波动制冷凝结和蒸发特性研究
发布时间：2020-12-29 11:33
气波制冷技术是一种利用压力振荡管内的波系运动实现能量传递和冷热分离的非定常制冷技术,常常被应用于天然气脱水脱烃以及深度制冷等场合。当高压进气含有可凝组分时,气波制冷机内将发生凝结和二次蒸发现象,将会影响制冷效果,对凝结液化效果进行研究,对后续的气液分离等环节有一定的指导意义。因此,本文采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了可凝组分在压力振荡管中的凝结与蒸发过程,并搭建了压力振荡管静止式气波制冷机整机平台,对压力交换式气波制冷机内的波系进行实验测试,研究了凝结与蒸发行为对制冷性能的影响。本文的研究内容及手段如下:（1）利用UDF自定义方程对压力振荡管内的凝结和蒸发过程进行描述,研究发现,压力振荡管内凝结会产生四个明显的颗粒密度峰值;波动流场又会引起的二次蒸发量占液相总质量的24.11%,其中冷热掺混导致的液相质量损失占总损失的86.3%。（2）利用数值模拟的方法,对三个关键的操作参数对凝结液化效果的影响进行研究。研究发现,随着进气相对湿度的提高,压力振荡管中的颗粒数先增后减,但液化率整体上升,颗粒半径呈增大趋势。相对湿度恒定时,进气温度降低,则低温排气前压力振荡管内的液化率和颗粒密度上升...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 气波制冷技术简介
1.1.1 气波机的发展历史
1.1.2 气波制冷机的种类及特点
1.1.3 等熵制冷效率
1.1.4 气波机制冷中的凝结和蒸发流动现象
1.2 凝结和蒸发流动
1.2.1 凝结和蒸发流动现象
1.2.2 节流膨胀制冷中的凝结和蒸发流动现象
1.2.3 超音速喷管中的凝结和蒸发流动现象
1.2.4 透平膨胀机中的凝结和蒸发流动现象
1.3 非平衡凝结和蒸发流动研究现状
1.3.1 成核理论
1.3.2 液滴生长理论
1.3.3 液滴蒸发模型
1.3.4 数值和实验研究进展
1.4 本文研究内容和技术路线
2 数值计算方法
2.1 凝结和蒸发过程
2.1.1 凝结物理模型
2.1.2 蒸发均布模型
2.2 离散相阻力特性
2.3 双流体凝结和蒸发数值模型
2.4 数值计算模型
2.4.1 湍流模型
2.4.2 控制方程的离散
2.5 颗粒在压力振荡管中的滑移特性分析
2.6 模型验证
2.6.1 网格独立性验证
2.6.2 压力振荡管数值模型验证
2.6.3 激波管凝结和蒸发模型验证
2.7 本章小结
3 真实气体模型下的凝结和蒸发理论
3.1 真实气体模型及混合规则
3.1.1 立方型状态方程
3.1.2 混合规则
3.2 相平衡理论
3.2.1 相平衡判据
3.2.2 逸度与逸度系数
3.2.3 活度与活度系数
3.3 相平衡计算
3.3.1 活度系数法
3.3.2 状态方程法
3.3.3 辛烷-甲烷相平衡计算
3.4 甲烷在辛烷中的溶解与逸散规律
3.4.1 溶解度
3.4.2 传质速率
3.5 双烃体系的凝结和蒸发数值模型
3.6 本章小结
4 压力振荡管内的凝结和蒸发计算结果
4.1 压力振荡管内凝结与蒸发现象
4.1.1 压力振荡管内的振荡现象
4.1.2 压力振荡管内的凝结过程
4.1.3 压力振荡管内的蒸发过程
4.1.4 凝结与蒸发对波动流场的影响
4.2 操作条件对凝结和蒸发的影响
4.2.1 进气湿度对凝结和蒸发的影响
4.2.2 进气温度对凝结和蒸发的影响
4.2.3 压比对凝结和蒸发的影响
4.3 结构特征对凝结和蒸发的影响
4.3.1 偏角对凝结与蒸发的影响
4.3.2 高温口挡板的影响
4.4 压力振荡管中真实气体凝结与蒸发研究
4.4.1 均相凝结下辛烷的凝结与蒸发过程
4.4.2 非均相凝结下辛烷的凝结与蒸发过程
4.5 本章小结
5 验证性实验研究
5.1 实验流程
5.2 实验设备
5.2.1 外循环式气波制冷系统
5.2.2 气源系统
5.2.3 测量系统
5.3 实验结果
5.3.1 压力振荡管内的压力波动
5.3.2 凝结和蒸发对气波制冷性能影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 符号说明
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温气流中液滴蒸发特性的研究[J]. 马力,仇性启,王健,郑志伟,阎红巧,易志勇. 石油化工. 2013(03)
[2]激波管中非定常凝结现象的数值分析[J]. 赵家权,刘培启,赵文静,代玉强,刘凤霞,胡大鹏. 化工学报. 2012(04)
[3]基于双流体模型的湿蒸气凝结流动三维数值模拟[J]. 吴晓明,李亮,李国君,丰镇平. 热能动力工程. 2007(04)
[4]甲烷在烃类中的溶解度规律分析[J]. 华超,马沛生,夏淑倩,时云杰. 化学工业与工程. 2002(06)
[5]气波制冷技术在天然气脱水净化工程中的应用[J]. 朱彻,刘润杰,李洪安. 制冷. 1995(01)
[6]节流制冷在天然气分离中的应用[J]. 文向南,李铁林. 天然气工业. 1994(05)
[7]膨胀机制冷在大庆油田气脱水净化中的应用[J]. 李胜. 天然气工业. 1984(04)
博士论文
[1]基于乙醇柴油单液滴蒸发和湍流扩散模型的喷雾和燃烧过程研究[D]. 胡鹏.江苏大学 2014
[2]振荡管内激波增压特性强化气波制冷性能研究[D]. 赵家权.大连理工大学 2013
[3]多组分凝结性超音速流传热传质理论及实验研究[D]. 蒋文明.北京工业大学 2010
[4]旋转超音速凝结流动及应用技术研究[D]. 马庆芬.大连理工大学 2009
[5]蒸汽及燃气透平内部真实气体流动问题的研究[D]. 林智荣.清华大学 2005
硕士论文
[1]考虑相间滑移的水蒸气非平衡凝结流动数值模拟研究[D]. 华枫.辽宁工业大学 2016
[2]压力振荡管内非平衡凝结特性研究[D]. 徐思远.大连理工大学 2015
[3]利用膨胀制冷技术脱水、脱烃的研究和应用[D]. 尚静.西安石油大学 2014
[4]汽轮机末级叶栅湿蒸汽非平衡凝结流动数值研究[D]. 陈晓娜.哈尔滨工业大学 2013
[5]凝胶推进剂单滴燃烧的理论和实验研究[D]. 陈耀恒.国防科学技术大学 2011
[6]压力交换制冷机结构优化研究[D]. 谈文虎.大连理工大学 2008
本文编号：2945572
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 气波制冷技术简介
1.1.1 气波机的发展历史
1.1.2 气波制冷机的种类及特点
1.1.3 等熵制冷效率
1.1.4 气波机制冷中的凝结和蒸发流动现象
1.2 凝结和蒸发流动
1.2.1 凝结和蒸发流动现象
1.2.2 节流膨胀制冷中的凝结和蒸发流动现象
1.2.3 超音速喷管中的凝结和蒸发流动现象
1.2.4 透平膨胀机中的凝结和蒸发流动现象
1.3 非平衡凝结和蒸发流动研究现状
1.3.1 成核理论
1.3.2 液滴生长理论
1.3.3 液滴蒸发模型
1.3.4 数值和实验研究进展
1.4 本文研究内容和技术路线
2 数值计算方法
2.1 凝结和蒸发过程
2.1.1 凝结物理模型
2.1.2 蒸发均布模型
2.2 离散相阻力特性
2.3 双流体凝结和蒸发数值模型
2.4 数值计算模型
2.4.1 湍流模型
2.4.2 控制方程的离散
2.5 颗粒在压力振荡管中的滑移特性分析
2.6 模型验证
2.6.1 网格独立性验证
2.6.2 压力振荡管数值模型验证
2.6.3 激波管凝结和蒸发模型验证
2.7 本章小结
3 真实气体模型下的凝结和蒸发理论
3.1 真实气体模型及混合规则
3.1.1 立方型状态方程
3.1.2 混合规则
3.2 相平衡理论
3.2.1 相平衡判据
3.2.2 逸度与逸度系数
3.2.3 活度与活度系数
3.3 相平衡计算
3.3.1 活度系数法
3.3.2 状态方程法
3.3.3 辛烷-甲烷相平衡计算
3.4 甲烷在辛烷中的溶解与逸散规律
3.4.1 溶解度
3.4.2 传质速率
3.5 双烃体系的凝结和蒸发数值模型
3.6 本章小结
4 压力振荡管内的凝结和蒸发计算结果
4.1 压力振荡管内凝结与蒸发现象
4.1.1 压力振荡管内的振荡现象
4.1.2 压力振荡管内的凝结过程
4.1.3 压力振荡管内的蒸发过程
4.1.4 凝结与蒸发对波动流场的影响
4.2 操作条件对凝结和蒸发的影响
4.2.1 进气湿度对凝结和蒸发的影响
4.2.2 进气温度对凝结和蒸发的影响
4.2.3 压比对凝结和蒸发的影响
4.3 结构特征对凝结和蒸发的影响
4.3.1 偏角对凝结与蒸发的影响
4.3.2 高温口挡板的影响
4.4 压力振荡管中真实气体凝结与蒸发研究
4.4.1 均相凝结下辛烷的凝结与蒸发过程
4.4.2 非均相凝结下辛烷的凝结与蒸发过程
4.5 本章小结
5 验证性实验研究
5.1 实验流程
5.2 实验设备
5.2.1 外循环式气波制冷系统
5.2.2 气源系统
5.2.3 测量系统
5.3 实验结果
5.3.1 压力振荡管内的压力波动
5.3.2 凝结和蒸发对气波制冷性能影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 符号说明
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温气流中液滴蒸发特性的研究[J]. 马力,仇性启,王健,郑志伟,阎红巧,易志勇. 石油化工. 2013(03)
[2]激波管中非定常凝结现象的数值分析[J]. 赵家权,刘培启,赵文静,代玉强,刘凤霞,胡大鹏. 化工学报. 2012(04)
[3]基于双流体模型的湿蒸气凝结流动三维数值模拟[J]. 吴晓明,李亮,李国君,丰镇平. 热能动力工程. 2007(04)
[4]甲烷在烃类中的溶解度规律分析[J]. 华超,马沛生,夏淑倩,时云杰. 化学工业与工程. 2002(06)
[5]气波制冷技术在天然气脱水净化工程中的应用[J]. 朱彻,刘润杰,李洪安. 制冷. 1995(01)
[6]节流制冷在天然气分离中的应用[J]. 文向南,李铁林. 天然气工业. 1994(05)
[7]膨胀机制冷在大庆油田气脱水净化中的应用[J]. 李胜. 天然气工业. 1984(04)
博士论文
[1]基于乙醇柴油单液滴蒸发和湍流扩散模型的喷雾和燃烧过程研究[D]. 胡鹏.江苏大学 2014
[2]振荡管内激波增压特性强化气波制冷性能研究[D]. 赵家权.大连理工大学 2013
[3]多组分凝结性超音速流传热传质理论及实验研究[D]. 蒋文明.北京工业大学 2010
[4]旋转超音速凝结流动及应用技术研究[D]. 马庆芬.大连理工大学 2009
[5]蒸汽及燃气透平内部真实气体流动问题的研究[D]. 林智荣.清华大学 2005
硕士论文
[1]考虑相间滑移的水蒸气非平衡凝结流动数值模拟研究[D]. 华枫.辽宁工业大学 2016
[2]压力振荡管内非平衡凝结特性研究[D]. 徐思远.大连理工大学 2015
[3]利用膨胀制冷技术脱水、脱烃的研究和应用[D]. 尚静.西安石油大学 2014
[4]汽轮机末级叶栅湿蒸汽非平衡凝结流动数值研究[D]. 陈晓娜.哈尔滨工业大学 2013
[5]凝胶推进剂单滴燃烧的理论和实验研究[D]. 陈耀恒.国防科学技术大学 2011
[6]压力交换制冷机结构优化研究[D]. 谈文虎.大连理工大学 2008
本文编号：2945572
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