涡旋管分离器性能的数值研究

摘要

与固定翼飞机相比，直升机不需要专门的起飞跑道，具有良好的灵活性和机动性，通常用于在沙漠、冰原、海面上空等恶劣环境条件下执行起重、运输、营救、侦察与攻击等各种特殊任务，这些环境的空气中存在大量的沙尘、冰雪、腐蚀性液滴等杂质颗粒，直升机燃气轮机工作时需要吸入大量空气，空气中大量的杂质颗粒直接进入燃气轮机，极易造成燃气轮机磨损、积垢、粒子融合、冷热腐蚀以及冷却管道堵塞等危害。研究表明，通常5到10微米的固体颗粒就会对叶片等部件的表面造成不同程度的磨损。为了保证燃气轮机工作的可靠性和寿命，研发高效率、低阻力的进气滤清器成为了一项重要的工作。
　　本文以一种用于直升机进气滤清器的高性能涡旋管为原形，通过数值模拟的方法，对涡旋管内气相和颗粒相两相流进行数值研究，研究了涡旋管分离器的分离性能随颗粒直径的变化规律，给出了分离器的分离特性曲线，并探索了灰尘颗粒在分离器中运动过程的物理机理。分析了分离器内压力、速度等流动特征。对涡旋管内流动损失进行归纳概括并分析其影响因素。
　　为了研究工作条件对涡旋管分离器性能的影响，分析了进气角度和灰尘出口扫气压力对不同直径颗粒的分离性能的影响。研究结果表明，适当的进气预旋角度会提高小直径颗粒的分离效率，而较大直径颗粒的分离效率反而有所降低;降低集尘管进口扫气压力会提高小直径颗粒的分离效率，对大直径颗粒的分离效果几乎没有影响。
　　为了进一步优化涡旋管分离器的分离性能，分析了旋流叶片螺距和出口轴向位置对分离性能的影响。研究结果表明，分离效率随颗粒直径呈先升高再降低的变化趋势;适当地减小旋流叶片螺距可以提高小颗粒的分离效率，但会增大流动阻力;适当地增加出口轴向距离可以提升分离效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究状况

1．2．1 旋风分离器的研究状况

1．2．2 涡旋管式旋风分离器的研究状况

1．3 论文主要工作

第2章 数值模拟方法

2．1 引言

2．2 气粒两相流模型

2．3 控制方程

2．3．1 气相控制方程

2．3．2 颗粒相控制万程

2．4 湍流模型

2．5 计算模型和网格

2．6 有限体积算法的离散方法

2．7 压力-速度耦合算法

2．8 边界条件

2．9 本章小结

第3章 涡旋管内流场特征及颗粒运动规律

3．1 引言

3．2 涡旋管分离器内颗粒运动规律

3．3 涡旋管内流场参数分布规律

3．3．1 涡旋管分离器内压力分布规律

3．3．2 涡旋管分离器内速度分布规律

3．3．3 涡旋管分离器内向心加速度分布规律

3．3．4 涡旋管分离器内湍流规律

3．4 涡旋管内流动损失分布规律

3．5 本章小结

第4章 工作条件对涡旋管分离器性能的影响

4．1 引言

4．2 进气预旋角度对分离器性能的影响

4．2．1 分离性能分析

4．2．2 流动损失分析

4．3 灰尘出口扫气压力对分离器性能的影响

4．3．1 分离性能分析

4．3．2 流动损失分析

4．4 本章小结

第5章 结构参数对涡旋管分离器性能的影响

5．1 引言

5．2 旋流叶片螺距对分离器性能的影响

5．2．1 分离性能分析

5．2．2 流动损失分析

5．3 出口轴向位置对分离器性能的影响

5．3．1 分离性能分析

5．3．2 流动损失分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介