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哈尔滨工程大学学报 2017年第11期38卷 1757-1761页

作者：张小彬朱卫兵张碧婷胡亮哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了研究动压式油气分离器的分离与阻力性能,本文基于航空发动机滑油系统实验台,采用量纲分析方法建立了适用于工程应用的4种动压式油气分离器分离特性和2种阻力特性预测模型。误差检验分析和实验结果表明:4种分离特性预测模型的最大误... 详细信息

为了研究动压式油气分离器的分离与阻力性能,本文基于航空发动机滑油系统实验台,采用量纲分析方法建立了适用于工程应用的4种动压式油气分离器分离特性和2种阻力特性预测模型。误差检验分析和实验结果表明:4种分离特性预测模型的最大误差均小于5%,平均误差小于3%,最小二乘法得到的模型精度更高,逐步选择法则更简洁;2种阻力特性预测模型的最大误差均小于5%,平均误差小于2%,前向选择法建立的模型更优;模型适用工况为:滑油流量4.5~7.0 L/min,气液掺混比1∶1。

关键词：实验台动压式油气分离器量纲分析分离特性阻力特性预测模型误差

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航空动压式油气分离器分离性能的实验研究

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推进技术 2016年第5期37卷 852-857页

作者：朱卫兵王冬兰张小彬段安鹏哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001 北京动力机械研究所北京100074

为了研究航空发动机动压式油气分离器的分离性能,采用容积法判别分离效率,并以此为据对结构形式、筒体直径及长度、入口管倾斜角和出气管长度等因素对分离性能的影响进行了研究.结果表明：采用内置式出气管与切向出油管相结合的形式,可... 详细信息

为了研究航空发动机动压式油气分离器的分离性能,采用容积法判别分离效率,并以此为据对结构形式、筒体直径及长度、入口管倾斜角和出气管长度等因素对分离性能的影响进行了研究.结果表明：采用内置式出气管与切向出油管相结合的形式,可使分离性能达到最佳;实验工况范围内,大的筒体直径更易于油气分离;入口管倾斜角存在最佳值,其值在10°~15°;当出气管长度取0.2~0.22倍分离器长度时,分离性能最佳;分离器长度过长会降低分离性能,实验条件下选5倍筒体直径为宜.

关键词：航空发动机动压式油气分离器含气率分离性能

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动压式油气分离器流场分析及分离性能研究

动压式油气分离器流场分析及分离性能研究

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作者：段安鹏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

动压式油气分离器是航空发动机滑油系统的部件之一,对滑油系统的正常运行有着重要意义,其工作原理是采用气液旋流分离技术对内部的气体和液体进行分离。由于其结构形式紧凑、体积小等优点,已经得到了广泛应用。目前,针对石油工业中同样... 详细信息

动压式油气分离器是航空发动机滑油系统的部件之一,对滑油系统的正常运行有着重要意义,其工作原理是采用气液旋流分离技术对内部的气体和液体进行分离。由于其结构形式紧凑、体积小等优点,已经得到了广泛应用。目前,针对石油工业中同样采用气液旋流分离技术的大型油气分离器研究较为完善,但是,由于本文研究的动压式油气分离器在结构尺寸、工作条件等方面有着较大差异,且受多相流理论发展和实验手段的限制,针对动压式油气分离器的理论研究仍不完善。为此,本文采用数值模拟与实验手段相结合的方法,对分离器进行研究。采用三种湍流模型在不同工况下对分离器内流场进行数值模拟,分析了流场中各项速度的分布规律,并将计算结果与实验结果进行对比,得到了最适合计算分离器内部流场的湍流模型。采用容积法对分离器的分离性能进行了实验研究,分析了结构形式对分离性能的影响,结果表明采用内置式出气管和切向出油管形式的分离器分离性能最佳;滑油流量、入口管倾斜角度对分离性能有较大影响。采用群体平衡模型对分离器进行数值模拟,将计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性,并研究了分离器内速度场、压力场、气体体积的分布规律。最后,采用数值模拟的方法在不同工况条件下对分离器的结构形式、滑油黏度及油气比例进行研究,分析了其对分离器内速度场、压力场、气体体积的影响及对分离性能的影响规律。

