防冰惯性级设计与性能研究

论文摘要

当遇到寒冷气候,并且海面上存在大量过冷水滴时,作为一般常用滤清器的第一级惯性级,首当其冲会遭遇积冰的影响。如果遇到长时间在如此恶劣环境下工作,进气口流道甚至会发生严重性堵塞,所以有必要研究带有防冰性能的惯性级。设计依靠热气防冰的惯性级,必须满足在常态（无结冰情况）时过滤效率达到燃气轮机进气要求,在保证进气过滤效率达到要求的前提下尽可能减小阻力损失。在满足上述要求的同时考虑结冰态（进气中含有大量过冷水滴）情况,保证惯性级进气口以及流道内部不结冰,防止疏水槽由于结冰而丧失疏水功能,防止排水口由于结冰而导致堵塞。在此前提下本文主要进行了以下几个方面的工作:1.以一般防冰设备的实现手段为出发点,结合普通惯性级的结构特点,设计出几种具有防冰性能的惯性级模型。通过考察其干态时的阻力特性以及湿态时的液滴过滤效率特性,选择其中比较满意的模型对其进行防冰性能的进一步研究。2.以雷诺平均N-S方程为控制方程,选择标准k-ε模型为湍流模型,用离散相模型（DPM）对本文所设计的多个防冰惯性级进行气液两相流流场的数值模拟。针对每一个模型的具体结构特点,深入分析其结构特征对阻力损失的影响,为以后的优化设计提供指导;对模型两相流场中的水滴浓度分布随颗粒直径、进气速度变化而变化的特性进行深入分析,了解其过滤效率特性。3.利用多连续介质模型在欧拉坐标系内建立空气与过冷水滴的气液两相流控制方程,模拟计算了惯性级通道内的过冷水滴运行轨迹,并通过局部水收集系数的定义公式推导出适用于欧拉算法的局部水收集系数的另一种公式,采用该公式计算所选模型的流道内叶片表面的局部水收集系数,为以后的除防冰性能的更深入研究提供指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 惯性级过滤装置研究进展
• 1.2 防冰惯性级的研究意义
• 1.3 国内外对积冰防冰研究过程
• 1.3.1 基本研究方法
• 1.3.2 国外研究方法
• 1.3.3 国内研究方法
• 1.4 本文工作
• 第2章 防冰惯性级模型设计及网格划分
• 2.1 引言
• 2.2 几种模型
• 2.2.1 菱形热腔惯性级
• 2.2.2 波纹管热腔圆弧折流惯性级
• 2.2.3 夹层热通道惯性级
• 2.2.4 横贯圆管折板型惯性级
• 2.2.5 蒙皮结构惯性级
• 2.3 网格划分
• 2.4 本章小结
• 第3章 惯性级单相流动数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 湍流模型综述
• 3.3 本章控制方程及湍流模型
• 3.4 控制方程离散方法
• 3.5 边界条件的设定
• 3.6 惯性级流场数值模拟
• 3.6.1 菱形热腔惯性级
• 3.6.2 波纹管热腔圆弧折流惯性级
• 3.6.3 夹层热通道惯性级
• 3.6.4 蒙皮结构惯性级
• 3.6.5 横贯圆管直板折流型惯性级
• 3.7 本章小结
• 第4章 惯性级气粒两相流动数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 惯性级气粒两相流动的类型
• 4.3 惯性级气粒两相流动颗粒相模型
• 4.3.1 颗粒相运动方程
• 4.3.2 随机轨道模型
• 4.3.3 颗粒云模型
• 4.4 计算方案
• 4.5 数值模拟结果与分析
• 4.5.1 波纹管热腔圆弧折流惯性级
• 4.5.2 夹层热通道惯性级
• 4.5.3 蒙皮型惯性级
• 4.5.4 横贯圆管直板折流型惯性级
• 4.6 本章小结
• 第5章 过冷水滴撞击特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 过冷水滴撞击特性研究
• 5.2.1 水滴撞击特性定义
• 5.2.2 过冷水滴撞击特性研究方法
• 5.2.3 欧拉控制方程
• 5.2.4 局部水收集系数
• 5.3 计算结果及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