叶片整流对涡流管性能影响

发布时间：2021-01-24 19:06

　　涡流管是一种用于天然气脱水脱烃的能量分离装置,经研究发现高速旋流会在管内产生能量耗散及粘性损失,因此,本文针对涡流管进出口处流动现象设计一种三维叶片整流器,将旋流转化为平行流,实现能量高效回收。详细过程主要通过理论、模拟及实验相结合的方式,依据气体动力学及能量传递原理,设计整流器及涡流管详细结构,搭建实验平台,研究了上述整流器对涡流管制冷效率及结构尺寸的影响。具体内容及主要结论如下:（1）分析涡流管内部流动规律,设计三维叶片整流器结构。采用直母线叶片设计方法,依据安装位置的气流速度方向及变化规律,确定叶片角度变化趋势,发现在不同压比下,涡流管内部流场变化明显,当压比较低时,气流切向速度与水平夹角较小,因此整流器叶片入口角度较小时制冷效率较高。当压比较高时,气流切向速度与水平夹角较大,因此整流器叶片入口角度较大时制冷效率较高。并增加中间准线,使其叶片过渡平滑,降低气流冲击损失,并在叶片间采用渐扩流道,进一步回收气体能量。（2）利用数值模拟确定整流器不同结构参数及安装位置对涡流管制冷效率的影响。针对整流器不同叶片数量,通过模拟结果发现,当叶片数量为4时,整流效果最明显,当其小于4时,整流效... 

【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】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究历史
    1.3 主要结构类型
    1.4 国外研究进展
        1.4.1 理论研究
        1.4.2 数值模拟及实验研究
        1.4.3 国内外应用
    1.5 性能评价指标
    1.6 本文主要研究工作
2 涡流管结构设计
    2.1 整体结构设计
    2.2 三维静止式导流叶片整流器
        2.2.1 建立叶片曲面方程
        2.2.2 建立内准线方程
        2.2.3 建立中间准线及外准线方程
    2.3 热端管结构类型及长径比
        2.3.1 热端管结构类型
        2.3.2 热端管长径比
    2.4 喷嘴结构类型
        2.4.1 喷嘴的进气方式及个数
        2.4.2 喷嘴的形状及最小截面积
        2.4.3 喷嘴的流道
    2.5 冷、热两端出口及热端阀的设计
    2.6 本章小结
3 涡流管数值模拟
    3.1 几何模型建立
    3.2 网格划分
        3.2.1 网格类型的选择
        3.2.2 网格尺寸的确定及划分结果
    3.3 计算模型的确定
        3.3.1 基本简化假设
        3.3.2 湍流模型选择
        3.3.3 控制方程组
        3.3.4 数值求解方法
    3.4 涡流管的能量分离现象
        3.4.1 涡流管的流动迹线图分析
        3.4.2 涡流管的压力场分析
        3.4.3 涡流管的温度场分析
        3.4.4 涡流管的速度场分析
        3.4.5 涡流管的马赫数分析
    3.5 整流器安装在冷端
        3.5.1 不同中心圆柱结构
        3.5.2 不同叶片角度
    3.6 整流器安装在热端可调锥前端
        3.6.1 不同中心圆柱结构
        3.6.2 不同叶片数量的影响
        3.6.3 不同叶片角度
    3.7 整流器安装在热端可调锥后端
        3.7.1 不同叶片角度
        3.7.2 不同长径比
    3.8 本章小结
4 涡流管实验研究
    4.1 实验平台搭建
    4.2 实验相关参数的测量
    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 整流器对长径比的影响
        4.4.1 压比为2 时涡流管性能参数
        4.4.2 压比为3、4 时涡流管性能参数
    4.5 整流器安装位置对比试验
        4.5.1 安装位置对单位制冷量的影响
        4.5.2 安装位置对制冷效应的影响
    4.6 不同角度叶片整流器与压比的关系
        4.6.1 角度对单位制冷量的影响
        4.6.2 角度对制冷效应的影响
    4.7 误差分析
    4.8 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]喷嘴结构对涡流管性能影响的研究[J]. 汤振豪,余晓明,丁义萍.  低温与超导. 2018(06)
[2]基于Fluent的涡流管数值模拟与结构优化研究[J]. 何丽娟,潘鹏,黄艳伟,孙尚志.  真空科学与技术学报. 2018(01)
[3]天然气井口节流不冻堵涡流管研究[J]. 张汝冰,额日其太.  石油规划设计. 2017(02)
[4]涡流管非稳态旋流流场数值模拟研究[J]. 张博,郭向吉.  热科学与技术. 2017(01)
[5]川气东送分输站压力能回收利用潜力分析[J]. 徐孝轩,黄业千,亢泽涛.  天然气技术与经济. 2013(02)
[6]进气温度与压力对锥形涡流管性能的影响[J]. 昌锟,周刚,李青,李强.  低温工程. 2011(02)
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[8]涡流管技术在天然气领域的应用前景[J]. 徐正斌.  油气储运. 2009(01)
[9]进口压力对涡流管性能影响的实验研究[J]. 何曙,吴玉庭,郭建,马重芳,葛满初.  空气动力学学报. 2006(04)
[10]整流器对涡流管能量分离性能影响的研究[J]. 何曙,郭建,吴玉庭,丁雨,马重芳,葛满初.  制冷学报. 2006(01)

硕士论文
[1]带排液结构的涡流管的性能研究[D]. 吕萍.大连理工大学 2018
[2]锥形双回路涡流管的内部流动与性能分析[D]. 张歌.大连理工大学 2011
[3]轴流式涡流管结构设计和数值模拟[D]. 田汉.太原科技大学 2009
[4]新型双路涡流管的性能研究[D]. 邵春收.南京理工大学 2009
[5]涡流管性能研究与参数优化[D]. 高彦宁.大连理工大学 2007
[6]用于轻烃回收的涡流制冷实验研究[D]. 何曙.北京工业大学 2005



本文编号：2997771