含濕氣體在兩相渦流管中自發(fā)冷凝與分離性能研究.pdf

1、超音速冷凝分離技術是一種新興的混合氣體分離技術，是超音速冷凝與離心分離技術的有機結合。整個過程集制冷、冷凝和分離過程于一體，大大簡化了分離系統(tǒng)，因此該項技術在天然氣凈化脫水領域具有廣闊的應用前景。目前的超音速冷凝分離技術在應用中尚存在軸向速度過大，離心分離不充分的缺點。 氣體流經(jīng)渦流管噴嘴時高速膨脹，產(chǎn)生的低溫效應可使氣體中的重組分冷凝，且在渦流管中流動的軸向速度遠小于切向速度，因此可以在一定程度上克服現(xiàn)有超音速冷凝分離技術的缺

2、點。基于此本文提出了一種用于混合氣體超音速冷凝分離的兩相渦流管結構，并進行了初步的數(shù)值模擬計算與實驗研究分析。 首先，本文對實現(xiàn)混合氣體降溫冷凝的關鍵部件——噴嘴進行了實驗研究。分析了不同流道，不同形狀的漸縮噴嘴對渦流管能量分離的影響，得到了適合于兩相渦流管的噴嘴形式。 其次，建立了兩相雙組分超音速冷凝流動三維模型，對含濕氣體在超音速冷凝流動中的自發(fā)凝結過程進行預測。采用兩相歐拉-歐拉控制方程組描述氣液兩相流動，引入經(jīng)典

3、成核理論模擬水蒸汽的自發(fā)成核。模型計算結果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。應用該模型對含濕氣體在渦流管內(nèi)的自發(fā)凝結過程進行了模擬。通過分析凝結參數(shù)的變化，預測了基本結構參數(shù)長徑比、阻渦器與操作參數(shù)壓比、冷流率對裝置分離性能的影響。 最后，根據(jù)噴嘴形式的分析結果改進實驗設備，設計兩相渦流管實驗流程并進行了相關實驗，得到了兩相渦流管混合物分離的基本特性。分析了基本結構參數(shù)長徑比、阻渦器與操作參數(shù)壓比、冷流率對分離性能的影響，實驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬分