超音速分离器喷管设计研究

发布时间：2017-05-15 04:06

  本文关键词：超音速分离器喷管设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超音速分离器主要由旋流发生器,超音速喷管和扩压管组成。通过旋流发生器的旋流分离效应和超音速喷管的膨胀制冷效应实现水及重烃的冷凝分离,具有结构简单,能耗低,易于维护等优点。超音速喷管用于产生超音速气流,一般为圆形或环形截面,是超音速分离器的关键制冷部件,对脱水效率有较大影响。本文根据空气动力学基本理论,提出了一种超音速分离器喷管段设计方法,即维托辛斯基加R修正曲线结合特征线法。基于计算流体力学及湍流模型基本理论,应用CFD软件开展数值计算研究,验证喷管设计效果,并且对该方法所设计的喷管与传统方法(维托辛斯基曲线结合富尔士法及维托辛斯基曲线结合锥形管法)所设计的喷管内流场参数进行数值计算及对比分析。结果表明三种喷管出口气流参数都达到设计要求;采用该方法设计的喷管在内部流场参数分布均匀性方面较传统方法设计的喷管表现更好。为探索不同方法设计的喷管在脱水效率方面的区别,基于经典成核理论建立了含湿气体超音速凝结流动数学模型,沿流动方向推进求解,计算结果与实验数据能够较好的符合。将该模型应用到以上三种不同方法设计的超音速喷管中,对三种喷管的脱水性能进行了对比研究,结果表明维托辛斯基加R修正曲线结合特征线法所设计的喷管较传统方法所设计的喷管脱水效率更高。基于含湿气体超音速凝结流动数学模型分析了维托辛斯基加R修正曲线结合特征线法所设计的喷管的入口压力对其Wilson点的位置和脱水效率的影响,确定了该喷管的最佳工况范围。
【关键词】：超音速分离器 超音速喷管 特征线法
【学位授予单位】：重庆科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE96
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究的目的及意义9
• 1.2 国内外研究发展及现状9-13
• 1.2.1 超音速脱水技术9-11
• 1.2.2 喷管设计11-12
• 1.2.3 含湿气体超音速凝结流动理论12-13
• 1.3 本文主要工作13-14
• 1.4 技术路线14-15
• 2 气体变截面超音速流动基本理论15-20
• 2.1 气体流动状态参数计算15-16
• 2.1.1 音速15
• 2.1.2 马赫数15
• 2.1.3 滞止参数15-16
• 2.1.4 临界参数16
• 2.2 可压缩气体流动特性16-19
• 2.2.1 可压缩气体内的压力扰动传播16-17
• 2.2.2 超音速喷管各种压比下的工况17-19
• 2.3 本章小结19-20
• 3 超音速喷管设计20-44
• 3.1 喉部半径的确定20-24
• 3.2 收缩段曲线设计24-26
• 3.3 渐扩段曲线的设计26-36
• 3.3.1 特征线法26-34
• 3.3.2 富尔士法34-36
• 3.3.3 锥形管法36
• 3.4 设计实例36-38
• 3.5 数值模拟及结果分析38-43
• 3.5.1 控制方程及定解条件38-39
• 3.5.2 湍流模型研究39
• 3.5.3 壁面条件处理39-40
• 3.5.4 结果及分析40-43
• 3.6 本章小结43-44
• 4 含湿气体超音速凝结流动数学模型研究44-60
• 4.1 含湿气体超音速凝结流动的特点44
• 4.2 基本凝结理论44-51
• 4.2.1 湿蒸汽的干度44-45
• 4.2.2 水蒸汽状态方程45
• 4.2.3 过饱和度45
• 4.2.4 液滴表面张力45-46
• 4.2.5 临界半径46-48
• 4.2.6 成核率48-49
• 4.2.7 液珠生长率49-51
• 4.3 含湿气体自发凝结成核一维模型51-59
• 4.3.1 模型假设51-52
• 4.3.2 混合气体参数计算52
• 4.3.3 控制方程组52-56
• 4.3.4 数值求解56-57
• 4.3.5 模型验证与结果分析57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 喷管脱水性能对比研究及适应性分析60-64
• 5.1 不同喷管脱水性能对比研究60-63
• 5.2 喷管适应性分析63
• 5.3 本章小结63-64
• 6 结论与建议64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 建议64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录A：符号说明71-72
• 附录B：维里系数72-73
• 作者在攻读学位期间发表的论著及取得的科研成果73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王治红;朱超;王小强;但小东;;再循环腔进口位置对超音速分离器流场影响数值分析[J];石油与天然气化工;2014年02期

2 王应聪;于跃云;胡玉生;王磊;张巧;;超音速分离技术在塔里木油田现场探索及应用[J];中国石油和化工标准与质量;2012年15期

3 文闯;曹学文;杨燕;张玉蛟;张静;王国栋;;一种先旋流后膨胀型超声速分离器脱水性能实验[J];石油学报;2012年02期

4 马卫锋;张勇;李刚;罗金恒;陈志昕;张华;赵新伟;;国内外天然气脱水技术发展现状及趋势[J];管道技术与设备;2011年06期

5 宋婧;王丽;陈家庆;陈志明;;喷管超音速分离技术在天然气脱水中的应用研究[J];北京石油化工学院学报;2010年01期

6 涂辉;蒋洪;刘晓强;;超音速分离在天然气脱水中的应用[J];管道技术与设备;2008年03期

7 蒋文明;刘中良;刘恒伟;张新军;张建;宋辉;鲁树东;;新型天然气超音速脱水净化装置现场试验[J];天然气工业;2008年02期

8 曹学文;陈丽;林宗虎;杜永军;;用于超声速旋流分离器中的超声速喷管研究[J];天然气工业;2007年07期

9 黄跃,蔡颐年;考虑流动摩擦和状态方程virial修正的Laval喷管湿蒸汽膨胀流动的理论解[J];工程热物理学报;1987年04期

10 俞茂铮,陈孝隆;存在自发凝结的超音速湿蒸汽双相流[J];西安交通大学学报;1983年01期

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 蒋文明;多组分凝结性超音速流传热传质理论及实验研究[D];北京工业大学;2010年

2 马庆芬;旋转超音速凝结流动及应用技术研究[D];大连理工大学;2009年

3 王美利;高速膨胀流动中的非平衡凝结及其对流场影响的研究[D];中国科学技术大学;2006年

4 刘恒伟;超音速分离管的研发及其流动与传热传质特性的研究[D];北京工业大学;2006年

5 林智荣;蒸汽及燃气透平内部真实气体流动问题的研究[D];清华大学;2005年

6 杨志毅;油气超音速旋流分离技术研究[D];西南石油学院;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 梁斌智;组合可调式超音速分离器设计与测试系统研究[D];西安石油大学;2015年

2 李文龙;双组分气体超声速凝结流动规律研究[D];中国石油大学（华东）;2013年

3 刘晓敏;锥心式超音速旋流分离器小压比实验性能研究[D];大连理工大学;2012年

4 张静;超声速旋转凝结流动规律研究[D];中国石油大学;2011年

5 庞会中;新型超音速气体净化分离装置设计研究[D];北京工业大学;2009年

6 胡艳梅;超音速旋流分离器技术研究[D];中国石油大学;2008年

7 李震东;超音速旋流分离器喷管设计与相变特性研究[D];中国石油大学;2007年

  本文关键词：超音速分离器喷管设计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：366835