带排液结构的涡流管的性能研究

发布时间：2020-10-29 21:07

　　 涡流管是一种静止式冷热分离装置,它的结构比较简单,运行稳定、可靠,后期维护便捷,可以用于天然气脱水脱烃处理过程。但是目前,在这个脱水脱烃的应用过程中,由于涡流管外层气流温度较高,会引起已经凝结的液滴重新蒸发,影响天然气可凝组分的分离效果。为了使这些已经凝结的液滴在重新蒸发前尽快脱离出去,提高涡流管的分离性能,本文设计一套带有排液结构的涡流管装置。由于排液结构的存在改变了涡流管内壁面的连续性,因此先采用数值模拟的方法对带排液结构的涡流管的冷热分离性能进行研究。结果发现随着冷流率的增加,冷热两端温差与制热效应均呈上升趋势,而制冷效应则逐渐减小,温度效率与制冷效率则均存在极大值;排液结构的存在对涡流管的各项特性影响较小,不会对涡流管的性能产生破坏性影响。搭建单相涡流管实验平台,以实验的方法研究增设的排液结构及相对应的分离回收单元对涡流管冷热分离性能的影响,结果发现:在实验所进行的冷流率范围内,制热效应随着冷流率的逐步增加而逐渐增大,而制冷效应存在极大值;排液结构和分离回收单元的存在对涡流管的温度效率等评价指标只有很小的影响。并在此基础上进一步研究了操作参数和结构参数对涡流管的影响。结果发现涡流管的长径比达到一定的数值后,各项性能参数提高的幅度减小;在热端管形式和喷嘴流道形式的对比实验中,发现锥形管和阿基米德螺旋线型流道喷嘴更有利于冷热分离。在单相实验平台的基础上,搭建两相涡流管实验平台,研究带排液结构涡流管对含湿气体的分离性能。结果发现在实验中采用不同的实验介质得到的脱除率不同,在相同的液体质量流率下,采用水为介质得到的脱除率高于乙醇溶液。在实验所设计的尺寸范围内,排液口位置和排液间隙对带排液结构的涡流管的脱除率影响较小,可凝组分浓度对脱除率的影响较大。随着热端出口压力的升高,脱除率随液体质量流量的变化曲线呈逐渐升高趋势。随着液体质量流量的增加,脱除率明显增大,可达70%。因此,排液结构的存在有利于涡流管对含湿气体的分离。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE96
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 研究背景
    1.2 涡流管的历史及工作原理
    1.3 涡流管性能评价指标
    1.4 涡流管的国内外研究进展
        1.4.1 涡流管的理论研究
        1.4.2 涡流管的数值计算及实验研究
        1.4.3 涡流管的应用
    1.5 本文主要研究工作
2 带排液结构的涡流管结构设计
    2.1 整体结构设计思想
    2.2 涡流室、冷端出口及热端管设计
    2.3 喷嘴结构
        2.3.1 喷嘴最小截面形式
        2.3.2 喷嘴个数
        2.3.3 流道形式
    2.4 排液结构
    2.5 分离回收单元
    2.6 热端出口及热端阀设计
    2.7 本章小结
3 带排液结构的涡流管的数值计算
    3.1 几何模型的建立
        3.1.1 几何模型的初步确定
        3.1.2 几何模型的简化
    3.2 网格划分
        3.2.1 网格类型的选择
        3.2.2 网格尺寸的确定
        3.2.3 网格划分结果
    3.3 计算模型的确定
        3.3.1 基本简化假设
        3.3.2 控制方程组
        3.3.3 湍流模型的确定
        3.3.4 数值求解方法
    3.4 模拟结果及分析
        3.4.1 涡流管的能量分离现象
        3.4.2 结构参数的影响
        3.4.3 操作参数的影响
    3.5 本章小结
4 涡流管单相实验
    4.1 单相涡流管性能研究实验平台搭建
    4.2 性能参数及数据测量
        4.2.1 压力测量
        4.2.2 温度测量
        4.2.3 流量
    4.3 实验步骤及流程
        4.3.1 实验流程
        4.3.2 实验步骤
    4.4 实验结果及分析
        4.4.1 制冷效应与制热效应
        4.4.2 结构参数的影响
        4.4.3 操作条件的影响
    4.5 本章小结
5 涡流管两相实验
    5.1 两相涡流管性能研究实验平台搭建
    5.2 性能评价指标
    5.3 实验介绍及数据测量
        5.3.1 实验流程
        5.3.2 实验介质
        5.3.3 实验辅助装置及数据测量
        5.3.4 实验步骤
    5.4 实验结果及分析
        5.4.1 实验介质为水和空气时的实验结果
        5.4.2 实验介质为乙醇溶液和空气时的实验结果
    5.5 本章小结
结论
参考文献
附录 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】

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本文编号：2861450