船舶燃气轮机进气系统中过滤装置数值模型化处理方法研究

为了研究船舶燃气轮机进气系统中,过滤装置数值模型化处理方法的模拟精度及其适用性,针对一种双通道船舶燃气轮机进气系统,分别采用Fan边界和多孔介质模型方法对过滤装置(百叶窗、滤清器)的复杂结构进行处理,开展进气系统内流场特性的详细数值计算研究。结果表明:进气系统大部分总压损失源于燃烧空气滤清器产生的总压损失和竖井中的流动损失;与Fan边界相比,多孔介质模型方法能够获得更贴合实际的进气系统流场,对系统总压损失的预测更具可靠性;两种方法计算出的进气系统流动损失相差不超过10%;使用Fan边界需保证过滤装置不产生明显的整流作用,且压力损失实验数据完备,而选用多孔介质模型需要已知过滤装置阻力系数、孔隙率等物理参数。

船舶燃气轮机进气系统惯性级滤清器叶片优化设计

惯性级滤清器性能是影响船舶燃气轮机进气系统出口流场品质的重要因素,也在一定程度上决定了船舶的动力水平。本文采用气-液两相流数值模拟方法,以低总压损失和高过滤效率为共同目标,结合试验设计方法,分别构建了总压损失、过滤效率与叶片几何参数间的响应面方程,并采用多目标遗传优化算法对惯性级滤清器叶片参数进行优化设计。结果表明:优化后的惯性级滤清器在所研究速度条件下均以更小的总压损失实现了更高的过滤效率。2 m/s的速度方案下,优化后的总压损失减少了16.98%,过滤效率提升37.61%;7 m/s的速度方案下,优化后的总压损失减少16.7%,而过滤效率提升20.83%;流速高时应选用叶片间距更小、坡度更低、叶片越长的滤清器;而低流速应该改用间距更大、长度更短、坡度更高的惯性级滤清器叶片。优化后的滤清器叶片结构既减小了叶片背风区的分离,使总压损失减小,也增加了液体颗粒与叶片的接触而提升了过滤效率,从而提高了滤清器的整体性能。