离心式半贫液泵泵内流场动力学分析

发布时间：2017-06-18 15:15

  本文关键词：离心式半贫液泵泵内流场动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：天然气处理过程中，脱碳工艺是一个重要环节。中海石油湛江分公司东方终端二期脱碳系统采用活化MDEA工艺脱除CO_2，流程为两段吸收、两段再生，MDEA溶液吸收CO_2后成为富MDEA液，经过部分解析后形成半贫MDEA溶液，半贫MDEA溶液需要增压提升至吸收塔中段，此处所需设备即是离心式半贫液泵，为使生产连续化，泵在生产中起着十分重要的作用。但是二期脱碳系统经常会出现泵损坏现象，这不利于装置的长周期稳定运行，不利于生产。针对以上问题，本课题以离心式半贫液泵为研究对象，考虑半贫液的特性和离心泵的运行状况，基于计算机流体动力学（CFD）技术，从研究离心泵内部流体流动的机理出发，使用数值模拟仿真分析泵内流场中半贫MDEA溶液特性及泵内流场流动规律，并预测泵的性能曲线。 首先，详细介绍了东方终端二期脱碳系统采用的脱碳工艺、活化MDEA脱碳技术及其脱碳原理，并根据两段吸收、两段再生脱碳流程，指出半贫MDEA溶液是不饱和溶液，根据闪蒸压力和闪蒸温度，分析得到了半贫液的组成成分、CO_2在半贫液的体积分数分布状况等特性。 其次，离心式半贫液泵泵内流场中的流动是三维的、不可压缩的、粘性的、具有复杂规律的流动，，这与泵内形状复杂的叶轮和蜗壳结构、半贫MDEA溶液特性以及转动叶轮和静止蜗壳之间互相耦合干涉作用是密切相关的。本课题选取离心泵从进口到蜗壳出口的整个流道为流动计算区域，包括进口段、叶轮转动区域和蜗壳收集区域。利用Solidworks软件建立流体模型，并利用Gambit软件采用适用性较强的结构化六面体网格划分模型。选用标准k-ε双方程湍流模型，作为离心泵泵内流场数值建模的封闭模型。根据离心泵的运行条件和半贫液不可压缩流动采用速度进口，自由流出边界条件。离心泵内部流场主要存在旋转的流动区域(叶轮内流体)和静止不动的区域（蜗壳内流体），他们动静之间的耦合模型采用的是多参考系模型。计算求解模型采用的是分离求解器(segregated solver)，动量方程和连续性方程采用SIMPLE算法联立求解，得到离心泵泵内流场的分布状况。 最后，根据CFD数值模拟计算结果分析了离心泵内的压力场和速度场的分布，得出了模拟结果符合叶轮和蜗壳的工作原理，离心泵叶轮的作用就是把机械能转化为流体的动能，而蜗壳的功能就是收集从叶轮出来的高速流体，将动能转化为压能。并根据半贫液特性进行UDF编程，得分析了泵内半贫液特性。为更好的了解泵的性能，根据仿真模拟结果预测出泵的性能曲线。
【关键词】：离心泵 半贫液 数值模拟 流场分析 CFD
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题背景和意义12-13
• 1.2 离心泵工作原理与特性13-15
• 1.3 国内外研究现状及分析15-18
• 1.3.1 无粘性流动计算16-17
• 1.3.2 粘性流动计算17-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 第二章 半贫 MDEA 溶液特性分析20-30
• 2.1 脱碳工艺介绍20-21
• 2.2 活化 MDEA 脱碳技术21-23
• 2.2.1 脱碳工艺原理21-22
• 2.2.2 脱碳流程22-23
• 2.3 半贫 MDEA 溶液成分分析23-24
• 2.4 半贫 MDEA 溶液特性分析24-29
• 2.4.1 CO_2在 MDEA/PZ 水溶液溶解度的影响因素24-25
• 2.4.2 CO_2在 MDEA/PZ 水溶液中的溶解度公式25-27
• 2.4.3 半贫液中 CO_2体积分数的计算27-29
• 2.5 小结29-30
• 第三章 离心泵内三维流动基本方程30-40
• 3.1 基本方程30-31
• 3.2 湍流模型31-35
• 3.2.1 半贫液雷诺数的计算31-32
• 3.2.2 涡粘模型32
• 3.2.3 零方程模型32-33
• 3.2.4 一方程模型33-34
• 3.2.5 两方程模型—标准 k-ε模型34-35
• 3.3 控制方程离散及数值计算35-36
• 3.3.1 控制方程的离散35-36
• 3.3.2 数值计算方法36
• 3.4 旋转叶轮和静止蜗壳之间的耦合模型36-37
• 3.5 多相流模型分析37-38
• 3.6 小结38-40
• 第四章 泵内流动计算及结果分析40-50
• 4.1 泵内流体三维实体造型40-41
• 4.1.1 计算区域的确定40
• 4.1.2 模型的主要设计参数40-41
• 4.1.3 三维实体流体模型41
• 4.2 网格划分技术41-43
• 4.2.1 网格分类41-42
• 4.2.2 计算模型网格的生成42-43
• 4.2.3 网格质量检查43
• 4.3 边界条件的确定43-45
• 4.3.1 进口边界条件43-44
• 4.3.2 出口边界条件44-45
• 4.3.3 固体壁面边界条件45
• 4.4 数学模型45-46
• 4.5 离心泵流场仿真结果分析46-49
• 4.5.1 离心泵内半贫液状态分布46-47
• 4.5.2 离心泵内压力场分布47-48
• 4.5.3 离心泵内速度场分布48-49
• 4.6 小结49-50
• 第五章 泵内流场特性曲线分析50-60
• 5.1 离心泵内部流场分析50-53
• 5.1.1 不同工况下离心泵内压力分布50-52
• 5.1.2 不同工况下离心泵内速度分布52-53
• 5.2 离心泵的计算性能曲线53-59
• 5.2.1 离心泵的性能曲线53-54
• 5.2.2 离心泵各性能参数的计算公式54-55
• 5.2.3 离心泵特性分析55-59
• 5.3 小结59-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 附录70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：459800