基于多孔介质模型的过滤器分析

岳守体，崔本廷，俞瑞利，梁 瑞，周文海

（1.太原卫星发射中心，山西 太原 030027；2.兰州理工大学石油化工学院，甘肃 兰州 730050）

航天发射试验是一项高科技、高投入、高风险的任务。供气系统作为发射场地面设备的重要组成部分，其良好的稳定性、可靠性是确保试验任务成功的重要保障。管道中的粉尘、铁屑等固体杂质颗粒随气流运动会磨损压缩机、管道和仪表等，导致其损伤、破坏，影响输气正常运行，因此必须严格控制多余物和检查洁净度。一般在泵、压缩机等设备入口的管道上安装过滤器来过滤固体杂质，以保证设备能正常运转。国内外对过滤器的研究较多，对过滤器流场的数值模拟大多基于内部结构复杂的多孔介质模型，如Darcy 模型以及该模型的改进形式[1-5]。这种模型无须对流体和固体区域进行区分，采用体积平均法处理方程。对于温度场的计算，大多采用局部不平衡模型[6-7]。Fotovati 等建立了一个宏观模型来模拟深褶过滤器的瞬时采集效率和压降，分析粉尘负荷对褶皱过滤器压降的影响[8-9]。Nassehi 等[10]结合单孔或多孔流动的有限元建模，通过褶筒流场模拟过滤器的性能。吴利瑞等[11]分析了滤筒的直径、褶间夹角、褶数和褶高之间的关系。巴鹏等利用理论分析方法建立滤芯结构参数和阻力之间的数学模型，然后根据计算获得的经验公式拟合出了褶间夹角与褶高阻力的关系曲面图[12-13]。

管道过滤器作为重要的管路部件，其安全性、可靠性对地面供气系统有非常重要的影响，过滤器滤网又是重中之重。……