导叶式高压旋风分离器的多目标优化设计
发布时间：2021-02-12 02:23
导叶式高压旋风分离器是一种带导流叶片的高压旋风分离器,作为一类非常重要的气固分离设备,被广泛用于天然气净化工艺过程中,其分离性能直接关系到天然气净化工艺的经济性与安全性。随着我国对节能减排要求的提高,对用于天然气净化的导叶式高压旋风分离器性能则提出了更高的要求,特别是页岩气开采中需要研制结构更加紧凑、并增强流场稳定性与改善页岩气压力衰减的高压旋风分离器。现有的导叶式旋风分离器对于高压页岩气的净化仍存在压力损失偏高、分离效率偏低,分离器内部结垢、磨损和腐蚀等问题,因此如何在保证总分离效率的基础上降低压力损失以及减小切割粒径是研发紧凑型导叶式高压旋风分离器中亟待解决的关键技术问题。本文结合用于页岩气净化工艺过程中的导叶式高压旋风分离器研制,开展其流道的多目标优化设计工作,旨在探索出高效可靠的导叶式高压旋风分离器优化设计方法,为后续研发高效低阻的旋风分离器产品提供技术参考。主要研究内容及结论如下:（1）研究导叶式高压旋风分离器的流道几何参数与分离性能的关系,提出近似理论设计方法,设计了满足运行条件和分离性能要求的导叶式高压旋风分离器初始流道。（2）以初始流道结构为优化对象,探索适合其优化设计...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
导叶式旋风分离器结构示意图
西华大学硕士学位论文13（1）导流叶片的数量N在导流叶片厚度相同的情况下，叶片数决定了气流在叶道区的运动速度，进而决定了在旋风主筒体区的切向速度。刘爱兰等[32]研究了不同叶片数对分离性能的影响，指出叶片数越多，受其阻力及边界层的影响，对气流的造旋效果越好，越有利于分离，但叶片数增多不利于装置的压力损失。当N>4时，分离效率变化较小，但增加一个叶片对应压力损失的增长值约为3kPa，因此为满足压力损失条件，将叶片数N取为6。（2）导流叶片的厚度t导流叶片厚度与叶片数变化引起分离性能改变的本质相同，厚度取值越大，气流进入主筒体区的切向速度就越大，叶片的加速作用越明显，分离效率也越高。韩传军等[17]总结出t=2~9.5mm时旋风分离器的切割粒径相差不大，但t每增加0.5mm，压力损失约升高1kPa，当厚度大于7mm时增长速率急剧升高，故将叶片厚度t取为0.007m。（3）导流叶片骨线形状在实际工程项目中，叶片形状有弧形、梭形和楔形三种构型。其中梭形叶片的加工制造难度较大，导流加速作用也较差，楔形叶片虽易加工但压力损失较高，因此一般将叶片设计成弧形。本次根据图2.2所示的叶片骨线进行设计。图2.2弧形导流叶片的骨线示意图Fig2.2Schematicdiagramofbonelineofarcguidevane○1导流叶片的出口角β对于导叶式旋风分离器而言，叶片喉部的出流速度与叶片出口角β密切相关，而分离气体中的颗粒是靠出流速度的切向分量产生离心力来实现，因此求解切向速度分量是计算出口角的前提。叶片喉部出流的切向速度分量可根据分级效率的数学模型[29]求解，分级效率ηi计算公式为:0.6343=1exp7.8685ipdSt(2.3)其中，系数St表征分离过程中颗粒从气流中逸出的难易程度，表示为：
导叶式高压旋风分离器的多目标优化设计16图2.3导叶式高压旋风分离器各结构释义及尺寸标注Fig2.3Structuredefinitionanddimensionmarkingoftheguidevanehigh-pressurecyclone
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于响应曲面法小型旋风分离器的多目标优化[J]. 梁文龙,戴石良,田伶. 建筑热能通风空调. 2019(03)
[2]基于响应面法的旋风分离器结构参数的优化[J]. 张勇,周忠贺,蒋明虎,邢雷. 流体机械. 2018(12)
[3]基于Q判据的不同排气管直径旋风分离器内部涡分析[J]. 高助威,王娟,王江云,毛羽,李军,魏耀东. 石油学报(石油加工). 2018(06)
[4]两种不同入口形式的旋风分离器分离性能的对比研究[J]. 周发戚,孙国刚,韩晓鹏,娄志华,魏庆. 石油学报(石油加工). 2018(04)
[5]超临界页岩气密度特征研究[J]. 梁洪彬,戚志林,向祖平,肖前华,严文德,袁迎中,郭秋田,刘先山. 油气藏评价与开发. 2017(05)
[6]筒体直径对旋风分离器性能的影响[J]. 袁怡,孙国刚,周发戚,孙占朋. 石油学报(石油加工). 2017(04)
[7]不同导叶结构对旋风管分离性能的影响[J]. 韩传军,杨雪,余成,李琦,张杰. 机械设计. 2017(05)
[8]基于熵产法的旋风分离器排气管半径优化[J]. 郑建祥,许帅,周天鹤,吕辛桐,康文瑶. 中国粉体技术. 2017(01)
[9]导叶结构对直流导叶式气液分离器性能的影响[J]. 刘爱兰,杨帆,郭雪岩. 轻工机械. 2016(04)
[10]叶片参数对导叶式旋风分离管性能的影响[J]. 韩传军,陈飞,杨雪,张杰. 机械设计. 2015(08)
博士论文
[1]导叶式旋风管内气固两相流动控制与分离性能计算方法的研究[D]. 马艳杰.中国石油大学 2011
硕士论文
[1]基于响应曲面法的旋风分离器结构优化研究[D]. 熊攀.武汉科技大学 2019
