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动压式油气分离器的机理模型研究和数值模拟

杨春苗  
【摘要】:动压式油气分离器是航空发动机滑油系统内对混入滑油中的空气进行除气的装置,利用油气混合物旋转运动产生的离心力对空气进行分离,具有结构简单紧凑,内无旋转部件,不需要消耗外功等优点,但分离器内部流动非常复杂,涉及到三维强旋湍流流动,滑油和空气的两相流动,气泡的破碎和聚合等机理,因此对实验测量和数值模拟都具有挑战性,目前人们对分离器内部的流场规律仍没有真正掌握,也缺乏对分离器性能的预测方法,对分离器的设计主要建立在工程经验的基础上。本文通过机理模型研究和数值模拟两方面对动压式油气分离器的两相流场规律和分离器的分离特性进行研究,以便为分离器的设计提供参考。本文主要进行了以下几方面的研究: 1.首先根据分离器内油气的流动现象对动压式油气分离器的各部分建立机理模型,包括入口段模型、气液界面模型、滑油速度场预测模型以及气泡轨迹模型等。然后结合建立的机理模型给出分离器的尺寸的确定方法。最后用气泡轨迹模型对分离器的分离性能进行研究,主要研究了切向速度,分离器直径和滑油流量对分离效率的影响,发现增大进口处滑油的切向速度能提高分离性能,同时对在一定范围内变化的滑油流量确定了最佳的分离器直径。 2.首先利用Fluent软件对分离器内的单相流场进行了模拟,得到分离器内流体的流动规律并选择了合适的湍流模型。接着用混合模型模拟分离器内的两相流场,发现分离器中心区的最大压力点的位置可以影响分离器的分离效率,故本文通过降低最大压力点的位置对分离器的结构进行了改进,改进的分离器的分离效率得到了提高。最后本文采用离散相模型对分离器滑油区的气泡轨迹进行了模拟,研究了湍流耗散、气泡直径、切向速度、流量和分离器长度对液体携带气泡百分比的影响规律,为分离器的设计提供了参考。


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