含可凝结组分气体超音速流动、非平衡相变及其流动与传质特性研究

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1、中文图书分类号：TK124密级：公开UDC：620学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：含可凝结组分气体超音速流动、非平衡相变及其流动与传质特性研究论文作者：刘兴伟学科：动力工程及工程热物理指导教师：刘中良教授论文提交日期：2015年6月UDC：620学校代码：10005中文图书分类号：TK124学号：B201205003密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：含可凝结组分气体超音速流动、非平衡相变及其流动与传质特性研究英文题目：ASTUDYONTHECHARACTERISTICSOF

2、NON-EQUILIBRIUMPHASECHANGE,SUPER-SONICFLOWANDMASSTRANSFEROFCON-DENSINGGASES论文作者：刘兴伟学科：动力工程及工程热物理研究方向：强化传热及其在高新技术中的应用申请学位：工学博士指导教师：刘中良教授所在单位：环境与能源工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学DissertationSubmittedtoBeijingUniversityofTechnologyforDoctorDegreeofEngineeringASTUDYONTHECHAR

3、ACTERISTICOFNONEQUI-LIBRIUMPHASECHANGE,SUPERSONICFLOWANDMASSTRANSFEROFCONDENSINGGASESLIUXINGWEISupervisedbyProfessorLIUZHONGLIANGMajorinPowerEngineeringandEngineeringThermophysicsBeijingUniversityofTechnologyJune，2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别

4、加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：刘兴伟日期：2015年06月08日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：刘兴伟日期：2015年06月08

5、日导师签名：刘中良日期：2015年06月08日本课题接受国家科技支撑计划项目（编号2012BAC24B01大规模燃煤电厂烟气CO2捕集纯化系统的能量分析、优化与节能技术研发）及国家自然科学基金项目（编号50676002多组分凝结气体超音速流动与传热传质特性的理论与实验研究）资助谨以致谢！摘要摘要超音速脱水分离技术在天然气预处理中有着广阔的应用前景，在国际上已经初步实现了工程应用。但在国内的工程应用还很少，主要原因是超音速分离管的脱水分离效率远未达到理想值。制约超音速分离管应用的主要原因是在理论上对管内两相凝结机理描述不清晰，还不能给

6、出针对实际应用结构的通用设计标准。因此，要对超音速分离管内部存在的可压缩凝结性超音速流动进行系统的研究，揭示其内在机理，建立合理可靠的可压缩凝结性超音速流动理论模型，发展相应完善并经过实验验证的计算分析方法，探索有效改善工程设计的新方法无疑是非常重要的。本文在深入调研该技术研究现状的基础上所做的主要研究工作包括：依据超音速分离管的工作原理，分别采用理想气体状态方程和PR实际气体状态方程对低压和高压条件下超音速分离管的喉部尺寸进行了计算；采用数值模拟方法对不同型面的渐缩段与渐扩段组合的Laval喷管结构进行了分析对比，推荐维托辛斯基曲

7、线为适合分离管的最佳渐缩段型面；采用可压缩气体的等截面摩擦流理论对超音速分离管直管段进行了分析研究，得出了设计工况下直管段的极限长度；研究了扩压段扩张角对摩擦损失的影响规律。采用提出的设计原则设计加工了分离管试验件，并搭建了室内实验台架，以湿空气作为工作介质对其实际运行性能进行了实验研究，分析了压损比、相对湿度等参数对分离管露点降的影响规律，实验结果表明，在给定入口温度下，随着压损比的增大分离管的露点降也增大，当压损比为72.6%时，可以获得22℃的露点降；通过对分离管脱水量的计算分析表明，单纯压力降低也可以导致露点降低。因此，在衡

8、量分离管性能时，应该考虑这部分因压力降而不是水分脱除导致的露点降，脱水量能更准确地衡量分离管性能的好坏。以实验数据为基础对超音速分离管的绝热膨胀过程进行热力学分析表明，气流在超音速分离管的流动过程中存在较大的可用能损失，并且随着压损比