关键词：航空发动机动压式油气分离器群体平衡模型数值模拟

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动压式油气分离器的流场特性分析及结构优化

动压式油气分离器的流场特性分析及结构优化

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作者：张爽大连理工大学

学位级别：硕士

航空发动机润滑油系统在正常工作状态下混有一定量气体,这会对其安全性造成不利影响。动压式油气分离器是航空发动机润滑油系统中重要的除气部件,然而在特定的油气进口流量及油气体积比时,油气分离达不到满意效果,因此需对其进行优化。... 详细信息

航空发动机润滑油系统在正常工作状态下混有一定量气体,这会对其安全性造成不利影响。动压式油气分离器是航空发动机润滑油系统中重要的除气部件,然而在特定的油气进口流量及油气体积比时,油气分离达不到满意效果,因此需对其进行优化。本文针对航空发动机润滑油系统中的正在使用的小型动压式油气分离器,对其结构简化并对其流体域建立了：螺旋叶片与轴线呈90°初始角度、圆形切向入口的动压式油气分离器三维模型；螺旋叶片与轴线呈45°初始角度、矩形切向入口的动压式油气分离器三维模型;不含螺旋叶片、矩形切向入口的动压式油气分离器三维模型。在数值模拟工作前,因分离器内的强旋流各项异性流场及大油气体积比的特点,选用流体体积模型(VOF)做为本文数值模拟的多相流模型,选用雷诺应力模型(RSM)作为本文数值模拟的湍流模型。在上述工作基础上,利用计算流体力学软件Fluent,对动压式油气分离器的原始模型(螺旋叶片与轴线呈90°初始角度、圆形切向入口)进行了油气两相三维流场模拟,分析了速度场和压力场。进而针对原始模型,对油气体积比7：3、6：4和5：5情况下分离器的流场进行了模拟；对油气进口流量30L/min和50L/min情况下分离器的流场进行了模拟,得出分离器结构需要进行改进的结论在上述数值模拟结果基础上,对于油气体积为1：1与油气流量50L/min的特定工况,对螺旋叶片与轴线呈45。初始角度、矩形切向入口的动压式油气分离器模型与不含螺旋叶片、矩形切向入口的动压式油气分离器模型进行了流场特性分析。模拟结果表明,在油气体积为1：1与油气流量50L/min工况下,螺旋叶片对油气两相分层有影响,矩形切向入口更有利于油气混合在分离器内的旋流运动,不含螺旋叶片的动压式油气分离器的油气两相分离性能好于含螺旋叶片的动压式油气分离器,且入口出口压力降为2516.895Pa,满足航天发动机系统要求。

关键词：动压式油气分离器螺旋叶片矩形切向入口流场特性数值模拟

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动压式油气分离器压力分布的数值研究

动压式油气分离器压力分布的数值研究

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中国航天第三专业信息网第三十九届技术交流会暨第三届空天动力联合会议

作者：杨旭张小彬北京动力机械研究所哈尔滨工程大学

为了探讨航空发动机动压式油气分离器的性能,本文基于群体平衡(PBM)两相流模型,研究了不同流量下分离器内部各截面上的压力分布情况。结果表明:在不同流量下,各个截面的压力分布结构相似;分离器中心区域压力稳定且沿径向逐渐增大,筒壁... 详细信息

为了探讨航空发动机动压式油气分离器的性能,本文基于群体平衡(PBM)两相流模型,研究了不同流量下分离器内部各截面上的压力分布情况。结果表明:在不同流量下,各个截面的压力分布结构相似;分离器中心区域压力稳定且沿径向逐渐增大,筒壁压力值最高,在近壁面处压力梯度较大;造成分离器内部压力降低的主要因素为筒体内部的摩擦损失、旋转耗散和出气管的突缩结构。

