氣-液兩相流高速旋流分離器研究.pdf

1、近幾年隨著油價(jià)的飆開(達(dá)到110美元／桶),人們不得不考慮開發(fā)其他能源產(chǎn)品。而我國有著豐富的天然氣資源,天然氣的開發(fā)與利用就顯的格外重要。在天然氣處理工藝中天然氣脫水是尤其關(guān)鍵的一步,脫水的目的主要有兩個(gè):一是防止水合物的形成,這樣可以防止堵塞運(yùn)輸管道和相關(guān)設(shè)備,從而提高輸送效率；二是在水與天然氣中的CO2和H2S會形成酸,這樣會腐蝕管道和設(shè)備,從而增加了后期維護(hù)成本。由于傳統(tǒng)的脫水方法有諸多弊端,如系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、能耗大、有時(shí)還需注

2、入化學(xué)藥劑、污染環(huán)境等。因此,近十年來超音速低溫旋流氣.液分離技術(shù)得到了國內(nèi)外專家的一致認(rèn)可,因?yàn)樗唵慰煽?、無需化學(xué)藥劑、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、密閉無泄漏、支持無人值守等優(yōu)點(diǎn),并且實(shí)現(xiàn)了保護(hù)環(huán)境和節(jié)約成本的雙重效益。超音速低溫旋流氣.液分離技術(shù)綜合了氣體動力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)等理論,將絕熱膨脹、低溫凝析、旋流分離、減速擴(kuò)壓等處理過程集中在一個(gè)密閉緊湊的裝置內(nèi)完成的。
　　 本文首先利用相關(guān)國內(nèi)外研究結(jié)果,結(jié)合本套裝置的特點(diǎn),提出了直

3、管段的設(shè)計(jì)方法、分離段的設(shè)計(jì)方法、超音速導(dǎo)流葉片的設(shè)計(jì)、分離器材料的選擇、并著重對擴(kuò)壓管段設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析,并且提出了設(shè)計(jì)擴(kuò)壓段時(shí)應(yīng)注意激波的影響和為了避免邊界層分離的方法。由于拉法爾噴管是超音速旋流分離器的關(guān)鍵部件,所以對其單獨(dú)拿出一章進(jìn)行研究,根據(jù)相關(guān)基礎(chǔ)知識,提出了穩(wěn)定段的設(shè)計(jì)方法、喉部設(shè)計(jì)方法、收縮段的設(shè)計(jì)方法、擴(kuò)張段的設(shè)計(jì)方法并對這些方法進(jìn)行了驗(yàn)證,噴管出口氣流均勻,且達(dá)到設(shè)計(jì)的馬赫數(shù),并對噴管內(nèi)部物性變化進(jìn)行了分析。

4、　　 本文最后利用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件FLUENT對超音速分離器的內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,并且得到了溫度、壓力、速度的變化規(guī)律。通過改變幾何模型,來分析超音速分離器不同幾何尺寸對其分離性能的影響。結(jié)果表明,噴管收縮段長度、噴管擴(kuò)張段長度、分離器擴(kuò)壓段長度,以及擴(kuò)壓段出口直徑對超音速分離管內(nèi)部流動特性影響不大；噴管擴(kuò)張段出口直徑、喉部直徑以及分離段的長度對超音速分離管內(nèi)部流動特性有重要影響,另一方面喉部尺寸不能隨便的變動。因此,根