超音速喷嘴涡流管气体分离性能的数值模拟与实验

摘要

建立了超音速喷嘴涡流管的简化几何模型,利用描述两相双组分超音速冷凝流动的Eulerian双流体三维湍流模型,以含湿空气为介质对装置内部的自发凝结过程进行数值模拟.设计制造相应的装置,建立实验平台,对装置的含湿气体分离性能进行实验研究.通过模拟和实验2种手段研究了影响超音速喷嘴涡流管气体分离性能的参数及其影响规律.结果表明,气流在喷嘴内部达到超音速流动,使得水蒸气自发凝结成液滴,为混合气体分离提供了先决条件;热端管内气体自旋产生的离心加速度可以达到重力加速度的6×105倍,为气、液分离提供了必要条件;降低进出口压力之比和冷流率,增大入口相对湿度和长径比可以提高装置的气体分离性能,安装阻涡器对性能有不利影响.因此,采用超音速喷嘴涡流管实现混合气体中重组分的脱除是可行的.