关键词：动压式油气分离器群体平衡模型压力分布

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航空动压式油气分离器流场特性分析

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现代机械 2023年第3期 26-30页

作者：任祺孔祥伟王丹中国飞行试验研究院测试所陕西西安710089

动压式油气分离器因为其结构简单、可以内置于航空发动机内部等优点,广泛应用于航空航天领域中。因为两相流动过程中气泡或液滴的碰撞、破碎、聚合等行为非常复杂,使用Fluent软件探究动压式油气分离器流场特性以及分离机理,采用容积法... 详细信息

动压式油气分离器因为其结构简单、可以内置于航空发动机内部等优点,广泛应用于航空航天领域中。因为两相流动过程中气泡或液滴的碰撞、破碎、聚合等行为非常复杂,使用Fluent软件探究动压式油气分离器流场特性以及分离机理,采用容积法测量分离器分离效率,通过液体含气率和气体含气率的测定,表征了分离器性能的变化情况。借助物理模型的建立,考虑航空滑油粘度及马赫数影响,计算了动压式油气分离器内部流场,获得分离器内部流场各个截面的切向速度、轴向速度以及内部流场的分布规律,为后续其结构改进优化提供了支撑。

关键词：动压式油气分离器数值模拟速度场流动规律

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发动机动压式油气分离器结构优化与分离性能的研究

发动机动压式油气分离器结构优化与分离性能的研究

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中国航天第三专业信息网第四十届技术交流会暨第四届空天动力联合会议

作者：田强刘振侠胡剑平西北工业大学动力与能源学院

航空发动机系统中滑油在流过齿轮箱等部件时不可避免地混入空气,空气的混入通常会减小换热的效率,同时减弱滑油的冷却和润滑效果,因此现代航空发动机滑油系统通常会设计一个油气分离器用于分离滑油和空气,多采用动压式油气分离器,即利... 详细信息

航空发动机系统中滑油在流过齿轮箱等部件时不可避免地混入空气,空气的混入通常会减小换热的效率,同时减弱滑油的冷却和润滑效果,因此现代航空发动机滑油系统通常会设计一个油气分离器用于分离滑油和空气,多采用动压式油气分离器,即利用离心产生的动压分离密度相差较大的滑油和空气。目前国内外对于动压式油气分离器相关方面的研究还不多,因此本文采用CFD方法对新型动压式油气分离器结构优化和分离效率进行了研究。动压式油气分离器的内部流场非常复杂,涉及到的理论有三维强旋湍流流动、气液两相流动,为探索其油气两相分离的过程和分离后的状态,文章利用CFD方法对带有旋流板的优化结构和传统动压式油气分离器结构进行对比研究,采用VOF模型描述油气两相界面,并选择标准k-ε湍流模型模拟湍流流场,并将计算流场与相关实验结果做对比,分析得到可靠的计算结果,并进一步优化分离器结构。文章首先分析油气比的影响,在一定油气比范围内,带有旋流板的优化结构S2的分离效率更高,但油气比在1.5到2内变化时,优化结构S2和传统结构S1分离效率几乎相等,不必设置旋流板结构;同时分别改变动压式油气分离器的锥角、筒体直径、进口面积,分析其内部流场并比较分离性能的优劣,得到相应结论,可以适当增大分离器锥角、增大分离器直径或保证进口流道与分离器筒体相切的前提下,适当增大分离器进口面积均可以提高分离效率,为其结构优化设计提供可靠参考和数据支持。

关键词：动压式油气分离器两相流油气比结构优化分离效率

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动压式油气分离试验装置设计及结构特征对分离效率的影响

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热能动力工程 2025年第05期 41-48页

作者：杨继申邢健贾兴运程会川张志红熊德明北京化工大学机电工程学院中国航空发动机研究院重庆德马高速装备工程研究院有限公司

为实现航空发动机拟实工况下动压式油气分离器分离效率测试，攻克油气分离器两相流动计算仿真准确性无法验证的难题，以某型动压式油气分离器为研究对象，设计了真实发动机运转工况下的油气分离器分离效率测试方案，搭建了动压式油气分... 详细信息

为实现航空发动机拟实工况下动压式油气分离器分离效率测试，攻克油气分离器两相流动计算仿真准确性无法验证的难题，以某型动压式油气分离器为研究对象，设计了真实发动机运转工况下的油气分离器分离效率测试方案，搭建了动压式油气分离器分离效率与流阻效率测试装置，并基于数值仿真计算方法与试验测试开展了不同分离器关键结构对分离效率影响规律研究，探究了排料斗几何形状、筒体长度、挡板深度等因素对动压式油气分离器分离效率的影响。研究结果表明：相较于传统分离器，双层方进口分离器的滑油分离效率ηc和空气分离效率ηd分别提升了5%和17%,油气质量分离效率ηe提高了50%。

关键词：动压式油气分离器分离效率仿真计算双层方进口分离器结构

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基于格子Boltzmann方法的分离器旋流及液滴动力学研究

基于格子Boltzmann方法的分离器旋流及液滴动力学研究

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作者：胡亮哈尔滨工程大学

学位级别：博士

动压式油气分离器是航空发动机润滑系统最常用的除气装置之一,具有结构简单、空间占比小、运行成本低等优点。实际工作过程中,分离器流场复杂,存在三维强旋湍流、两相界面破碎迁移等流体力学基本问题。从介观层面出发,深入研究其中涉及... 详细信息

动压式油气分离器是航空发动机润滑系统最常用的除气装置之一,具有结构简单、空间占比小、运行成本低等优点。实际工作过程中,分离器流场复杂,存在三维强旋湍流、两相界面破碎迁移等流体力学基本问题。从介观层面出发,深入研究其中涉及的基本物理问题对提升分离器性能具有重要意义。首先,基于格子Boltzmann方法的介观尺度优势,对单相旋流问题进行研究,探讨格子Boltzmann方法对分离器旋流问题模拟的适用性;其次,将大密度比多组分伪势模型应用到液滴碰撞问题研究中,分析不同因素对液滴碰撞过程的影响;然后,充分考虑流固之间的相互作用,提出了稳定性更好的大密度比多组分伪势模型,并对液滴沿固壁迁移过程进行模拟研究;最后,基于改进多组分伪势模型,研究不同因素对液滴撞击液膜过程的影响。研究得出:格子Boltzmann方法能够捕捉到分离器流场二次回流及旋进涡核现象;同时,模拟得到的平均轴向速度和平均切向速度分布与实验结果基本吻合。在模拟液滴碰撞过程中,通过改变We数及碰撞参数B,得到了研究范围内的液滴碰撞结果分布图,发现当碰撞参数B—定时,存在一个临界We数使得液滴碰撞发生分离;减小直径比(即增加大液滴直径)对液滴分离破碎过程有抑制作用。在多组分伪势模型中充分考虑流固之间的相互作用,改进模型可得到10°到180°范围的接触角,模拟两相流的密度比大于1200,同时最大虚假速度(0.016)小于文献结果(0.033);在液滴迁移过程模拟中发现,液固作用强度、液体表面张力、重力加速度及液滴半径增大均会对液滴下滑过程起到促进作用;随着相对障碍物高度增加,液滴经过障碍物后位置逐渐向右偏移,同时,相对障碍物宽度增加会阻碍液滴迁移过程。液滴撞击液膜过程模拟可以看出,水花相对高度及相对半径均随Re数增大而增大;随着We数增大,液滴撞击液膜后水花相对高度逐渐增大,水花相对半径逐渐减小;随重力加速度的增大,水花相对半径基本保持不变,而相对高度呈减小趋势;当相对液膜厚度0.3≤H*≤0.9时,水花相对高度和相对半径均随液膜厚度的增大而减小,但H*=0.1时,水花相对高度及相对半径与其他工况结果存在明显差异。在液滴撞击移动液膜过程中,移动液膜对上游水花在高度方向上有促进作用,但会抑制下游水花在高度方向上的发展;移动液膜会抑制上游水花的铺展过程,但会促进下游水花的铺展过程;通过偏差分析可知,移动液膜对下游水花的影响较上游大;增加相对液膜厚度会削弱液膜移动速度对水花相对高度的作用,但会增强液膜移动速度对水花相对半径的影响。随着相对凹槽宽度增加,水花相对高度出现先增后减的趋势,水花相对半径逐渐减小;随着相对凹槽高度增加,水花相对高度及相对半径均减小。增加分离器气体出口的流道宽度,可以有效抑制流道堵塞现象,但壁面对液滴的捕获作用相对减弱,从而出现液滴逃逸现象。

