摘要
舰船长时间运行在恶劣的海洋大气环境中，如未加装滤清系统，那么进入燃气轮机内部的空气中往往夹杂着不同程度的污染物，这些污染物会对的燃机运行可靠性造成严重影响。惯性级气水分离器主要承担着过滤夹杂在进口气流中海水液滴和盐雾气溶胶等杂质的作用，可以有效地提高燃气轮机的运行寿命。 本文以传统 80型惯性级叶片为研究对象，通过数值模拟方法研究了惯性级的叶型参数对其气动和分离性能的影响，并对惯性级叶片的叶型参数进行了优化设计和试验验证，最后在惯性级叶片中加入随行波沟槽优化其气动性能，本文主要工作内容如下： 首先对传统 80型惯性级分离器进行数值模拟建立惯性级分离器气液两相流的数值模型，通过数值模拟方法对惯性级分离器的内部流场预测并详细分析，使用欧拉壁面液膜模型考察叶片上的液膜分布情况；之后计算不同颗粒粒径的分离效率，进行叶片结构参数对惯性级气动和分离性能的影响研究，为之后的优化设计奠定基础。 其次采用数值计算的方法对五个惯性级叶片结构参数进行统计回归设计，确定各因素影响显著性大小，建立惯性级分离器气动与分离性能的预测模型。利用多目标优化遗传算法针对惯性级分离器的气动与分离性能进行优化设计，当优化后的惯性级叶片通道进口速度为6m/s时，可以在保持分离效率不变的情况下总压损失降低54.69Pa。 随后进行惯性级分离器叶片的气动性能的试验，搭建小型风洞试验台，主要是为了验证优化结果的准确性，测试并对比优化前后惯性级叶片的总压损失，实验值与数值模拟结果几乎一致，也证明本文的计算模型对阻力特性预测的准确性。 最后采用随行波减阻技术提高惯性级分离器的气动性能。建立 V 型沟槽结构，探究随行波微结构表面减阻规律与减阻机理，考察沟槽尺寸，间距和角度对减阻率的影响；选取最佳组合沟槽结构加入到惯性级叶片，通过对比添加沟槽前后通道的总压损失及内部流场分布情况，发现在惯性级叶片加入沟槽可以有效减少通道内部总压损失。 本文以探究惯性级叶片参数单因素对惯性级气动与分离性能影响为基础，通过回归设计建立关于压力损失和分离效率的预测模型，对叶型参数进行优化设计后得到了一种新型叶片结构，通过试验验证数值模拟结果，优化效果较为明显，最后加入随行波结构可以进一步提升惯性级的气动性能，为研究惯性级的性能方法以及优化设计方案提供参考。
NETL