中文摘要：

油气分离器效率是保证喷油压缩机及制冷系统经济性和可靠性的关键技术之一。对油气分离过程及分离机理的深入研究是设计高效油气分离器的重要途径，而解析油气分离过程的关键是了解油滴空间分布特征及动力学特性对油气两相分离过程的影响规律。本项目拟在理论上对油气分离器内复杂湍流流场中的油滴进行受力分析，同时采用激光全息法试验研究油滴在分离过程中的碰撞、破碎、聚合等综合力学特性，建立油气两相分离动力学模型；以此为基础，对油气分离器内复杂湍流流场结构和油滴运动轨迹进行详细数值模拟，全面揭示油气两相分离机理，建立能够合理描述油气两相流动及分离规律的两相流数值模拟模型。同时改装现有油分性能试验台，测量不同工况下的实际分离效率以验证理论模型，揭示分离器型式等结构参数以及运行工况参数对油气分离效率影响的规律，并以此为核心提出设计高效油气分离器的理论方法。上述研究，能够拓展两相流模拟模型在油气分离领域的进一步实际应用。

结论摘要：

油气分离器对于应用极为广泛的喷油压缩机系统来说，其性能不仅直接影响压缩机排气品质，对于整个系统运行的经济性和可靠性也是至关重要的，而设计高效的油气分离器离不开对油气两相分离过程及分离机理的深入研究。本项目建立了油气分离器内油气两相流动数值模拟模型，对分离器内复杂的三维湍流流场结构进行了全面分析，对比研究了不同湍流模型对气相流场结构和油滴运动的影响。建立了考虑在气相流场中油滴破碎碰撞综合行为的油滴动力学模型，模拟分析了油滴破碎对油滴分离过程及分离效率的影响。改造了已有喷油压缩机系统油分性能试验台，采用马尔文激光粒度仪测量了油分离器进出口油滴粒径分布特征，以此给定了两相模型中油滴相边界条件，试验结果对模拟模型进行了验证和改进。在改造的试验台上，对不同结构型式油气分离器在不同结构参数和运行参数下的分离性能进行了大量对比分析，总结了分离效率与不同影响因素间的变化规律。数值模拟和实验研究结果表明，旋风式油气分离器内高速旋转的三维湍流流场使油滴在分离过程中出现不同程度的破碎，入口速度高时破碎生成的子液滴小，同时降低了分离效率，考虑液滴破碎的两相模型结果与实验吻合良好。分离器结构参数和入口流速存在最佳组合，在分离空间比为0.88左右，使得分离器效率最佳。旋风结构分离器内筒高度对分离器内气流流场分布的切向速度影响显著，高度进一步增大会破坏涡结构而降低分离效率，这一结论对设计高效旋风油气分离器提供了重要指导。本项目研究结果加深了对油气两相分离过程的认识，提供了高效油气分离器实际设计中的理论依据。