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高性能海船盐雾分离技术研究

石宝龙  
【摘要】:海洋大气中含有大量的以气溶胶形式存在的盐分,现代海洋船舶为了提高发动机的性能及某些设备的使用寿命,必须要除掉进汽中的盐分。另外,为了满足近海岸的一些比较特殊的情况,对进汽也有除尘的要求。燃气轮机以其功率大,重量轻,机动性强和操作方便等优点显示出了极其强大的生命力,由于燃机在工作时要吸入大量的空气,因此对进气的除盐和除尘要求更为严格。本文即是针对船用燃气轮机越来越高的除盐要求以及特殊情况下的除尘要求等情况,提出了旋风分离滤器结构(简称为旋风子)。利用数值模拟与实验研究相结合的方法研究新型旋风滤器的阻力特性和过滤效率,为高性能的船用燃气轮机进气滤清器的设计制造提供可靠依据。针对新型旋风式滤器的特点,本文主要进行了以下几个方面的工作: 1.对五种不同叶片角度的旋风子阻力特性进行数值模拟。所建立的计算模型在几何边界上严格反映真实物理模型,针对旋风子流道和边界特征,计算采用非结构化网格及相应离散格式,利用k-ε湍流模型来模拟旋风分离器的流场,并进行分析。 2.对五种不同叶片角度的旋风子效率特性进行除盐和除沙数值模拟,并引入湍流气液和气固两相流模型,考察均匀分布的单弥散气溶胶颗粒直径对分离效率的影响。 3.通过对旋风子阻力特性和效率特性结果的模化,给出了旋风子阻力计算公式和效率计算公式。 4.以减小阻力和提高效率为出发点,提出新型弯曲叶片旋风子结构,对不同弯曲半径和不同安装角度共17个模型进行单相和两相的模拟,给出了弯曲叶片的阻力特性和效率特性,根据实际装船要求选取了整体性能优于直叶片旋风子的弯曲叶片旋风子。 5.根据计算结果选择并制造特定旋风子模型,在小型实验风洞上进行模型实验,并与计算结果进行对比,考察模拟的准确性,然后测定旋风进气滤清器的阻力和效率特性,验证计算结果的同时确定该旋风进气滤清器的综合性能。 6.用大涡模拟方法对旋风子进行计算,进一步研究旋风子内部的流动状况,并与k-ε模型的计算结果进行对比,考察两种数值模拟方法在进行数值计算时各自的特点及计算结果的差别,给出旋风子大涡模拟的拟序周期。


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