发动机油气分离器CFD模拟技术和分离效率研究

利用STAR-CD软件对迷宫和旋风组合的油气分离器的分离效率和压力损失进行了评估和优化。计算结果表明:k-εSST湍流模型由于能够精确模拟近壁区域的流动,更适合分离效率的计算。油气分离器的分离效率随着活塞漏气量和粒子直径的增大而增大。旋风分离器对于小粒径油滴的分离起主要作用,其分离效率随着流量的增大和降低变化幅度很大。迷宫式分离器的效率对流量的变化适应较好。回油孔设计非常关键,在保证回油通畅的情况下避免机油被吸入分离器。     

某柴油机油气分离器模拟分析及试验验证

本文利用CFD软件对某柴油机的油气分离器性能进行了分析,稳态分析得到压力分布、迹线分布规律,瞬态分析得到分离效率。并对油气分离器进行试验,计算得到压力损失和窜油量。结果表明:在油气分离器内部设置挡板和圆孔板可以有效地对油气进行分离;采用模拟仿真与试验相结合的方法可快速准确设计一款发动机选择合适的油气分离器结构。     

基于CFD方法的某发动机油气分离器的性能分析

CFD分析方法可以直观了解产品流体复杂的流动现象,能够快速的指导产品的优化,在现代内燃机零部件设计过程中起到关键的作用。我们根据发动机曲轴箱通风的实际需求,运用CFD多相流分析方法,模拟某增压发动机油气分离器性能。由于其捕获率相对较低,对高负荷区域油气分离器增加粗分离结构,提升油气分离器的性能。分别计算油滴直径为1μm、3μm、5μm、7μm和9μm的捕获率和窜气流场分布,增加粗分离器后油气分离器对直径为1μm油滴的捕获率从42%提升到60.5%,整体压力损失仅为76 Pa。结合台架实验结果,验证优化后的分离器能满足使用要求。     

基于CFD技术的迷宫式油气分离器优化设计

应用计算流体动力学软件FLUENT对汽车发动机气门室罩内的迷宫式油气分离器进行三维两相流场和油滴颗粒分离效率的数值模拟.通过计算四种分离器结构参数(出口位置、出口直径、V型槽间距和V型槽宽度)下的分离器的分离效率和压降损失,分析了各参数对分离效率的影响,得到分离器性能的规律性结论和分离器的最佳结构参数,用于指导迷宫式油气分离器的设计.     

曲轴箱通风系统油气分离器的性能研究

对1台直列4缸汽油机的曲轴箱通风系统进行了窜气流量和窜气中机油含量的试验研究。应用CFD分析软件Fluent研究了气缸盖罩中迷宫式油气分离器的流动特性,分析最大窜气流量(15 L/min)和最大扭矩(160 N·m)工况点下油气分离过程的速度场、压力场和分离效率。研究结果表明:该油气分离器的多孔过滤板与挡板配合结构在最大窜气流量工况点下能够获得75%以上的分离效果,并且达到50%分离效率时,油滴颗粒的直径小于1.0μm,从而保证对于不同直径范围的油滴颗粒均具有可靠的分离性能。     

应用正交试验法进行惯性粒子分离器结构优化

采用正交试验的原理和数值模拟方法对某一惯性粒子分离器进行了试验和模拟,研究了惯性粒子分离器结构参数对粒子分离器分离效率以及总压损失的影响。由正交试验设计方法得到了粒子分离器的优化结构,结果表明:与原模型相比,优化后模型气固分离效率有了明显的改善,尤其是对于小粒径颗粒,在进口速度40 m/s的工况下,当粒子直径为20μm时,分离效率由76.5%提升至99.55%;而对于30μm颗粒,则可以实现全部分离的效果,对于其它工况和粒径情况,气固分离效率也有不同程度的提升。     

循环流化床旋风分离器参数优化模拟

为提高循环流化床旋风分离器的分离效率,文章采用计算流体力学（CFD）软件,模拟部分结构参数和操作参数的变化对循环流化床旋风分离器分离效率的影响,并与试验结果相比较,结果表明,模拟结果为旋风分离器的结构参数和操作参数的优化提供了理论依据。     

某发动机曲轴箱油气分离器设计

为改善发动机曲轴箱内窜出的气体,设计一种高分离效率的旋风式分离器。对旋风式油气分离器内部流场和分离性能进行数值模拟,进而优化分离器的结构尺寸。研究了分离器的入口直径、入口管段与水平面夹角和圆柱段长度这3个主要参数对分离效率的影响,进而对分离器结构尺寸进行优化,最后得到分离效率达到90%以上的最佳油气分离器设计方案。     

