直升機慣性粒子分離器流場測試與數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了保護直升機發(fā)動機免受外來異物破壞，提高其運行可靠性，加裝進口粒子分離器已經(jīng)成為直升機的標準配置，其中慣性粒子分離器以其總壓損失小、分離效率高、維護方便的優(yōu)勢在直升機進氣防護裝置上得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外現(xiàn)有的研究和測試大都基于數(shù)值模擬和整體性能試驗結(jié)果，數(shù)值模擬結(jié)果由于缺乏測量數(shù)據(jù)驗證，其可靠性難以保證。為了提高慣性粒子分離器的整體性能，其流動通道的型線設(shè)計依賴于內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)的分析。而慣性粒子分離器流動通道截面的幾何參數(shù)沿軸向和徑向不斷

2、變化，近年來國外僅有矩形截面通道的少量PIV測試結(jié)果可供參考，國內(nèi)的產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)不足。
　　本文根據(jù)某產(chǎn)品原型，設(shè)計并搭建了光學(xué)測試實驗臺進行模型內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)的測試分析。實驗通過控制清除流通道和主氣流通道質(zhì)量流量及其配比，分別對矩形通道和扇形通道模型進行了內(nèi)部流場的PIV測試，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)和高速攝影技術(shù)，對氣流場和顆粒運行軌跡進行了對比分析，為慣性粒子分離器性能提高和結(jié)構(gòu)改進提供了依據(jù)，進而采用正交試驗法對其流道進行優(yōu)化，對比

3、得到了性能更優(yōu)的模型。主要結(jié)論如下：
　　PIV氣流場測試結(jié)果表明，在清除流道進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的存在對尺度不同顆粒影響不同，小粒徑顆粒更容易跟隨回流渦運動，固體壁面對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 SCR值越大時，回流渦占清除流道面積越??；當進口流量增大時，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和高速攝影測試技術(shù)對不同粒徑的顆粒在分離器內(nèi)部運動規(guī)律測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細砂顆粒的分離效率受到回流渦的變化而變化，具有明顯的波動性，并且對分離效率和分離渦尺寸有明顯的影響?；亓鳒u尺寸越大，細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)直線運動軌跡，且與壁面發(fā)生非彈性碰撞，其運動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氣流場實驗值以及高速攝影粒子

5、軌跡測試結(jié)果與CFD計算值對比表明，本文的數(shù)值計算模型能夠滿足該流場計算精度的需求，對比矩形和環(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)對其氣固分離性能的影響，采用正交試驗法進行了模型優(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，