两级排液式超音速分离器流场特性及实验研究
发布时间：2023-10-14 07:10
超音速旋流冷凝分离是一种利用气体膨胀至超音速实现降温,将气体中凝点较高的组分凝结为液滴,在强离心力场的作用下实现分离的新型天然气净化技术。该技术简化了系统过程,具有投资少,无转动件,等熵效率高的优点,因此,在天然气处理领域有很强的应用前景。针对目前超音速分离技术存在的喷管扩张段内易产生激波,凝析液难以排出等常见问题,本文在气体旋转超音速凝结流动行为研究的基础上,对超音速旋流分离器进行结构改进,提出新型两级排液式结构,在不影响喷管流场的前提下,增加凝析液的排液面积及排液时间,提高装置的分离效率。本文的主要研究工作如下:(1)研究关键部位的设计方法(喉部面积比、喉部过渡段、旋流器),采用数值模拟方法,对不同曲线型面的Laval喷管喉部过渡段结构进行对比分析,结果表明:发现指数函数过渡曲线相比其他两种过渡形式虽离心加速度略小,但具有更高的马赫数,更低的温度,且激波损失更小。故综合考虑,本文采用指数函数曲线过渡结构。(2)建立了两级排液式超音速分离器的三维数值模拟模型,研究了新型排液结构对流场的优化作用;并研究了其他关键结构参数及操作参数对分离器连续相流场的影响;得到了压力,温度,马赫数等参数...
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 天然气发展概述
1.2 天然气处理工艺
1.2.1 低温冷凝法
1.2.2 溶剂吸收法
1.2.3 固体吸附法
1.2.4 开发中的新方法
1.3 超音速分离器的研究进展
1.3.1 超音速分离器的结构研究
1.3.2 基础理论及数值模拟研究
1.3.3 实验和试验研究
1.4 存在的问题
1.5 本文主要研究内容与工作
2 超音速分离器关键结构的设计
2.1 相关参数及定义
2.1.1 声速
2.1.2 马赫数
2.1.3 临界状态和滞止状态
2.1.4 激波
2.1.5 气流在Laval喷管内的流动
2.2 Laval喷管设计
2.2.1 喷管喉部尺寸设计
2.2.2 喉部过渡段设计
2.3 三维轴流式旋流发生器设计
2.4 本章小结
3 两级排液式超音速分离器三维数值模拟
3.1 几何模型和基本假设
3.1.1 几何模型
3.1.2 基本原理
3.1.3 基本假设
3.2 控制方程
3.3 湍流模型的选取及离散方法
3.3.1 湍流模型选取
3.3.2 离散方法
3.4 网格划分及网格无关性检验
3.5 模型验证
3.6 两级排液式超音速分离器连续相流场分析
3.6.1 排液结构的改进对分离器流场的影响
3.6.2 插入式导流锥结构对分离器流场的影响
3.6.3 插入式结构下面积比对流场的影响
3.6.4 不同旋流器出口角度对两级排液式超音速分离器流场的影响
3.6.5 两级排液式超音速分离器压比变化对流场的影响
3.7 本章小结
4 两级排液式超音速分离器离散相流动分析
4.1 DPM模型概述
4.2 基本假设
4.3 离散相运动方程
4.4 几何模型及网格划分
4.5 边界条件
4.6 模型验证
4.7 颗粒运动轨迹
4.8 不同液滴粒径对分离效率的影响
4.9 旋流强度对分离效率的影响
4.10 不同排液结构对分离效率的影响
4.11 本章小结
5 实验平台搭建及实验研究
5.1 实验流程
5.2 实验装置
5.2.1 超音速分离器
5.2.2 乙醇蒸汽发生装置
5.2.3 两级分离装置
5.2.4 主要测量装置简介
5.3 实验调节参数与性能评价指标
5.3.1 可调节结构参数
5.3.2 可调节操作参数
5.3.3 性能评价指标
5.4 不同实验介质的影响
5.5 实验结果分析
5.5.1 压比对两级式超音速分离器性能的影响
5.5.2 面积比对两级式超音速分离器性能的影响
5.5.3 两级排液结构与环隙排液结构分离效果对比
5.5.4 旋流强度对两级式超音速分离器分离效果影响
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3853842
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 天然气发展概述
1.2 天然气处理工艺
1.2.1 低温冷凝法
1.2.2 溶剂吸收法
1.2.3 固体吸附法
1.2.4 开发中的新方法
1.3 超音速分离器的研究进展
1.3.1 超音速分离器的结构研究
1.3.2 基础理论及数值模拟研究
1.3.3 实验和试验研究
1.4 存在的问题
1.5 本文主要研究内容与工作
2 超音速分离器关键结构的设计
2.1 相关参数及定义
2.1.1 声速
2.1.2 马赫数
2.1.3 临界状态和滞止状态
2.1.4 激波
2.1.5 气流在Laval喷管内的流动
2.2 Laval喷管设计
2.2.1 喷管喉部尺寸设计
2.2.2 喉部过渡段设计
2.3 三维轴流式旋流发生器设计
2.4 本章小结
3 两级排液式超音速分离器三维数值模拟
3.1 几何模型和基本假设
3.1.1 几何模型
3.1.2 基本原理
3.1.3 基本假设
3.2 控制方程
3.3 湍流模型的选取及离散方法
3.3.1 湍流模型选取
3.3.2 离散方法
3.4 网格划分及网格无关性检验
3.5 模型验证
3.6 两级排液式超音速分离器连续相流场分析
3.6.1 排液结构的改进对分离器流场的影响
3.6.2 插入式导流锥结构对分离器流场的影响
3.6.3 插入式结构下面积比对流场的影响
3.6.4 不同旋流器出口角度对两级排液式超音速分离器流场的影响
3.6.5 两级排液式超音速分离器压比变化对流场的影响
3.7 本章小结
4 两级排液式超音速分离器离散相流动分析
4.1 DPM模型概述
4.2 基本假设
4.3 离散相运动方程
4.4 几何模型及网格划分
4.5 边界条件
4.6 模型验证
4.7 颗粒运动轨迹
4.8 不同液滴粒径对分离效率的影响
4.9 旋流强度对分离效率的影响
4.10 不同排液结构对分离效率的影响
4.11 本章小结
5 实验平台搭建及实验研究
5.1 实验流程
5.2 实验装置
5.2.1 超音速分离器
5.2.2 乙醇蒸汽发生装置
5.2.3 两级分离装置
5.2.4 主要测量装置简介
5.3 实验调节参数与性能评价指标
5.3.1 可调节结构参数
5.3.2 可调节操作参数
5.3.3 性能评价指标
5.4 不同实验介质的影响
5.5 实验结果分析
5.5.1 压比对两级式超音速分离器性能的影响
5.5.2 面积比对两级式超音速分离器性能的影响
5.5.3 两级排液结构与环隙排液结构分离效果对比
5.5.4 旋流强度对两级式超音速分离器分离效果影响
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3853842
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