超音速天然气绕三角翼旋流的数值仿真

摘要

从井口采出的天然气中常常含有天然气液烃和水,在一定的压力和温度下,天然气液烃和水以汽态形式存在于天然气中.天然气中水分的存在,对于含有H2S、CO2等酸性物质的天然气,会形成腐蚀性液体,造成管道和设备的腐蚀.因此,必须将天然气中的水分脱除.目前将天然气中的气态水和烃类物质分离脱出的方法有固体吸附法、溶剂吸附法、低温分离法等.这些技术方法都是传统使用的方法,其共同点是工艺技术较复杂,运行维护费用较高.本文将超音速分离技术引入天然气脱水工艺,首先在超音速喷管中使流速加快、温度快速下降致使饱和水凝结成液滴从气流中分离出来.再通过超音速翼在流道中产生旋涡流动,将原先较高的轴向流速中一部分转变成切向速度,从而将附着在管内壁上的凝结水滴甩出,达到脱水的目的.本文结合气体动力学、热力学、流体力学等基础理论,在建立数学模型的基础上,采用数值仿真的方法,分析了不同攻角、不同截面的流场分布,仿真结果表明用三角翼在10°攻角、0.29°扩张管道时,流体产生了足够的切向旋流和离心力,这为装置的设计和制造提供了理论依据。