直升機(jī)慣性粒子分離器流場(chǎng)測(cè)試與數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了保護(hù)直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)免受外來(lái)異物破壞，提高其運(yùn)行可靠性，加裝進(jìn)口粒子分離器已經(jīng)成為直升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，其中慣性粒子分離器以其總壓損失小、分離效率高、維護(hù)方便的優(yōu)勢(shì)在直升機(jī)進(jìn)氣防護(hù)裝置上得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究和測(cè)試大都基于數(shù)值模擬和整體性能試驗(yàn)結(jié)果，數(shù)值模擬結(jié)果由于缺乏測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證，其可靠性難以保證。為了提高慣性粒子分離器的整體性能，其流動(dòng)通道的型線設(shè)計(jì)依賴于內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)的分析。而慣性粒子分離器流動(dòng)通道截面的幾何參數(shù)沿軸向和徑向不斷

2、變化，近年來(lái)國(guó)外僅有矩形截面通道的少量PIV測(cè)試結(jié)果可供參考，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)依據(jù)不足。
　　本文根據(jù)某產(chǎn)品原型，設(shè)計(jì)并搭建了光學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行模型內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)的測(cè)試分析。實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制清除流通道和主氣流通道質(zhì)量流量及其配比，分別對(duì)矩形通道和扇形通道模型進(jìn)行了內(nèi)部流場(chǎng)的PIV測(cè)試，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)和高速攝影技術(shù)，對(duì)氣流場(chǎng)和顆粒運(yùn)行軌跡進(jìn)行了對(duì)比分析，為慣性粒子分離器性能提高和結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了依據(jù)，進(jìn)而采用正交試驗(yàn)法對(duì)其流道進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)比

3、得到了性能更優(yōu)的模型。主要結(jié)論如下：
　　PIV氣流場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，在清除流道進(jìn)口的不同高度截面上均有回流渦的存在，在不同清除流比（SCR，14%到20%）、不同流量下回流渦結(jié)構(gòu)不同?；亓鳒u的存在對(duì)尺度不同顆粒影響不同，小粒徑顆粒更容易跟隨回流渦運(yùn)動(dòng)，固體壁面對(duì)該回流渦存在有很大影響，即越靠近壁面回流渦尺度越大；當(dāng) SCR值越大時(shí)，回流渦占清除流道面積越??；當(dāng)進(jìn)口流量增大時(shí)，回流渦尺度變化很小。這表明由SCR所決定的回流渦尺度是影

4、響氣固分離效率的主要原因之一。
　　PIV和高速攝影測(cè)試技術(shù)對(duì)不同粒徑的顆粒在分離器內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)砂顆粒的分離效率受到回流渦的變化而變化，具有明顯的波動(dòng)性，并且對(duì)分離效率和分離渦尺寸有明顯的影響?；亓鳒u尺寸越大，細(xì)砂顆粒分離效率越低；較大粒徑的顆粒在分離器內(nèi)部呈現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)軌跡，且與壁面發(fā)生非彈性碰撞，其運(yùn)動(dòng)主要受慣性和流道型線的影響，故分離效率較高，容易聚集在清除流道中。
　　PIV氣流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)值以及高速攝影粒子

5、軌跡測(cè)試結(jié)果與CFD計(jì)算值對(duì)比表明，本文的數(shù)值計(jì)算模型能夠滿足該流場(chǎng)計(jì)算精度的需求，對(duì)比矩形和環(huán)形的慣性粒子分離器數(shù)值模擬結(jié)果，環(huán)形通道模型總壓畸變小，總壓損失系數(shù)低，顆粒的分離效率高。
　　根據(jù)環(huán)形截面通道幾何參數(shù)對(duì)其氣固分離性能的影響，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行了模型優(yōu)化。優(yōu)化模型的粒徑分離效率較原模型皆有不同程度的提高，最大工況總壓損失也小于3%，可應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。
　　本文的研究為慣性粒子分離器性能分析提供了可靠的方法，