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基于局部射流提升粒子分离器分砂性能的方法

程飞 孙姝 谢买祥 张悦 谭慧俊

程飞, 孙姝, 谢买祥, 等. 基于局部射流提升粒子分离器分砂性能的方法[J]. 航空动力学报, 2023, 38(6):1414-1422 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210549
引用本文: 程飞, 孙姝, 谢买祥, 等. 基于局部射流提升粒子分离器分砂性能的方法[J]. 航空动力学报, 2023, 38(6):1414-1422 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210549
CHENG Fei, SUN Shu, XIE Maixiang, et al. Method of improving sand separation performance of particle separator based on local jet[J]. Journal of Aerospace Power, 2023, 38(6):1414-1422 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210549
Citation: CHENG Fei, SUN Shu, XIE Maixiang, et al. Method of improving sand separation performance of particle separator based on local jet[J]. Journal of Aerospace Power, 2023, 38(6):1414-1422 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210549

基于局部射流提升粒子分离器分砂性能的方法

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210549
基金项目: 国家自然科学基金(51806102,51906104,12025202,U20A2070,11772156); 国家科技重大专项(J2019-Ⅱ-0014-0035)
详细信息
    作者简介:

    程飞(1996-),男,硕士生,主要从事内流气体动力学研究

    通讯作者:

    谭慧俊(1975-),男,教授、博士生导师,博士,主要从事内流气体动力学研究。E-mail:thj@263.net

  • 中图分类号: V211.48

Method of improving sand separation performance of particle separator based on local jet

  • 摘要:

    针对整体式惯性粒子分离器对小粒径砂尘分离效率低下的问题,提出了一种通过引入局部射流形成气动鼓包,以提升粒子分离器对小粒径砂尘分离效率的方法,并通过仿真验证了该方法的有效性。研究发现:气动鼓包的形成对小粒径砂尘的分离效率提升明显,在出口总压恢复下降不超过0.5%的前提下能将AC砂的分离效率提高3.6%,最高可提升7%;引入射流能有效提升粒径在9 μm及以下砂尘的分离效率,并且,砂尘粒径越小,其提升效果也越低,对于9 μm粒径砂尘,可将其分离效率提升至100%;射流引入位置应设置在中心体鼓包壁面上,且在一定范围内,射流角度与来流夹角越大、射流压强越大,对小粒径砂尘分离效率的提升效果也就越高。

     

  • 图 1  模型尺寸

    Figure 1.  Model size

    图 2  网格分布

    Figure 2.  Grid division

    图 3  砂尘粒径分布规律曲线

    Figure 3.  Regular curve of sand and dust particle size distribution

    图 4  沿程静压对比

    Figure 4.  Static pressure comparison along the way

    图 5  初始流场特性

    Figure 5.  Characteristics of initial flow field

    图 6  初始流场的AC砂运动轨迹

    Figure 6.  Tracks of AC sands in initial flow field

    图 7  初始流场的C砂运动轨迹

    Figure 7.  Tracks of C sands in initial flow field

    图 8  引入射流后的流场特性

    Figure 8.  Characteristics of flow field with jet

    图 9  引入射流前后的小粒径砂尘运动轨迹

    Figure 9.  Tracks of small diameter sands before and after the introduction of jet

    图 10  引入射流前后的小粒径砂尘分离效率

    Figure 10.  Separation efficiencies of small diameter sands before and after the introduction of jet

    图 11  射流位置

    Figure 11.  Positions of jet

    图 12  射流引入位置对砂尘轨迹的影响

    Figure 12.  Effect of jet introduction position on sand and dust trajectory

    图 13  4种射流引入角度

    Figure 13.  Four jet introduction angles

    图 14  射流引入角度对砂尘轨迹的影响

    Figure 14.  Effect of jet introduction angle on sand and dust trajectory

    图 15  射流压力对砂尘轨迹的影响

    Figure 15.  Effect of jet pressure on sand and dust trajectories

    表  1  性能参数

    Table  1.   Performance parameter

    参数定义
    清除比β$\,\beta = { {q} }_{ m,{\rm{s}}} / q_{ m ,{\rm{c}}}$
    主流出口总压恢复系数σ$\sigma ={ { p_{ {\rm{c} } } ^ * } }/{ { {p_0} } }$
    砂尘分离效率η$\eta = {m_{{\rm{s}}} }/ ({m_{\rm{c}}} + {m_{{\rm{s}}} }) \times100\text{%}$
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    表  2  气动参数对比

    Table  2.   Comparison of aerodynamic parameters

    参数试验CFD
    qm,c/(kg/s)2.2682.268
    β0.1790.179
    σ0.9910.992
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    表  3  AC砂分离效率对比

    Table  3.   Comparison of AC sand separation efficiency

    参数试验CFD
    qm,c/(kg/s)2.2682.268
    β0.1560.156
    η/%77.777.9
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    表  4  C砂分离效率对比

    Table  4.   Comparison of C sand separation efficiency

    参数试验CFD
    qm,c/(kg/s)2.2682.268
    β0.1670.167
    η/%91.496.7
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    表  5  射流引入位置对分离器性能参数的影响

    Table  5.   Effect on separator performance of different jet positions

    参数无射流a位置b位置c位置
    η9 μm/%63.7997.1410093.71
    ηac/%81.7483.3184.5982.45
    σ0.9930.9950.9900.991
    qm,j/qm,c00.0410.0410.042
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    表  6  射流角度对分离器性能参数的影响

    Table  6.   Effect on separator performance of different jet angles

    参数θ1θ2θ3θ4
    η9 μm/%77.14100100100
    ηac/%81.9784.5987.7388.22
    σ0.9920.9900.9870.985
    qm,j/qm,c0.0440.0410.0420.039
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    表  7  射流压力对分离器性能参数的影响

    Table  7.   Effect on performance of separator with different jet pressures

    参数p0p1p2p3
    η9 μm/%93100100100
    ηac/%82.4485.3187.7388.71
    σ0.9900.9880.9870.986
    qm,j/qm,c0.0180.0330.0420.049
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  • 收稿日期:  2021-09-27
  • 网络出版日期:  2023-03-04

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