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，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。 氣體流經渦流管噴嘴時高速膨脹，產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有超音速冷凝分離技術的缺

2、點?；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構，并進行了初步的數值模擬計算與實驗研究分析。 首先，本文對實現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據吻合較好。應用該模型對含濕氣體在渦流管內的自發(fā)凝結過程進行了模擬。通過分析凝結參數的變化，預測了基本結構參數長徑比、阻渦器與操作參數壓比、冷流率對裝置分離性能的影響。 最后，根據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長徑比、阻渦器與操作參數壓比、冷流率對分離性能的影響，實驗數據與數值模擬分