关键词：动压式油气分离器格子Boltzmann方法旋流液滴碰撞液滴迁移液滴撞击液膜

来源：评论

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高低温混合稀油润滑系统换热与油气分离技术研究

高低温混合稀油润滑系统换热与油气分离技术研究

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作者：郭慧强西安理工大学

学位级别：硕士

航空发动机、燃气轮机内密封件与轴承的开发进行高空实验成本非常高,通常需要借助于地面台架试验进行。在进行地面台架试验中,为了更好的模拟航空发动机复杂工作环境下其滑油系统的工作状态,对润滑系统提出了高低温供油的特殊要求。现... 详细信息

航空发动机、燃气轮机内密封件与轴承的开发进行高空实验成本非常高,通常需要借助于地面台架试验进行。在进行地面台架试验中,为了更好的模拟航空发动机复杂工作环境下其滑油系统的工作状态,对润滑系统提出了高低温供油的特殊要求。现有的稀油润滑系统不能同时实现高低温供油,且未解决滑油在使用过程中与空气大量接触导致滑油中存在大量气泡的问题,本文主要针对这两个问题对稀油润滑系统进行改进,重点研究板式换热器换热性能、研究用于给跑道润滑的高温油气混合液除气的动压式油气分离器的分离性能及研究用于给轴承腔润滑的低温油气混合液除气的离心式油气分离器的分离性能。本文的主要研究内容及结论如下:(1)根据航空发动机地面台架试验对稀油润滑系统的特殊使用要求,对传统稀油润滑系统进行改进,设计出一套可以同时给多个待润滑点高低温供油的稀油润滑系统,并分别在高低温回油系统中增设动压式油气分离器及离心式油气分离器,用来解决循环使用的滑油中存在气泡的问题,并完成重要零部件(油箱、油泵、动压式油气分离器、离心式油气分离器、换热器)的选型计算及三维建模和润滑系统整体装配。(2)通过建立板式换热器有限元分析模型,研究了换热器的换热性能;之后通过实验与仿真模拟的手段研究了换热器不同入油口温度条件下的换热性能,对比仿真与实验得到的结果,引入一个修正系数λ,验证了该有限元分析方法的合理性。研究表明:引入修正系数后仿真与实验得到的出油口温度值呈现良好的一致性,误差仅为2%,并得到λ的值为0.87,后续可以通过该有限元分析方法对板式换热器进行选型计算。(3)通过FLUENT对上文选取的动压式油气分离器的分离性能进行分析,从切向速度分布、轴向速度分布、压力分布、气体体积分布和分离效率五个方面验证了动压式油气分离器结构及数值模拟的合理性,通过6因素5水平的正交试验,研究了各工况与结构参数对分离器分离性能的影响,研究表明:该动压式油气分离器在入口混合液流速取21m/s,出气管直径取30mm,筒体直径取80mm,筒体长度取350mm、出气管长度取100mm,入口倾斜角度取10°时分离器分离效率达到最优,分离效率为94.2%。(4)通过FLUENT对上文选取的离心式油气分离器的分离性能进行分析,从分离器内压力分布、气体体积分布及分离效率三方面验证了离心式油气分离器结构及数值模拟的合理性,并研究了转子转速、气泡直径、叶片个数及混合液入口流速对离心式油气分离器分离性能的影响,为分离器的选型提供参考。研究得出:转子转速的增大有利于实现油气两相的分离,当转速达到26000r/min时提高提升转速来提高分离效率收益较小;气泡直径越大,分离性能越好;叶片个数为4-5个时分离性能较好;随着混合液入口流速的增大,分离器的分离效率先增大再减小,在0.4m/s时性能最好。

关键词：稀油润滑系统换热分析动压式油气分离器数值模拟离心式油气分离器

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