超临界旋风分离器排气管结构优化数值模拟

为解决某电厂660 MW超临界循环流化床旋风分离器分级效率较低的问题,对旋风分离器排气管入口结构进行优化,将排气管入口改造成渐缩的锥体和渐扩的锥体。利用CFD软件,采用RSM湍流模型和DPM颗粒模型对传统与新型排气管结构的旋风分离器内部流场进行数值模拟,以旋风分离器的分级效率与阻力系数比值比较排气管入口结构的经济性。研究表明:与传统旋风分离器比较,正常运行时,渐缩结构的分级效率提高6.1%,但总压差增加108.83 Pa;渐扩结构的分级效率提高2.6%,总压差减小36.27 Pa;入口流速20 m/s时,渐缩结构旋风分离器最具经济性。     

国六柴油机油气分离器优化设计及试验研究

以6.7 L国六柴油机油气分离器为研究对象,分析其结构特点,并在原有油气分离器结构基础上对其进行优化设计。优化设计后的油气分离器采用计算流体动力学（CFD）有限元分析软件进行稳态压力及流速分析,并结合德国Topas油气分离试验台进行试验验证。结果表明：通过增加滤棉、缩小孔径、增加孔数等优化措施,实现了对油气分离器曲轴箱通风系统窜气机油携带质量流量小于1.0 g/h的设计目标,使其排放达到了国六排放法规要求。     

封闭空间内细水雾去除微细粉尘的影响因素实验研究

为研究细水雾去除悬浮在空气中的微细粉尘的影响因素,自行设计了小型封闭腔体并进行了不同工况条件下的细水雾降尘实验。首先采用阴影法对5种工作压力下的细水雾特性进行了测量表征,在此基础上开展了不同雾化特性细水雾对不同质量浓度PM5粉尘的降尘实验,实验中考虑了喷雾时长为5和10s两种情况,所测试粉尘为面粉;此外,还测试研究了不同粉尘粒径分布对细水雾降尘效果的影响研究。研究结果表明:细水雾对PM5粉尘的降尘效率随粉尘初始质量浓度的增加而提高,但当初始质量浓度增加到一定值后,降尘效率的提高不再明显;细水雾雾滴越细越密,其对PM5粉尘的降尘效率越高;延长细水雾喷雾时长,在一定程度上能够提高细水雾对PM5的降尘效率,且低质量浓度PM5比高质量浓度PM5受喷雾时长影响更大;针对平均粒径相差无几的粉尘,细水雾对粒径分布范围小的粉尘的降尘效率比对粒径分布范围大的粉尘的降尘效率高,预测细水雾降尘效率使用粉尘粒径分布范围比使用平均粒径更准确。     

数值研究生物质焦油在旋风分离器中分离特性

借助CFD软件FLUENT对该工况下旋风分离器内部的气液两相流进行了数值模拟,其中连续相采用雷诺应力湍流模型(RSM),离散焦油液滴采用DPM模型,通过数值模拟得出了旋风分离器内部的静压场、轴向速度场与径向速度场的分布云图、液滴相的轨迹图和焦油液滴的分离与分级效率。数值计算结果表明,对于此结构的旋风分离器,分离器内部整体形成双层流动结构,近壁处径向速度与轴向速度相比较小,同时壁面对焦油液滴具有良好的捕集效果,适合用于生物质燃气焦油液滴的脱除。     

Numerical model validation and prediction of mist/steam cooling in a 180-degree bend tube

To achieve higher efficiency target of the advanced turbine systems, the closed-loop steam cooling scheme is employed to cool the airfoil. It is proven from the experimental results at laboratory working conditions that injecting mist into steam can significantly augment the heat transfer in the turbine blades with several fundamental studies. The mist cooling technique has to be tested at gas turbine working conditions before implementation. Realizing the fact that conducting experiment at gas turbine working condition would be expensive and time consuming, the computational simulation is performed to get a preliminary evaluation on the potential success of mist cooling at gas turbine working conditions. The present investigation aims at validating a CFD model against experimental results in a 180-degree tube bend and applying the model to predict the mist/steam cooling performance at gas turbine working conditions. The results show that the CFD model can predict the wall temperature within 8% of experimental steam-only flow and 16% of mist/steam flow condition. Five turbulence models have been employed and their results are compared. Inclusion of radiation into CFD model causes noticeable increase in accuracy of prediction. The reflect Discrete Phase Model (DPM) wall boundary condition predicts better than the wall-film boundary condition. The CFD simulation identifies that mist impingement over outer wall is the cause for maximum mist cooling enhancement at 45° of bend portion. The computed results also reveal the phenomenon of mist secondary flow interaction at bend portion, adding the mist cooling enhancement at the inner wall. The validated CFD simulation predicts that average of 100% mist cooling enhancement can be achieved by injecting 5% mist at elevated GT working condition.     

