新型超音速旋流分离管的流场特性研究

发布时间：2020-04-15 19:20

【摘要】：随着世界经济的蒸蒸日上,环保无害的能源理念逐渐被公众所认可,而天然气作为一种环保能源,在我国的能源结构上正扮演着越来越重要的角色。超音速旋流分离管脱水技术作为一种新型的混合气体分离技术,有着诸多传统方法所无法企及的优点。但目前国内超音速旋流分离管脱水技术应用较少,主要原因是其无法适应复杂多变的实际工况条件。为了能够使这一状况得到改善,本文参考国内外成熟的超音速分离管的结构设计,重新设计了旋流产生器,将其安装位置放在了直管段的入口处,并对新型超音速旋流分离管的流场内部进行了三维模拟。本文的主要研究内容和结论如下： (1)对国内外各型式的超音速旋流分离管结构的相关研究情况进行了调查,分析各个型式的优点和缺点。 (2)本文在设计超音速旋流分离管之初就确立了先冷凝再旋转分离的思想,因此将旋流产生器安装在Laval喷管之后,根据分析结果可以发现,本文设计的旋转后置型超音速旋流分离管有良好的分离性能。 (3)本文采用的数值模型可以很好的表现分离管内部的旋转膨胀现象,将旋流产生器安装在直管段入口处,分离管具有更佳的分离性能,旋转后置型的超音速分离管的激波位置可以控制在Laval喷管渐扩段后面。 (4)建立了天然气在喷管流动过程中液滴成核与成长的动力学模型,通过实例计算出Wilson点位于喷管喉部后22mm处,此时液滴临界半径0.3μm,在后面的流动过程中,液滴正态分布到达出口时直径成长至1.0μm。 (5)本文所设计的新型超音速分离管在模拟中可以适应不断变化的入口压力条件,且当压损比达到53.33%时,可以得到22℃的露点降。 (6)在分析截面流场时,发现在旋转流动后会产生二次蒸发现象。
【图文】：

曲线,圆柱螺旋面

图2-4圆柱螺旋面面方程的建立条函数18”曲线，则根据其定义可知，要求出?S(x)，必须2，…，n-1)内的一个三次多项式，则有4个待定系数定4n个参数。根据>S(x)eC2[fl，6]，在节点Xj (i=0,性条件，即：S (Xj — 0) = iS" (Xj + 0)“5'(Xi-0) = 5 (Xi+0)S"(Xi-0) = 5'"(Xi+0)3个条件，再加上《500满足插值条件S(Xi:) = yi (i=0，1条件。想要确定唯一S(jc)，还得附加两个条件。按照给出约束条件，称为边界条件。

对比图,产生器,旋流,切向速度

g) SGSD-B-43。 h) SGSD-B-46。图2-5旋流产生器前端切向速度对比图不同的旋流产生器的高度//和长度1对超音速喷管内的气体流动均有不同的影响。由于旋流产生器的高度和长度与超音速分离管的尺寸息息相关，因此暂不对其进行讨论，下文对超音速分离管进行整体设计时再作详细讨论。2.4超音速分离管结构模型根据北京工业大学刘恒伟1831博士研究所得到的几何参数对管内流动特性的影响可知，Laval喷管的渐缩段长度对管内流动的影响较小，，渐扩段的长度肯定会对管内流体的流动特性产生影响，渐扩段的出口直径对分离管内部的流动影响很大，增大渐扩段的出口直径，会使得激波发生位置朝喉部移动，会导致分离段的速度降低，降低分离管的工作性能；分离段的长度对激波位置的影响不明显；扩压段的长度对分离管内的气体流动影响不大；因此Laval喷管渐扩段的出口直径和分离段的长度严重影响超音速分离器的工作性能。而旋流产生器的长度在不进超过扩伍段的一半，同时不得小于渐缩段的长
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE96

【参考文献】