【摘要】：我國深海天然氣資源極為豐富,深海天然氣開采對(duì)保障我國能源安全具有重要戰(zhàn)略意義。天然氣井產(chǎn)出物中一般含有凝析液,若在海底對(duì)氣井產(chǎn)出物進(jìn)行氣液分離,不僅可以避免由于深水高壓低溫環(huán)境而產(chǎn)生水合物造成管道冰堵的情況,還可以降低管道輸送過程中發(fā)生段塞流的風(fēng)險(xiǎn)。因此,研究水下氣液分離技術(shù)對(duì)天然氣管道的安全輸送具有重要意義。為實(shí)現(xiàn)天然氣凝析液的高效分離,本文對(duì)高壓下直流式氣液旋流分離器的數(shù)值模擬方法、分離規(guī)律及優(yōu)化方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究,以期為管道的安全輸送提供保障。在數(shù)值模擬方法方面,(1)本文全面分析了直流式氣液旋流分離器內(nèi)部復(fù)雜的兩相(氣相和液相)三場(chǎng)(氣體、液滴和液膜)流動(dòng)過程。在綜合考慮液滴沉積(形成液膜)、液膜流動(dòng)和液滴夾帶等復(fù)雜流動(dòng)與傳質(zhì)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,基于歐拉-拉格朗日方法和壁面液膜模型,建立了能夠較準(zhǔn)確地描述直流式氣液旋流分離器內(nèi)氣液兩相分離過程的數(shù)學(xué)模型。(2)針對(duì)傳統(tǒng)壓力速度耦合算法在求解復(fù)雜計(jì)算區(qū)域時(shí)存在的收斂速度慢、健壯性差等問題,基于開源計(jì)算流體力學(xué)軟件OpenFOAM,構(gòu)建了基于任意多面體網(wǎng)格的高效健壯壓力速度耦合算法—IDEAL,并將其應(yīng)用于旋流器的數(shù)值計(jì)算中,大幅提高了計(jì)算效率并增強(qiáng)了計(jì)算過程的穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果表明,在不同網(wǎng)格數(shù)、入口流速及湍流模型下,本文發(fā)展的任意多面體網(wǎng)格IDEAL算法在收斂性和健壯性方面均優(yōu)于SIMPLE和SIMPLEC算法。在分離規(guī)律及優(yōu)化方法方面,(1)基于本文建立的數(shù)學(xué)模型和發(fā)展的數(shù)值方法,對(duì)高壓下直流式氣液旋流分離器的分離規(guī)律進(jìn)行了深入研究。首先懫用雷諾應(yīng)力模型在計(jì)算網(wǎng)格單元尺度上對(duì)純氣相運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了求解,詳細(xì)分析了旋流器內(nèi)氣流分布特性。然后,基于歐拉-拉格朗日方法和壁面液膜模型,采用耦合計(jì)算方法對(duì)旋流器內(nèi)氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算,分析了液滴的運(yùn)動(dòng)特性以及液膜的形成和流動(dòng)特性。最后,研究了高壓下葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)旋流器分離性能的影響規(guī)律。(2)將數(shù)值模擬、支持向量機(jī)與NSGA II算法相結(jié)合,提出了適用于直流式氣液旋流分離器導(dǎo)流葉片的多目標(biāo)優(yōu)化方法。采用該方法對(duì)旋流器導(dǎo)流葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,得到了旋流器分離性能的Pareto最優(yōu)解集,研究結(jié)果可為決策者選擇合適的導(dǎo)流葉片參數(shù)提供重要的理論指導(dǎo)。
【圖文】：

否則稱為逆流式旋流分離器[6, 7]。逆流式旋流分離器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.1（a）所示。從圖中可看出，這種分離器主要由切向進(jìn)氣管、圓筒、排氣管和錐體等主要部分組成。逆流式旋流分離器問世較早，具有結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)動(dòng)部件和分離效率高等優(yōu)點(diǎn)[8]，，因此在涉及顆粒分離的諸多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。而直流式旋流分離器問世時(shí)間比較晚，與逆流式旋流分離器相比其分離效率要低一些，因此出現(xiàn)之后一直沒有受到廣泛的重視，至今也沒有建立起比較完善的數(shù)學(xué)模型和理論設(shè)計(jì)方法。直到上世紀(jì)90年代，隨著全球各國對(duì)節(jié)能降耗重視程度的提高，直流式旋流分離器才重新受到人們的關(guān)注。（a）逆流式旋流分離器 （b）直流式旋流分離器圖 1.1 逆流式和直流式旋流分離器的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1.1 Schematic of reverse flow cyclone and axial flow cyclone圖1.1（b）給出了直流式旋流分離器的結(jié)構(gòu)示意圖，其特點(diǎn)如下：（1）壓降較小。在直流式旋流分離器中

本文研究內(nèi)容Fig.1.2Researchcontentsofthedissertation
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE95

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2600308