基于FLUENT的机载气溶胶等速采样头的设计及其性能模拟

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等速采样头是实现气溶胶代表性采样的关键部分。本文基于计算流体动力学(CFD)数值计算模拟研究方法,设计了一种带有扩散道和导流罩的气溶胶等速采样头,比较了速度、颗粒密度等因素对气溶胶颗粒通过采样头效率的影响。  在ICEM CFD中构建几何模型并进行网格划分,使用非结构化的网格划分策略得到质量较高的计算网格。通过数值模拟方法可以得到采样头结构参数对流体运动状况的影响,为采样头的设计提供理论依据。对连续相的处理使用标准k-ε模型,对颗粒相的处理使用拉格朗日模型。  对数值模拟的结果进行分析,最终设计的采样头结构参数为:扩散道的半扩容角为3.5°,弯曲半径为300 mm,导流罩内径为70 mm,导流罩的有效长度为70 mm,导流罩的总体长度为140 mm。  对气溶胶颗粒通过采样头的轨迹进行数值计算,得到以下结论:速度对颗粒的通过效率产生明显影响,在小粒径范围(1-4μm)内,流速越高颗粒通过采样头的效率越高,在大粒径范围(5-10μm),流速越高颗粒的通过效率越低;密度影响颗粒的通过效率,粒径在4岬以下时,密度越大颗粒的通过效率越高,粒径在5μm以上时,密度越大颗粒的通过效率越低,对于同一种密度的颗粒而言,随粒径的增大通过采样头的效率先增大而后减小;重力对不同粒径的颗粒的通过效率影响不同,对于粒径小于4μm的颗粒而言,重力沉降的影响很小,粒径越大,颗粒所受到的重力沉降的影响越明显。  
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