题目：超音涡流管内部流动研究

超音涡流管是一种利用超音分离方法实现气体工质脱水的新型装置，具有体积小、可靠性高及投资和运行成本低的优点。超音分离方法的基本原理是使气体加速到超音速，气体中的水分会凝结成液滴，然后通过使气流高速旋转将液滴与气体分离开来。这个过程中，超音速流动参数的控制和旋流的建立是决定超音涡流管性能的关键因素及难点。本文针对超音涡流管内部旋流流动结构和超音流动工作状态建立开展了数值模拟和实验研究工作，旨在获得对超音涡流管内部基本流动及关键参数影响的深入认识，以便为超音涡流管设计提供重要的支撑数据。本文首先利用理论分析和初步数值计算完成了超音涡流管方案，包括旋流器、喷管和分离段。然后根据试验条件设计加工了不同结构的超音涡流管试验模型，在干空气条件下对旋流器和拉瓦尔喷管组合后的出口旋流流场进行了测量，分析了旋流形成情况。在此基础上，完成优化后的超音涡流管的额定工作状态的实验研究，并进行了旋流、直流对比试验，研究切向速度对流动的影响；最后在额定工作状态下进行湿空气实验，分析了水蒸气对超音涡流管流动状态的影响。为进一步加深认识，本文利用数值模拟对超音涡流管实验模型内部流动进行了分析。通过数值和实验数据的分析，在超音涡流管的流动特性、流动损失影响因素以及超音旋流流动特征等方面得出了有重要意义的结论。