超音速旋流冷凝分離是一種利用氣體膨脹至超音速實現(xiàn)降溫,將氣體中凝點較高的組分凝結(jié)為液滴,在強離心力場的作用下實現(xiàn)分離的新型天然氣凈化技術(shù)。該技術(shù)簡化了系統(tǒng)過程,具有投資少,無轉(zhuǎn)動件,等熵效率高的優(yōu)點,因此,在天然氣處理領(lǐng)域有很強的應(yīng)用前景。針對目前超音速分離技術(shù)存在的噴管擴張段內(nèi)易產(chǎn)生激波,凝析液難以排出等常見問題,本文在氣體旋轉(zhuǎn)超音速凝結(jié)流動行為研究的基礎(chǔ)上,對超音速旋流分離器進行結(jié)構(gòu)改進,提出新型兩級排液式結(jié)構(gòu),在不影響噴管流場的前提下,增加凝析液的排液面積及排液時間,提高裝置的分離效率。本文的主要研究工作如下:(1)研究關(guān)鍵部位的設(shè)計方法(喉部面積比、喉部過渡段、旋流器),采用數(shù)值模擬方法,對不同曲線型面的Laval噴管喉部過渡段結(jié)構(gòu)進行對比分析,結(jié)果表明:發(fā)現(xiàn)指數(shù)函數(shù)過渡曲線相比其他兩種過渡形式雖離心加速度略小,但具有更高的馬赫數(shù),更低的溫度,且激波損失更小。故綜合考慮,本文采用指數(shù)函數(shù)曲線過渡結(jié)構(gòu)。(2)建立了兩級排液式超音速分離器的三維數(shù)值模擬模型,研究了新型排液結(jié)構(gòu)對流場的優(yōu)化作用;并研究了其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)對分離器連續(xù)相流場的影響;得到了壓力,溫度,馬赫數(shù)等參數(shù)...

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 文獻綜述
    1.1 天然氣發(fā)展概述
    1.2 天然氣處理工藝
        1.2.1 低溫冷凝法
        1.2.2 溶劑吸收法
        1.2.3 固體吸附法
        1.2.4 開發(fā)中的新方法
    1.3 超音速分離器的研究進展
        1.3.1 超音速分離器的結(jié)構(gòu)研究
        1.3.2 基礎(chǔ)理論及數(shù)值模擬研究
        1.3.3 實驗和試驗研究
    1.4 存在的問題
    1.5 本文主要研究內(nèi)容與工作
2 超音速分離器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計
    2.1 相關(guān)參數(shù)及定義
        2.1.1 聲速
        2.1.2 馬赫數(shù)
        2.1.3 臨界狀態(tài)和滯止狀態(tài)
        2.1.4 激波
        2.1.5 氣流在Laval噴管內(nèi)的流動
    2.2 Laval噴管設(shè)計
        2.2.1 噴管喉部尺寸設(shè)計
        2.2.2 喉部過渡段設(shè)計
    2.3 三維軸流式旋流發(fā)生器設(shè)計
    2.4 本章小結(jié)
3 兩級排液式超音速分離器三維數(shù)值模擬
    3.1 幾何模型和基本假設(shè)
        3.1.1 幾何模型
        3.1.2 基本原理
        3.1.3 基本假設(shè)
    3.2 控制方程
    3.3 湍流模型的選取及離散方法
        3.3.1 湍流模型選取
        3.3.2 離散方法
    3.4 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無關(guān)性檢驗
    3.5 模型驗證
    3.6 兩級排液式超音速分離器連續(xù)相流場分析
        3.6.1 排液結(jié)構(gòu)的改進對分離器流場的影響
        3.6.2 插入式導(dǎo)流錐結(jié)構(gòu)對分離器流場的影響
        3.6.3 插入式結(jié)構(gòu)下面積比對流場的影響
        3.6.4 不同旋流器出口角度對兩級排液式超音速分離器流場的影響
        3.6.5 兩級排液式超音速分離器壓比變化對流場的影響
    3.7 本章小結(jié)
4 兩級排液式超音速分離器離散相流動分析
    4.1 DPM模型概述
    4.2 基本假設(shè)
    4.3 離散相運動方程
    4.4 幾何模型及網(wǎng)格劃分
    4.5 邊界條件
    4.6 模型驗證
    4.7 顆粒運動軌跡
    4.8 不同液滴粒徑對分離效率的影響
    4.9 旋流強度對分離效率的影響
    4.10 不同排液結(jié)構(gòu)對分離效率的影響
    4.11 本章小結(jié)
5 實驗平臺搭建及實驗研究
    5.1 實驗流程
    5.2 實驗裝置
        5.2.1 超音速分離器
        5.2.2 乙醇蒸汽發(fā)生裝置
        5.2.3 兩級分離裝置
        5.2.4 主要測量裝置簡介
    5.3 實驗調(diào)節(jié)參數(shù)與性能評價指標
        5.3.1 可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)
        5.3.2 可調(diào)節(jié)操作參數(shù)
        5.3.3 性能評價指標
    5.4 不同實驗介質(zhì)的影響
    5.5 實驗結(jié)果分析
        5.5.1 壓比對兩級式超音速分離器性能的影響
        5.5.2 面積比對兩級式超音速分離器性能的影響
        5.5.3 兩級排液結(jié)構(gòu)與環(huán)隙排液結(jié)構(gòu)分離效果對比
        5.5.4 旋流強度對兩級式超音速分離器分離效果影響
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝



本文編號：3853842