基于数值模拟与风洞试验的旋风分离式集沙仪优化设计

为了解风蚀风沙运动规律,提高旋风分离式集沙仪集沙效率。该文在Fluent平台中建立了旋风分离式集沙仪有限元模型,基于RNG k-ε模型和雷诺应力模型对旋风分离式集沙仪进行数值分析,并对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行风洞试验。通过有限元分析,得到了其内部气相运动规律,观察到集沙仪升气管附近气流强度较大,其内部有"短路流"存在。同时,通过对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行数值模拟,得到结构参数为:筒体直径50 mm;锥体段高度125 mm的旋风分离式集沙仪集沙盒底部具有较小的湍动能和向上轴向速度,其大小分别为0.99 m2/s2和1.48 m/s。另外,分别对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行风洞试验,得到了改变筒体直径与锥体段高度引起集沙盒底部湍流强度的改变,从而对集沙效率有一定影响,相比较筒体直径而言,锥体段高度对集沙效率影响更明显;集沙盒底部湍动能和向上轴向速度较小的集沙仪,集沙效率较高,具有良好的分离性能。结合数值模拟和风洞试验确定了集沙盒底部湍动能、向上轴向速度为目标函数,根据目标函数,优化设计了集沙盒直管的长度,确定了集沙盒直管长16 mm的旋风分离式集沙仪可以降低集沙盒底部湍动能和向上轴向速度,理论上可以提高旋风分离式集沙仪集沙效率。该文研究结果可为进一步提高旋风分离式集沙仪性能提供依据。