Numerical analysis of erosion of the rotor labyrinth seal in a geothermal turbine

Excessive erosion of the labyrinth seal of a 110 MW geothermal turbine has been investigated. This study used computational fluid dynamics (CFD) and aims to identify one cause of erosion and a possible solution for substantially reducing it. The predictions were based upon a numerical calculation using a CFD model of the labyrinth seal with a water/steam flow containing hard solid particles and solved with a commercial CFD code: Fluent V5.0. The results confirmed the existence of flow conditions that play a major role in the rotor labyrinth seal erosion. Afterwards, the flow path was simulated with changes of rotor labyrinth seal geometry, which are indeed feasible of being implemented. The results confirmed that it is possible to reduce the erosion process by approximately 80% by incorporating a steam flow deflector in the fourth stage diaphragm, which changes the steam flow direction in the inlet zone to the rotor labyrinth seal channel, resulting in a reduction in steam volumetric mass flow and hard particle velocity by about 44%.     

进口结构对方形旋风分离器性能影响的数值研究

利用CFD模拟研究了一种具有双矩形进口的方形截面的旋风分离器内部的流动特点,其中气相模型采用了雷诺应力湍流模型（Reynolds stress model,RSM）,颗粒相采用随机轨道模型。计算结果与文献实验数据的对比表明模型具有可靠性。模拟结果表明：在分离器内部的排气管和分离器壁面间的区域为强旋湍流区,靠近分离器壁面和排气管壁面的区域旋流强度较弱;排气管下的分离器内出现了回流;进口结构影响分离器内的旋流分布特点和回流开始位置及湍动能的分布,从而影响了分离效率和阻力,其中倾斜双进口的方形分离器内旋转向下的气流运动区域更大,回流开始位置更低,因此其分离效果更好;进口结构影响分离器内局部湍动能的分布特点和大小,从而决定了分离器的阻力大小;倾斜双进口的方形分离器内的局部湍动能小于对应的垂直单、双进口分离器,因此其阻力系数最小。     

高低齿汽封与蜂窝汽封及孑L式阻尼汽封密封性能的比较

使用商用CFD软件Fluent对高低齿汽封、蜂窝汽封及孔式阻尼汽封进行了三维数值模拟,得到三种汽封在不同压比、轴转速和汽封相对间隙时的密封性能,并将高低齿汽封和蜂窝汽封计算值与试验数据进行了对比．结果表明：高低齿汽封流量系数随压比增大而增大,随转速加快而略有减小,随相对间隙的增大而减小;蜂窝汽封与孔式阻尼汽封的流量系数均随压比增大而减小,随转速加快而略有减小,基本呈直线变化规律,随相对间隙的增大而增大;在相同的条件下,蜂窝汽封的漏汽量比高低齿汽封的漏气量减少10％,而孔式阻尼汽封的漏汽量比蜂窝汽封漏汽量减少6％．     

某船用柴油机滑油进机温度匹配设计方法

以某船用柴油机为例,介绍滑油进机温度匹配设计方法.建立恒温阀芯模型,采用CFD分析方法研究单排恒温阀芯布置、双排恒温阀芯布置及双排迷宫式恒温阀芯布置方案对流量一致性和流量分布的影响.结果表明:双排迷宫式恒温阀芯布置方案符合设计要求.     

一种新型气密封防油雾装置及其应用

针对目前机组防油雾密封问题,介绍了一种新型的气密封防油雾装置,该装置采用机组自身旋转产生的气压对机组的油雾进行有效密封,其主要结构由气密封盖、进气腔、高压进气管道、低压排气管道及冷凝器等组成,并将该装置应用于那邦水电站发电机中。实例应用结果表明,该装置不仅可自动平衡油槽内外的气压,还能有效将油雾进行疏导、收集并净化,且结构简单、成本低廉、便于安装和维护。     

超微燃气透平非接触式密封的三维CFD数值分析

提出将螺旋密封应用于超微燃气透平气体介质密封.采用三维CFD数值计算方法分析了微尺度下无密封齿、迷宫密封和螺旋密封的泄漏规律及流场规律.结果表明:微尺度下迷宫密封最优齿数的存在与进、出口压比和密封间隙有关,而齿形对密封性能的影响没有宏观尺度下明显.在小压比下,密封轴转速对螺旋密封性能的提高明显,其泄漏减少量最高可达19.3%,因此螺旋密封显然优于迷宫密封和无密封齿;在大压比下,螺旋密封与迷宫密封的效果相当,均优于无密封齿.当压比为2时,迷宫密封的泄漏率比无密封齿降低27.1%.