超声速喷管内湿天然气凝结分离研究

发布时间：2023-03-04 18:19

　　随着天然气产量和使用量的日益增长,一些传统的天然气脱出杂质技术已经无法满足天然气市场不断发展的需要。天然气是一种包含多种组分的物质,其所含的组分,例如水蒸气、二氧化碳等物质会对天然气使用和安全输送造成较大影响。在此背景下,采用超声速喷管技术进行天然气脱除杂质作业成为了相关学者研究的重点,该技术利用超声速天然气膨胀降温凝结以及旋流分离的特点为天然气除杂提供了新的思路,而精确掌握超声速天然气膨胀降温凝结规律是使用该项技术的基础和关键。基于此,本文梳理了相关课题的国内外研究现状,介绍了超声速天然气凝结流动参数,确定了数值模拟研究中使用的气体凝结成核模型、液滴生长模型和湿天然气流动模型,对研究中所需的超声速喷管结构和网格数进行了设计和验证,编写了UDF计算程序。在此基础上采用甲烷—二氧化碳和甲烷—水蒸气双组分气体作为超声速湿天然气的研究介质,进行了两组数值模拟研究,重点研究了气体进入喷管后温度、压力、成核速率、湿度和成核速率随喷管距离X的变化规律,并且探究了不同温度、不同压力、气体组分不同比例对液滴数目、湿度和成核速率的影响。得出结论如下:(1)气体温度在一段距离内保持不变,随着喷管X轴距离的...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 天然气脱水方法研究现状
        1.2.2 天然气脱二氧化碳方法研究现状
        1.2.3 超声速喷管内气体凝结规律研究现状
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
第二章 超声速湿天然气凝结流动参数及数学模型
    2.1 气体凝结流动参数
        2.1.1 马赫数
        2.1.2 过冷度与过饱和度
        2.1.3 气体成核速率
        2.1.4 临界半径
    2.2 凝结成核模型
    2.3 液滴生长模型
    2.4 湿天然气流动模型
        2.4.1 湿天然气流动控制方程
        2.4.2 湍流运动方程
        2.4.3 SRK真实气体方程
    2.5 本章小结
第三章 超声速喷管设计验证及数值计算方法
    3.1 超声速喷管的设计
        3.1.1 关于稳定段的设计
        3.1.2 关于收缩段的设计
        3.1.3 关于喉部的设计
        3.1.4 关于扩张段的设计
        3.1.5 超声速喷管结构设计结果
    3.2 超声速喷管合理性验证
    3.3 数值计算方法的确定
        3.3.1 自定义函数UDF及自定义标量UDS
        3.3.2 计算方法与边界条件的确定
        3.3.3 网格无关性验证
    3.4 使用软件简介
        3.4.1 ICEM CFD简介
        3.4.2 Fluent15.0 简介
        3.4.3 Origin简介
    3.5 本章小结
第四章 超声速湿天然气凝结规律及影响因素研究
    4.1 甲烷—二氧化碳气体超声速凝结规律研究
        4.1.1 温度分布规律
        4.1.2 压力分布规律
        4.1.3 液滴数目分布规律
        4.1.4 湿度分布规律
        4.1.5 成核速率分布规律
    4.2 甲烷—二氧化碳气体超声速凝结影响因素研究
        4.2.1 入口压力的影响
        4.2.2 入口温度的影响
        4.2.3 组分比例的影响
    4.3 甲烷—水蒸气气体超声速凝结规律研究
        4.3.1 温度分布规律
        4.3.2 压力分布规律
        4.3.3 液滴数目分布规律
        4.3.4 湿度分布规律
        4.3.5 成核速率分布规律
    4.4 甲烷—水蒸气气体超声速凝结影响因素研究
        4.4.1 入口压力的影响
        4.4.2 入口温度的影响
        4.4.3 组分比例的影响
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间研究成果



本文编号：3754762