可调式气液分离器的流场特性研究及优化

摘要

近年来，随着石油的储量的下降和使用成本的增加，天然气被越来越广泛的应用于人们的日常生活中。天然气的储存和运输成为天然气工业中一个重要环节，新开采的天然气中含有大量的水蒸气，故为了防止天然气中生成的水合物堵塞阀门并腐蚀天然气储运设备，天然气的脱水技术就成为天然气工业中的一个关键技术。传统的天然气脱水技术存在处理量小，设备占用空间大，投资大等缺点。超音速分离管设备简单，占地面积小，重量轻，无需外部供给动力能源等特点。本文的主要内容有如下: （一）完成喷管的结构设计，并根据热力学的方法通过理论计算得到喷管喉部，出口的压力和速度;对喷管进行几何建模，用FLUENT软件对其进行数值模拟，并与理论计算结果相对比，模拟的结果与理论结果基本一致。 （二）根据实际情况选择合适分离段、扩压段设计方法，利用FLUENT软件对整个喷管内的湍流模型进行数值模拟，并通过改变分离管的几何模型来分析不同的参数对其分离性能的影响。结果表明，旋流段锥角、扩压段锥角、喷管扩张段长度对分离性能影响较大。 （三）本文在现有的超音速分离技术的基础上，研究组合可调式超音速气液分离器。完成对可调式气液分离器的工艺流程的初步设计，并对其进行三维几何建模，然后通过数值模拟来分析该技术的可行性。通过对模拟结果进行分析可知，该技术在理论上来说可行性较大，对于以后相关的试验研究提供一定的理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 喷管流动

1．2．2 流体跨音速流动规律

1．2．3 液滴成核与成长理论

1．2．4 流体旋流分离理论

1．2．5 旋流分离的数值模拟简介

1．3 主要研究内容及技术路线

1．4 技术路线

第二章 拉伐尔喷管的模型建立及流场数值分析

2．1 天然气喷管中的流动规律

2．1．1 基本方程

2．1．2 排气速度

2．1．3 排气流量

2．2 稳定段的模型参数

2．3 收缩段的模型参数

2．4 扩张段的模型参数

2．5 具体参数的确定

2．6 模拟软件简介

2．6．1 流体力学简介

2．6．2 FLUENT简介

2．7 喷管内流动数值模拟

2．8 本章小结

第三章 可调式超音速分离管的模型建立

3．1 叶片的参数

3．2 分离段的参数

3．3 扩压段的参数

第四章 超音速气液分离管全过程数值模拟

4．1 旋流段锥角、扩张角的影响

4．2 线性尺寸的影响

4．3 本章小结

第五章 可调式气液分离器的工艺流程研究

5．1 气体一维定常流动的基本方程组

5．1．1 连续方程

5．1．2 动量方程

5．1．3 能量方程

5．1．4 状态方程

5．2 可调式气液分离器的工艺结构研究

5．2．1 集气器的参数

5．2．2 集气器的入气口接管参数

5．2．3 旋转导流栅的参数

5．2．4 液体导流板的参数

5．2．5 集液器的参数

5．2．6 除雾器的参数

5．2．7 第一集气器的参数

5．3 组合可调式气液分离器全过程模拟

5．3．1 模型的建立

5．3．2 几何模型网格的划分

5．3．3 湍流模型的选择

5．3．2 数值模拟结果及其分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文