张发年，于延凯，曹钧凯，林 扬

（中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 100016）

1 引言

现有自主水下机器人的动力源种类包括电池、燃料电池、热动力装置和核动力装置，其中柴油机能以较高的效率将热能转变为电能是很有发展前途的海洋机器人动力源[1]。进排气系统是海洋机器人高海况适应性的关键技术之一，高海况下进排气管被海水淹没时有发生。某油电混合动力海洋机器人进气管路安装有进气集水箱[2]，该进气集水箱采用重力沉降原理分离意外进水，但试验中发现该进气集水箱在热机功率提升后，箱内积水随气流发生喷溅，造成舱内电器设备短路损坏。

积水喷溅和水气分离均为气液两相流动[3-4]。根据流体数值计算软件CFX中的多相流模型，对积水喷溅和水气分离的气液两相流进行模拟，分析原进气集水箱发生积水喷溅的原因，设计了新进气集水箱，并对新进气集水箱进行试验研究，验证了仿真模型的真确性。

2 原进气集水箱仿真分析

2.1 原进气集水箱结构及工况

为原进气集水箱结构图，如图1所示。其水气分离原理为重力沉降式，意外进入的海水在重力作用下沉降于集水区，而空气从出气口流出，中间隔板距水箱底部约2/3，遮挡进气口投影面积约1/3，中间隔板用于避免积水受海浪摇晃，同时减缓空气对积水的扰动。以柴油机满功率运行时进气量为研究工况，空气流速为20m/s，进气量为0.6kg/s；空气和海水（参考黄海海域）的密度分别为ρg=1.185kg/m3、ρl=1023.087kg/m3；……