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(shù)是一種新興的混合氣體分離技術(shù)，是超音速冷凝與離心分離技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。整個(gè)過(guò)程集制冷、冷凝和分離過(guò)程于一體，大大簡(jiǎn)化了分離系統(tǒng)，因此該項(xiàng)技術(shù)在天然氣凈化脫水領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前的超音速冷凝分離技術(shù)在應(yīng)用中尚存在軸向速度過(guò)大，離心分離不充分的缺點(diǎn)。 氣體流經(jīng)渦流管?chē)娮鞎r(shí)高速膨脹，產(chǎn)生的低溫效應(yīng)可使氣體中的重組分冷凝，且在渦流管中流動(dòng)的軸向速度遠(yuǎn)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(shù)的缺

2、點(diǎn)?；诖吮疚奶岢隽艘环N用于混合氣體超音速冷凝分離的兩相渦流管結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了初步的數(shù)值模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究分析。 首先，本文對(duì)實(shí)現(xiàn)混合氣體降溫冷凝的關(guān)鍵部件——噴嘴進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分析了不同流道，不同形狀的漸縮噴嘴對(duì)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(dòng)三維模型，對(duì)含濕氣體在超音速冷凝流動(dòng)中的自發(fā)凝結(jié)過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)。采用兩相歐拉-歐拉控制方程組描述氣液兩相流動(dòng)，引入經(jīng)典

3、成核理論模擬水蒸汽的自發(fā)成核。模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。應(yīng)用該模型對(duì)含濕氣體在渦流管內(nèi)的自發(fā)凝結(jié)過(guò)程進(jìn)行了模擬。通過(guò)分析凝結(jié)參數(shù)的變化，預(yù)測(cè)了基本結(jié)構(gòu)參數(shù)長(zhǎng)徑比、阻渦器與操作參數(shù)壓比、冷流率對(duì)裝置分離性能的影響。 最后，根據(jù)噴嘴形式的分析結(jié)果改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計(jì)兩相渦流管實(shí)驗(yàn)流程并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得到了兩相渦流管混合物分離的基本特性。分析了基本結(jié)構(gòu)參數(shù)長(zhǎng)徑比、阻渦器與操作參數(shù)壓比、冷流率對(duì)分離性能的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬分