板结构及流体运动特性对聚结板分离性能的影响研究

发布时间：2017-09-24 13:18

  本文关键词：板结构及流体运动特性对聚结板分离性能的影响研究

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【摘要】：聚结板是一种新型气液分离元件,利用气液两相的惯性力差将气流中夹带的液滴或雾滴分离出来。聚结板气液分离技术由于其高效、绿色、安全的优势可广泛应用于石油、化工、核电、环保等多个领域,研究和生产分离效率高、压降阻力小、体积小的聚结板气液分离器是当前工程实际迫切需要解决的问题。本文对聚结板气液分离过程及机理进行了理论分析,并讨论了二次液滴的形成机理,在此基础上,对不同结构及流体运动特性下的聚结板气液分离性能进行了可视化实验及数值模拟研究。实验结果表明聚结板分离效率在一定范围内都随气流速度的增大而增大,当气流速度超过临界破膜速度时,二次夹带现象明显,分离效率出现下降趋势,而压降则随气流速度持续增大,实验测得临界破膜速度约为9m/s。板间距对分离效率的影响程度略低于板倾角。三种板中带钩式聚结板分离效率最高,但同时压降也最高。对不同类型、不同板间距、板倾角及入口气流速度进行了组合并完成数值模拟研究,考虑了湍流效应、液滴的碰撞聚结,采用壁面液膜模型模拟二次夹带现象,得到不同工况下流场分布云图及分离效率、压降数值,并分析了板结构参数及流体运动特性对分离性能的影响。结果表明聚结板前两级迎风面对液滴拦截作用最显著,聚结板弯折处速度最高,压力较低,易形成逆压力梯度,流道内出现漩涡,流动阻力变大,气流剪切力还会将附着在壁面的液膜撕破,产生二次液滴。实验和数值模拟得到的聚结板分离效率及压降变化趋势一致,说明本文所用的数值模拟方法有效可靠,能保证结果的准确性,可推广使用。通过以上研究,为改进和优化聚结结构以及聚结分离理论的建立提供了依据,为工程应用中选择最佳性能比下的工况提供了参考。
【关键词】：聚结板 气液分离 分离效率 二次夹带
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.8
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 气液分离技术9-10
• 1.3 气液分离器概述10-12
• 1.3.1 气液分离器类型10-12
• 1.3.2 聚结板气液分离器12
• 1.4 聚结板气液分离器研究现状12-13
• 1.5 论文主要研究内容和方法13-15
• 第二章 聚结板气液分离过程机理及理论研究15-21
• 2.1 两相流基本理论15-16
• 2.2 气液两相流分离机理16-18
• 2.2.1 气液两相流分离过程16-17
• 2.2.2 液滴在流动中的破碎17
• 2.2.3 液滴在流动中的碰撞聚结17-18
• 2.3 液膜破裂机理18-20
• 2.3.1 液滴撞击液膜18-19
• 2.3.2 气流剪切液膜19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 聚结板气液分离性能可视化实验研究21-33
• 3.1 实验装置设计21-29
• 3.1.1 液滴雾化系统21-24
• 3.1.2 聚结板组分离系统24-26
• 3.1.3 实验数据测量系统26-27
• 3.1.4 聚结板气液分离性能实验台总构设计27-29
• 3.2 实验测试方法29-30
• 3.2.1 实验测试步骤29
• 3.2.2 分离效率的计算29-30
• 3.3 实验结果及分析30-32
• 3.3.1 不同类型聚结板分离性能的比较30
• 3.3.2 聚结板板间距对分离性能的影响30-31
• 3.3.3 聚结板倾角对分离性能的影响31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 数值模拟理论基础及基本模型选型研究33-40
• 4.1 数值模拟相关软件介绍33-34
• 4.1.1 gambit概述33-34
• 4.1.2 fluent概述34
• 4.2 湍流理论及模型34-37
• 4.2.1 单方程模型35
• 4.2.2 双方程模型35-37
• 4.3 两相流模型37-38
• 4.4 离散相模型38-39
• 4.4.1 颗粒运动方程38-39
• 4.4.2 壁面液膜模型39
• 4.5 本章小结39-40
• 第五章 聚结板气液分离器数值模拟研究40-64
• 5.1 研究对象40
• 5.2 网格划分和计算模型40-43
• 5.3 边界条件和初始条件43
• 5.4 液滴的尺寸分布43-44
• 5.5 数值模拟结果及分析44-60
• 5.5.1 三种结构聚结板通道内流场分布44-48
• 5.5.2 聚结板液滴运动轨迹及壁面液膜厚度研究48-50
• 5.5.3 流体运动特性对聚结板分离性能的影响分析50-55
• 5.5.4 结构参数对聚结板分离性能的影响分析55-60
• 5.6 聚结板分离性能的数值模拟结果与实验结果的对比60-64
• 5.6.1 分离效率的对比60-62
• 5.6.2 压降的对比62-64
• 第六章 结论64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文68-69

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