天然气旋流气液分离器的数值模拟

摘要

天然气未经脱水处理直接通过管线输送，在外界环境温度较低的冬季，极易产生天然气水合物堵塞输气管线而造成较大的经济损失。为了预防这种情况，研制了一种结构简单、体积小、效率高的旋流气液分离器。 采用雷诺应力湍流模型，基于控制体积法，应用SIMPLE算法对自行设计的旋流气液分离器内部气相流场进行数值模拟，通过数值模拟得到旋流气液分离器内部气相流场的速度分布特性和压力分布特性。 采用代数滑移模型（ASM）对液滴相流动进行数值模拟，模拟得到了气液两相流场的分布规律和气液两相流的分离特性，从轴向剖面液相浓度分布图可以看出旋流器的气液分离主要在旋流腔内，模拟结果与理论结果一致。 为配合旋流器的最优化设计，通过假设，采用拉格朗日坐标系下离散相模型模拟研究旋流气液分离器不同结构参数和工况条件对分液能力的影响，得到气液旋流分离器的最优化结构尺寸。 根据数值模拟的结果，搭建旋流气液分离器分离效率测试的室内实验装置，对分离效率进行数据采集，实验结果表明：实验数据与用FLUENT对流场的数值模拟结果的相对误差在4％以内，从而说明本文所采用的数学模型及算法对旋流气液分离器内部流场的数值计算是可行的。 本文对自行设计旋流气液分离器内部流场和不同工况参数进行模拟计算，模拟结果和室内实验结合得到了自行设计旋流气液分离器最佳结构尺寸，为今后的现场应用提供理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1引言

1.2旋流分离器简介

1.2.1旋流分离器的基本结构和分离原理

1.2.2旋流分离器的性能指标

1.2.3旋流气液分离器技术的发展现状

1.3数值模拟计算在旋流分离器中应用的发展

1.3.1国内发展现状

1.3.2国外发展现状

1.4本论文主要研究内容

第2章旋流气液分离器数值模拟方法

2.1引言

2.2计算流体动力学(CFD)简介

2.2.1 CFD中的计算方法

2.2.2CFD中的湍流模型

2.3湍流数值模拟计算方法

2.3.1湍流模型

2.3.2离散格式

2.3.3压力插补格式

2.3.4压力与速度的耦合

2.3.5网格生成方法

2.4小结

第3章气体单相流场数值模拟

3.1引言

3.2单相流场数值模拟计算建模过程

3.2.1几何模型

3.2.2物理模型

3.2.3RSM湍流模型

3.3单相流场的数值计算结果及分析

3.3.1流体迹线的数值模拟

3.3.2气相流场速度分布研究

3.3.3压力场分布特性研究

3.4小结

第4章气液两相流场数值模拟

4.1引言

4.2两相流计算模型

4.3两相流场的数学模型

4.3.1几何模型

4.3.2物理模型

4.3.3数值求解方法

4.4两相流场的数值计算结果及分析

4.4.1数值模拟迭代计算

4.4.2液滴相浓度分布

4.4.3旋流器内液滴相体积分数的研究

4.5小结

第5章旋流气液分离器结构优化

5.1引言

5.2旋流分离器分离效率的研究

5.2.1旋流气液分离器分离效率的理论研究

5.2.2数值模拟旋流气液分离器分离效率的计算方法

5.2.3旋流气液分离器分离效率数值模拟前处理

5.3旋流分离器分离效率的数值模拟研究

5.3.1不同工况条件下数值模拟研究

5.3.2不同结构参数下数值模拟研究

5.4小结

第6章旋流气液分离器室内实验研究

6.1引言

6.2实验台搭建

6.3实验数据处理

6.3.1实验效果评价方法

6.3.2实验结果分析

6.4数值模拟结果与实验数据的对比分析

6.5小结

总结与建议

参考文献

附 录

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致 谢