针对目前风洞中广泛应用的过滤网颗粒分离器存在易堵塞、压损大的缺点,本文将撞击式惯性气固分离器应用于风洞中含尘气流的净化,并进行实验和数值模拟研究。实验研究中,先采用颗粒轨迹成像法,结合数字图像处理技术来记录颗粒在气固分离器内的运动轨迹,分析了气固分离器内颗粒的运动特性;接着对分离器内气动特性进行了研究,获得分离器结构的压力损失、废气流量以及分离器出口气流的均匀性等。数值模拟采用Fluent软件,先对影响颗粒分离效率的参数进行了正交模拟研究,获得各参数对颗粒分离效率影响的主次顺序;接着采用控制变量法对气固分离器内颗粒直径为10～200μm,颗粒密度为3200kg/m3的颗粒分离特性随结构参数及入口主流速度的变化而变化的情况进行了研究并获得相应的变化规律;最后对颗粒自身参数对颗粒分离效率的影响进行了研究并获得相应的变化规律。通过理论分析、实验及数值模拟研究,可以得出以下结论:(1)基于正交设计的颗粒分离效果影响因素模拟研究影响颗粒分离效果的各参数的主次顺序为:颗粒粒径>分离齿角>来流速度>球形度>头部锥角>颗粒密度。正交分析结果表明颗粒自身参数对分离效果的影响是显著的,因此不仅要研究分离器结构参数及来流速度对颗粒分离的影响,还要研究颗粒自身参数对颗粒分离的影响。(2)分离器结构参数及来流速度对颗粒运动分离特性的影响规律气固分离器的分离效率随着头部锥角的增大先增加后减小;随着分离齿角的增大而增加,当分离齿角为70°时分离效率甚至接近100%,然而分离齿角越大,颗粒分离器越趋向于细长,会影响分离器的强度结构。颗粒分离效率随来流速度的增加先缓慢升高后逐渐降低。分离器压降损失随结构参数变化而变化的幅度很小,但随着来流速度的增加,压损迅速增大,当主流速度为150m/s时,分离器的压降达到来流总压的53%,但废气流量损失一直保持在10%以内。马格努斯升力对颗粒重力的影响主要体现在头部锥体附近的颗粒,此处颗粒的马格努斯升力与重力大小相当,可将重力对颗粒运动的影响基本抵消。在分离器出口处存在较大的径向速度梯度,当距离达到分离器出口约8倍直径处,流场已经均匀。(3)颗粒自身参数对颗粒运动分离特性的影响规律颗粒密度对颗粒分离效率的影响:2kg/m3的颗粒分离效果不明显;当颗粒密度由500kg/m3逐渐增加到6000 kg/m3时,1μm小颗粒的分离效率随着密度的增加而增加,50～500μm的颗粒分离效率随着密度的增加而减小。颗粒粒径对颗粒分离效率的影响:1μm颗粒分离效果很不明显;当颗粒粒径由20μm逐渐增加到500μm时,2kg/m3的颗粒的分离效率随着粒径的增加逐渐增加,500～6000 kg/m3的颗粒的分离效率随着粒径的增加逐渐减小。颗粒球形度对颗粒分离效率的影响:1μm小颗粒的分离效率随球形度的增加逐渐增加,但增加幅度很小,分离效果不明显;50～500μn颗粒的分离效率随着球形度的增加而减小,而且颗粒粒径越大,球形度对颗粒分离效率的影响越显著。(4)对于某高超声速风洞中密度为3200kg/m3、粒径范围为10～2000μm的颗粒,要达到80%及以上的分离效率、20%以内的压损和废气流量比例,保证实验段气流流场的均匀性,需要同时满足以下条件:分离齿角为60°～70°;头部锥角为30°～45°;主流速度25～60m/s;废气出口压力为-50～0kPa;净气流出口处要设计8倍直径的管长。