切流式超声速天然气分离器结构设计与数值模拟

【摘要】：超声速天然气分离器是用于天然气脱水的一种装置。它结构简单,效率高,能耗低,支持无人值守,在天然气输送中得到了广泛的应用。现代工业中使用的超声速天然气分离器都是轴流式的,分为超声速翼后置和前置两种。超声速翼后置式分离器在翼前会产生强激波从而影响系统稳定使用;超声速翼前置式分离器对翼的设计有较高的要求,往往不能产生足够大的离心加速度。本文从涡流管的进气方式中得到启发,把超声速翼从天然气分离器中移除,而把进气方式由轴向变为切向,并使用CFD软件进行了数值模拟。 首先,对超声速天然气分离器工作原理从理论上进行分析与讨论。然后,对传统轴流式天然气分离器的结构参数进行理想优化选择,并据此结构参数建立相应的物理模型,利用GAMBIT软件进行网格划分,运用CFD软件对其进行了数值模拟。主要分析了其速度场、压力场、温度场,结果显示超声速翼后置式分离器在轴向x=0.19m处产生了激波,得出的结论与前人保持一致。接着在其他结构参数保持不变的情况下除去了超声速翼,并参照涡流管的结构对切流式进气喷嘴进行了设计。然后对切流式超声速天然气分离器进行了数值模拟,结果显示:高压气流在分离器内高速稳定旋转,并没有产生激波;气流切向速度在气流入口最高可达250m/s,在气液分离段气流切向速度基本保持不变,其值可达150m/s,高于超声速翼前置式分离器的切向速度,旋流比可达0.27;在气液分离段最低温度可达140k,为水蒸汽冷凝创造了良好的环境。 【关键词】：切流式 激波 天然气 超声速翼 拉瓦尔管
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH237.5
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 概述7
• 1.2 超声速天然气分离技术简介7-12
• 1.2.1 研究历史7-10
• 1.2.2 技术发展历史10-12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 第二章 超声速天然气分离技术理论基础13-31
• 2.1 旋转流体的流动13-14
• 2.2 多相流理论基础14-17
• 2.3 激波理论简介17-21
• 2.3.1 正激波17-19
• 2.3.2 斜激波19-21
• 2.4 CFD 理论简介21-31
• 2.4.1 数值模拟过程22
• 2.4.2 控制方程的离散方法22-23
• 2.4.3 湍流模型23-29
• 2.4.4 CFD 软件简介29-31
• 第三章 轴流式超声速天然气分离器数值模拟31-43
• 3.1 物理模型31-32
• 3.2 网格划分32-33
• 3.3 边界条件33
• 3.4 计算模型33
• 3.5 数值模拟结果33-42
• 3.5.1 流场速度分布33-40
• 3.5.2 压力场分布40-41
• 3.5.3 温度场分布41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 切流式超声速天然气分离器数值模拟43-53
• 4.1 进气喷嘴的设计43-44
• 4.2 拉瓦尔管的设计44-45
• 4.3 物理模型45
• 4.4 网格划分45
• 4.5 边界条件45-46
• 4.6 计算模型46
• 4.7 数值模拟结果分析46-51
• 4.7.1 速度分布46-50
• 4.7.2 压力分布50-51
• 4.7.3 温度分布51
• 4.7.4 质点运动轨迹51
• 4.8 整体参数比较51-52
• 4.9 本章小结52-53
• 结论53-55
• 参考文献55-57
• 致谢57-59
• 攻读硕士期间发表论文59-60

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