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波分离器(GWS, Gas Wave Separator)是一种新型的含湿气体冷凝分离设备,通过深度膨胀气波制冷机(OE-GWR, Over-Expanded Gas Wave Refrigerator)对来流气体进行冷凝,再通过旋流分离增压器(CSS, Cyclone Separation Supercharger)对混合物进行分离和增压,整个系统为一个二元的操作流程。设计并加工了首代波分离器,并针对OE-GWR的制冷性能及CSS的增压、分离性能分别做了大量的数值模拟和实验研究,主要工作如下：(1)基于激波管内气体波动学理论,绘制了实现深度膨胀气波制冷的理论波图,同时用C语言编写了用于确定端口尺寸的程序。实现深度膨胀气波制冷循环需要外接动力源项。(2)利用Gambit、FLUENT等流体分析软件对OE-GWR进行了整机二维数值模拟,详细分析了设备内部的流场分布,分析了转子内部流场的气体波动规律和接触面的运行规律,并利用数值模拟结果与理论波图进行了对比,从数值模拟的角度证实了理论波图的可行性。利用整机二维数值模拟分析了CSS的升压值的变化对转子内部波图分布的影响,以及对制冷效率的影响。结果表明,总压比、设备结构参数、转速与CSS升压值存在最优匹配关系,且在此关系下,OE-GWR制冷性能最优。(3)建立了波分离器纯制冷系统的实验流程,实验研究了进出口喷嘴偏距、设备转速、总压比、高压射气喷嘴板密封段固壁宽度对制冷性能的影响。实验表明,以上各因素之间存在最优匹配关系,使制冷效率、压缩效率及宏观总效率达到最优值。(4)对CSS进行了整机三维数值模拟,详尽分析了设备内部压力、速度分布及湍动特性,证实了设备设计的合理性。利用整机模拟分析了旋流叶轮外径变化对设备内部流场的影响,对比结果表明,适当选取旋流叶轮外径可以提高CSS综合性能。(5)建立了CSS的单体操作实验平台,做了如下研究：实验研究了无旋流叶轮影响下的单体风机增压性能,并绘制了其性能曲线；实验研究了转速、出口阀门开度对单增压级的综合性能的影响；实验研究了旋流叶轮的加入对风机的增压性能的影响；实验研究了转速对CSS分离性能的影响。结果表明CSS可以达到预计的增压和分离效果。