整体式进气粒子分离器特性研究

摘要

在军事上，飞行器有时候必须在砂尘环境中工作，发动机会吸入大量的砂尘，如砂粒。这些砂尘对叶片产生磨损并且会附着在叶片上，此外，发动机的冷却通道也可能会被堵塞，更换发动机是昂贵的并且这会造成发动机的寿命及功率下降，并且增加耗油量。
　　本文的主要目的是要研究在高速流动情况下整体式进气粒子分离器的流动特性，分析整体式进气粒子分离器影响因素及影响规律。在计算结果的基础上，探索了整体式进气粒子分离的优化设计方法，对整体式进气粒子分离器进行优化。
　　为研究整体式进气粒子分离器的流动与分离特性，首先设计一整体式进气粒子分离器模型，在所设计的模型基础上展开数值模拟，分别计算了气动变量参数、结构变量参数以及粒子变量参数对整体式进气粒子分离器性能的影响，计算结果表明：气动及结构变量参数对总压损失及分离效率的影响较大。粒子的直径、入射角及速度等对分离效率影响较大，而粒子的密度、浓度等对分离效率影响较小。在整体式进气粒子分离器优化设计部分，根据数值模拟的结果，对整体式进气粒子分离器内壁面进行了参数化建模。针对内壁面参数利用VC软件、UG/OPENAPI函数将其封装起来，并利用iSIGHT多学科优化集成软件对整体式进气粒子分离器内壁面进行优化。经过优化，整体式进气粒子分离器的总压损失降低0.1％，分离效率提高2%。在粒子反弹部分主要对粒子与壁面碰撞特性进行了分析，并对粒子反弹试验系统进行了设计。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2进气粒子分离器技术发展

1.3本文研究意义及主要工作

第二章 数值计算方法

2.1控制方程

2.2湍流模型介绍

2.3颗粒受力分析

2.4颗粒与壁面之间的碰撞

2.5边界条件

2.6计算模型及网格划分

2.7近壁处理

2.8重要计算参数定义

2.9湍流模型验证

第三章 整体式进气粒子分离器特性数值模拟

3.1IPS内部基本特性

3.2气动参数对IPS性能的影响

3.3 结构参数变化对IPS性能的影响

3.4 粒子参数对IPS性能的影响

3.5 IPS的改进

3.6小结

第四章 基于iSIGHT平台的整体式进气粒子分离器的优化

4.1优化工具简介

4.2 IPS优化模型的建立

4.3优化算法的选择

4.4 IPS试验设计

4.5 IPS优化流程及结果

4.6小结

第五章 粒子反弹分析与试验系统设计

5.1粒子反弹分析

5.2粒子反弹试验的意义

5.3粒子反弹试验系统

5.4试验系统设计

5.5小结

第六章 总结与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录I