组合易调凝析式超音速脱水装置的分离性能优化研究

发布时间：2017-07-18 01:31

  本文关键词：组合易调凝析式超音速脱水装置的分离性能优化研究

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【摘要】：天然气净化处理是生产LNG成品气和集输前必不可少的中间环节,有效地除去天然气中的水可降低水合物堵塞管线、酸性气体溶于游离水腐蚀管路设备等现象的发生,同时天然气品质得到一定改善。超音速脱水装置是一种新型气液分离设备,等效地将透平膨胀机、分离器和增压机功能结合在一起,具有低耗、安全高效和无污染等优点,但国内相关理论研究尚不完善,仍处于改进优化阶段。本文研究了超音速脱水装置的基本原理和设计方法,利用Solidworks分别对Laval喷管、旋流器和扩压管等关键部件进行了三维设计。喷管的收缩段按五次曲线设计,喉管设计为平角加外圆过渡的形式,渐扩段和扩压管设计为锥形,旋流器设计为螺旋拧装式导流叶片,整套装置的特点是法兰组合、具有易拆卸调节不同几何部件的功能。本文还对组合易调凝析式超音速脱水装置的实验系统进行了研究,将实验系统设计分化为增压供气系统、水雾化系统、低温分离系统和参数测量系统四大部分;规划了安装调试的主要内容和方法;根据各系统的功能和结构特点,对实验测量点和测量仪表进行了相应的设置;制定了较为详细的实验方案和实验流程。本文根据超音速脱水装置的型线结构和流场特点,借助Gambit对所建物理模型进行了分区域网格划分,前期利用Fluent14.5对后置型超音速脱水装置的基本模型进行了模拟分析,基于基本模型所存在的问题,通过改变几何参数和工况条件对超音速脱水装置的分离性能进行了优化研究。后期将导流叶片置于Laval喷管前端,通过对比法对前置型脱水装置进行了相应的优化研究。结果表明,后置型脱水装置可以为液滴的凝结提供较低的温度环境,并且具备一定的旋流分离能力。前置型脱水装置在分离直管可保持较低的温度环境,叶片激波损失较弱,但对液滴的离心强度小于后置型。
【关键词】：易调 超音速 导流叶片 数值模拟 实验系统
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE96
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 含湿天然气脱水技术的发展8-11
• 1.2 超音速脱水技术的研究进展11-17
• 1.3 超音速脱水法的基本原理17
• 1.4 超音速喷管内的凝结理论17-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 第二章 组合易调型超音速脱水装置的三维结构设计20-36
• 2.1 超音速Laval喷管内部流场控制方程20
• 2.2 超音速Laval喷管缩扩型面的理论基础20-22
• 2.3 激波和膨胀波理论22-24
• 2.4 超音速脱水装置Laval喷管的设计24-30
• 2.4.1 稳流段的设计24-25
• 2.4.2 亚音速收缩段的设计25-28
• 2.4.3 喉管的设计28
• 2.4.4 超音速渐扩管的设计28-30
• 2.5 螺旋拧装式导流叶片和旋流直管的设计30-32
• 2.6 扩压管的设计32-33
• 2.7 超音速脱水装置壁厚的确定和附件设计33-34
• 2.8 组合易调型超音速脱水装置整体结构的装配设计34-35
• 2.9 本章小结35-36
• 第三章 后置型超音速脱水装置内部流场性能分析36-61
• 3.1 CFD及Fluent基础36-38
• 3.1.1 关于CFD36-37
• 3.1.2 Fluent简述37-38
• 3.2 物理模型的建立38
• 3.3 分区域画网格38-39
• 3.4 计算模型和求解算法39-40
• 3.4.1 湍流模型的选择39-40
• 3.4.2 求解算法的选择40
• 3.5 离散格式的选择40
• 3.6 边界条件的设定40
• 3.7 后置型超音速脱水装置的数值模拟分析40-59
• 3.7.1 无前锥体脱水装置的模拟分析40-43
• 3.7.2 螺旋导流叶片前缘进气端的影响43-46
• 3.7.3 导流叶片数目的影响46-48
• 3.7.4 导流叶片螺距的优化48-50
• 3.7.5 叶片数目对螺距为 200mm模型流场的影响50-52
• 3.7.6 渐扩管半锥角的影响52-54
• 3.7.7 导流叶片安装位置的影响54-56
• 3.7.8 Laval喷管收缩段长度的影响56-58
• 3.7.9 扩压管出口背压的影响58-59
• 3.8 本章小结59-61
• 第四章 前置型超音速脱水装置内部流场性能分析61-69
• 4.1 物理模型的建立61
• 4.2 前置型超音速脱水装置基本模型的模拟分析61-64
• 4.3 单个结构参数对脱水装置内部流场特性的影响64-68
• 4.3.1 导流叶片螺距的影响64-66
• 4.3.2 导流叶片长度的影响66-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 湿空气超音速脱水装置的实验系统研究69-76
• 5.1 实验参数和性能指标69-70
• 5.1.1 操作参数69
• 5.1.2 分离性能评价指标69-70
• 5.2 实验系统与安装调试70-71
• 5.2.1 实验系统70-71
• 5.2.2 安装调试71
• 5.3 实验参数的测量71-73
• 5.4 实验方案73-74
• 5.5 本章小结74-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文和专利81-82

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