动压式油气分离器是小型航空发动机滑油系统中的重要部件,是一种利用离心力对油气混合物进行分离的装置,具有结构简单、空间紧凑、效率相对较高等优点,对其性能的研究是国内外的前沿问题之一。因分离器内部为三维强旋湍流,伴随着气液两相分离,涉及到气泡的破碎、铺展与聚合等复杂的流动过程,对其流动机理和性能分析的研究相当困难,尚未从整体上提出描述分离器性能的数学模型。本文结合动压式油气分离器的工作原理和工作条件,采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法对分离器性能进行系统的研究。首先,设计并搭建了小型动压式油气分离器性能测试实验系统,对4种不同结构形式实验模型进行了系统研究,通过对所得实验数据的整理和分析,给出了最佳结构组合形式;论文提出容积法测量分离效率,分析了筒体直径、筒体长度、入口倾斜角和出气管长度等因素对分离器性能的影响规律。研究结果表明:内嵌式出气管与切向出油管相结合的结构形式可获得较优的分离性能;入口倾斜角、长径比、出气管长度和直径均存在最佳取值,可使分离器性能最优。其次,采用理论分析的方法建立了动压式油气分离器内的气泡运动轨迹模型,分析了流量、切向速度和筒体直径对分离性能的影响规律。研究结果表明:进口处滑油切向速度的增大有助于提高分离性能,但当其增大到一定程度时,分离性能提高速度减缓;当平均轴向速度较小时,流量增加对离心力的影响大于对气泡停留时间的影响,分离效率随滑油流量的增大而升高,但当平均轴向速度较大时,流量的影响则相反;在一定流量范围内确定了分离性能最优时的筒体直径。再次,利用数值模拟手段对动压式油气分离器内的两相流场进行了详细研究,分析了3种工况参数和6种结构参数对动压式油气分离器性能的影响。研究结果表明:分离器内部存在多处局部二次流现象,滑油流量不影响分离器流场结构;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;随着温度的升高,分离器筒底循环流由单涡结构逐渐转变为双涡结构,分离性能增强;随着油气比的增大,分离器筒底循环流由双涡结构逐渐裂变为三涡结构,内部旋转加强,气芯柱范围减小,分离效率明显改善;存在最佳的结构参数使得分离器的性能最优。最后,基于量纲分析原理建立了动压式油气分离器的分离效率与阻力预测数学模型,分析了多元非线性拟合误差,并与实验数据对比验证了模型的准确性,研究表明本文建立的分离效率与阻力模型可在一定范围内准确预测动压式油气分离器的分离与阻力性能。