[2]入口结构及气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响[D]. 王璐.太原理工大学 2018
[3]旋风分离器数值模拟分析与优化设计研究[D]. 徐洋洋.西南石油大学 2017
[4]多管旋风分离器分离性能研究及导向叶片优化设计[D]. 杨雪.西南石油大学 2016
[5]导叶式多管旋风分离器的数值模拟研究[D]. 管西旗.西南石油大学 2014
[6]导叶式旋风管内气固两相流动控制机理的试验研究[D]. 王新华.中国石油大学 2010
本文编号：3030099
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
导叶式旋风分离器结构示意图
西华大学硕士学位论文13（1）导流叶片的数量N在导流叶片厚度相同的情况下，叶片数决定了气流在叶道区的运动速度，进而决定了在旋风主筒体区的切向速度。刘爱兰等[32]研究了不同叶片数对分离性能的影响，指出叶片数越多，受其阻力及边界层的影响，对气流的造旋效果越好，越有利于分离，但叶片数增多不利于装置的压力损失。当N>4时，分离效率变化较小，但增加一个叶片对应压力损失的增长值约为3kPa，因此为满足压力损失条件，将叶片数N取为6。（2）导流叶片的厚度t导流叶片厚度与叶片数变化引起分离性能改变的本质相同，厚度取值越大，气流进入主筒体区的切向速度就越大，叶片的加速作用越明显，分离效率也越高。韩传军等[17]总结出t=2~9.5mm时旋风分离器的切割粒径相差不大，但t每增加0.5mm，压力损失约升高1kPa，当厚度大于7mm时增长速率急剧升高，故将叶片厚度t取为0.007m。（3）导流叶片骨线形状在实际工程项目中，叶片形状有弧形、梭形和楔形三种构型。其中梭形叶片的加工制造难度较大，导流加速作用也较差，楔形叶片虽易加工但压力损失较高，因此一般将叶片设计成弧形。本次根据图2.2所示的叶片骨线进行设计。图2.2弧形导流叶片的骨线示意图Fig2.2Schematicdiagramofbonelineofarcguidevane○1导流叶片的出口角β对于导叶式旋风分离器而言，叶片喉部的出流速度与叶片出口角β密切相关，而分离气体中的颗粒是靠出流速度的切向分量产生离心力来实现，因此求解切向速度分量是计算出口角的前提。叶片喉部出流的切向速度分量可根据分级效率的数学模型[29]求解，分级效率ηi计算公式为:0.6343=1exp7.8685ipdSt(2.3)其中，系数St表征分离过程中颗粒从气流中逸出的难易程度，表示为：
导叶式高压旋风分离器的多目标优化设计16图2.3导叶式高压旋风分离器各结构释义及尺寸标注Fig2.3Structuredefinitionanddimensionmarkingoftheguidevanehigh-pressurecyclone
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于响应曲面法小型旋风分离器的多目标优化[J]. 梁文龙,戴石良,田伶. 建筑热能通风空调. 2019(03)
[2]基于响应面法的旋风分离器结构参数的优化[J]. 张勇,周忠贺,蒋明虎,邢雷. 流体机械. 2018(12)
[3]基于Q判据的不同排气管直径旋风分离器内部涡分析[J]. 高助威,王娟,王江云,毛羽,李军,魏耀东. 石油学报(石油加工). 2018(06)
[4]两种不同入口形式的旋风分离器分离性能的对比研究[J]. 周发戚,孙国刚,韩晓鹏,娄志华,魏庆. 石油学报(石油加工). 2018(04)
[5]超临界页岩气密度特征研究[J]. 梁洪彬,戚志林,向祖平,肖前华,严文德,袁迎中,郭秋田,刘先山. 油气藏评价与开发. 2017(05)
[6]筒体直径对旋风分离器性能的影响[J]. 袁怡,孙国刚,周发戚,孙占朋. 石油学报(石油加工). 2017(04)
[7]不同导叶结构对旋风管分离性能的影响[J]. 韩传军,杨雪,余成,李琦,张杰. 机械设计. 2017(05)
[8]基于熵产法的旋风分离器排气管半径优化[J]. 郑建祥,许帅,周天鹤,吕辛桐,康文瑶. 中国粉体技术. 2017(01)
[9]导叶结构对直流导叶式气液分离器性能的影响[J]. 刘爱兰,杨帆,郭雪岩. 轻工机械. 2016(04)
[10]叶片参数对导叶式旋风分离管性能的影响[J]. 韩传军,陈飞,杨雪,张杰. 机械设计. 2015(08)
博士论文
[1]导叶式旋风管内气固两相流动控制与分离性能计算方法的研究[D]. 马艳杰.中国石油大学 2011
硕士论文
[1]基于响应曲面法的旋风分离器结构优化研究[D]. 熊攀.武汉科技大学 2019
[2]入口结构及气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响[D]. 王璐.太原理工大学 2018
[3]旋风分离器数值模拟分析与优化设计研究[D]. 徐洋洋.西南石油大学 2017
[4]多管旋风分离器分离性能研究及导向叶片优化设计[D]. 杨雪.西南石油大学 2016
[5]导叶式多管旋风分离器的数值模拟研究[D]. 管西旗.西南石油大学 2014
[6]导叶式旋风管内气固两相流动控制机理的试验研究[D]. 王新华.中国石油大学 2010
本文编号：3030099
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