究结果对系统进行了优化设计。本文的主要研究内容包括：（1）撞击式惯性分离器内部砂尘颗粒的运动规律，各种分离元件在不同工况下的分离效率与阻力损失。（2）各种加砂方式的扩散效果与均匀性。（3）砂尘系统试验段内的气固两相流场。研究结果表明：（1）对于撞击式惯性分离器，当气流速度较高时，因颗粒动能较大，与分离元件壁面碰撞后强烈的反弹作用是导致该类分离器分离效率偏低的主要原因之一；分离元件间的纵向间距越大阻力越小，但对分离效率的影响比较复杂，在不同的气流速度下存在着不同的最佳纵向间距。（2）采用重力加砂/尘方法时，砂尘颗粒分布受气流速度影响较大，砂尘散布面积小、均匀性差，砂尘颗粒的沉降作用明显；采用喷射式加砂/尘方法时，砂尘颗粒散布面积与分布均匀性均优于重力加砂/尘方法，逆向加砂的散布效果优于正向加砂，而正向加尘与逆向加尘两种方法的差别则并不明显；反向喷射加砂方式下，较大的速度差会产生较好的扩散效果，加砂速度高于风洞气流速度5m/s左右时效果较好。（3）设置于扩压段内的格栅有效地优化了试验段流场，干扰了试件后方马蹄涡的形成，减少了在逆向气流裹挟下返回试验段的砂尘颗粒数量；试件的大小、安装位置会造成试验段内流场和砂尘颗粒分布的不同改变，当试件较大、安装位置靠近试验段出口时，受流场下游逆向流动的影响，在试件的背风面处会出现砂尘浓度较高的现象。运用本文的研究成果，提高了大型砂尘试验系统分离器的分离效率，降低了分离器的流动阻力，保证了试验段入口处的砂尘浓度均匀性。研究成果有助于分析试件周围的两相流动规律，也可用于指导砂尘试验的方案设计及试验结果评估。

大型砂尘试验系统优化及流动特性研究

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