燃气轮机对其进气品质要求极高,吸入空气中含有的杂质不仅会造成燃气轮机功率的下降,甚至还会损坏其中的部件。船用燃气轮机是在恶劣的海洋大气环境中运行的,为了保证进气品质,使用滤清装置对海洋大气中含有的固体颗粒以及盐雾气溶胶等杂质进行滤除是十分有必要的。惯性级气水分离器常常安装于船用进气道中,用于过滤气流中的细小液滴和盐雾气溶胶等杂质。本文从传统惯性级叶片的叶型出发,针对阻力特性对其进行流线型优化,得到了一种流线型惯性级叶片的结构。应用数值模拟和试验验证相结合的方式对其进行气动及分离性能的研究。本文的主要研究内容如下:1.针对已有试验数据的传统惯性级叶片进行不同数值模拟因素水平的正交试验设计。选取合适的压力速度耦合算法、湍流模型、压力插分格式和离散格式4个因素的不同水平进行研究。考虑其因素间的交互关系,将数值模拟结果与试验结果进行对比,得出最佳数值模拟方案的因素水平组合方式,其与试验结果平均误差为5.70%,为流线型惯性级叶片的数值模拟奠定基础。2.对传统惯性级叶片进行流线型优化,得到流线型惯性级叶片结构。以最佳数值模拟方案的方法研究其内部流场特征及规律;针对不同叶片间距的流线型惯性级分离器进行详细研究,得出流线型惯性级叶片阻力极小值的叶片间距;并对其叶片参数无量纲化,研究得出阻力极小值的无量纲间距为0.37。3.以欧拉-拉格朗日方法研究了惯性级分离器内部两相分离流动。研究了不同颗粒粒径和进口速度对分离效率的影响;针对不同叶片间距的惯性级分离效率,采用了符合实际颗粒粒径分布的Rosin-Rammler分布对其进行研究;在此基础上使用了欧拉壁面液膜模型对惯性级叶片上液膜的分布进行研究,得到液膜集中分布在疏水槽前端叶片壁面上。4.利用3D打印技术制作流线型惯性级叶片试验件法兰,进行各试验件的性能试验。在不同环境压力、温度下进行不同叶片间距的惯性级气水分离器阻力特性的测量,对试验结果进行归一化处理,验证了数值模拟的准确性和可预测性。自编程序计算了液滴在空气中的蒸发对粒径的影响,并据此使用PDA对两种惯性级叶片进出口气溶胶滴谱特性进行测量用于评估分离效率。本文通过试验数据与带交互作用的正交试验法相结合得出惯性级气水分离器最佳数值模拟方案,并以此方案计算经流线型优化后的流线型惯性级叶片,得到了阻力极小值的无量纲间距。分析了影响分离效率的因素,在此基础上制作流线型惯性级叶片试验件进行性能试验,并对数值模拟结果进行验证,验证得出流线型叶型较传统惯性级叶片分离器综合性能有明显提升,得到了一种低阻高效的惯性级叶片结构。